Защо древните гиганти на Земята са били обречени заради собствения си успех

Дълго след изчезването на могъщите динозаври, Земята е обитавана от колосални същества, които биха засенчили повечето животни, живи днес.

От 17-тонни носорози до змии с размерите на автобус и 400-килограмови братовчеди орангутани, тези гиганти са доминирали на нашата планета в продължение на милиони години. Но впечатляващият им размер, както разкриват учените, е бил едновременно най-голямото им предимство и фаталната им слабост.

Ново изследване на френски палеонтолози и биолози показва, че макар гигантизмът да предлага ясни предимства за оцеляване в стабилна среда, тези масивни същества са били изключително уязвими към промените в околната среда. Техните истории представляват отрезвяващи прозрения за днешните останали гиганти, от африканските слонове до извисяващите се секвои, които се изправят пред безпрецедентните предизвикателства на съвременните климатични промени.

Ерата на забравените гиганти

Кайнозойската ера, която започна преди 65 милиона години и продължава днес, е била свидетел на експлозия от гигантизъм, невиждана от динозаврите насам. Азия е била дом на Paraceratherium, безрог носорог, висок пет метра до холката и дълъг 9 метра, тежащ 17 тона и наподобяващ кръстоска между слон и окапи. В тропическите гори на Китай, Gigantopithecus blacki, братовчед на съвременните орангутани с тегло близо 400 килограма, се извисявал само преди два милиона години.

Южна Америка е била обитавана от Megatherium americanum, 6-метров сухоземен ленивец с тегло четири тона, който е бродил тромаво през саваните до само преди 8000 години. Дори океаните не са били имунизирани срещу тази тенденция към гигантизъм. Perucetus colossus, тежащ поне 80 тона, може би е бил едно от най-тежките животни, живели някога на Земята, когато е плувал в древни морета преди 39 до 37 милиона години.

"Малко след кризата, довела до изчезването на динозаврите, екологичните ниши, които са заемали, бързо са били заети от оцелелите", обяснява Пиер-Оливие Антоан (Pierre-Olivier Antoine), палеонтолог в Института по еволюционни науки в Монпелие.

Това е предизвикало еволюционна "надпревара във въоръжаването" между плячка и хищници, като всяка страна е ставала по-голяма, за да получи предимства пред другата.

Перфектни условия за отглеждане на гиганти

Тези масивни същества са процъфтявали в период, когато климатът на Земята е бил драстично различен от днешния. По време на палеоцен-еоценския термален максимум преди 56 милиона години средната температура на повърхността на планетата е бил с 8°C по-висока от сегашните нива. Термичните градиенти между екватора и полюсите са били далеч по-слабо изразени, създавайки непрекъснати буйни екосистеми от тропически гори до умерени региони, където не съществувал полярен лед.

Земята е била покрита с обилна растителност от полюс до полюс, създавайки идеални условия за поддържане на големи тревопасни животни.

"Екосистемите не са имали затруднения да поддържат голям брой тревопасни животни и да им осигуряват изобилие от храна", отбелязва Антоан.

Преходът от гъсти гори към открити савани през олигоценския период се е оказал особено благоприятен за масово пасещи животни.

Някога гигантски ленивци са обитавали Америка, достигали са безумни размери и са процъфтявали в разнообразна среда, но загадъчно са изчезнали. Кредит: Diego Barletta

Биомеханиката на това да бъдеш масивен

Поддържането на телесна маса, надвишаваща един тон, изисква забележителни анатомични адаптации, обяснява изследване на Александра Усе (Alexandra Houssaye) от лабораторията MECADEV на френския Национален център за научни изследвания CNRS (Centre national de la recherche scientifique). Нейният екип е изучавал "гравипорталността" – наборът от адаптации, които позволяват на организмите да поддържат и преместват огромно телесно тегло, сравнявайки съвременните носорози и хипопотами със слонове и изчезнали четириноги динозаври.

Въпреки огромното си тегло, хипопотамите и носорозите все още могат да галопират, защото костите на крайниците им остават наклонени една спрямо друга, което държи краката им свити и позволява бързо движение.

"Те са по необходимост набити животни, с големи стави, които могат да издържат на свързаните с тях натоварвания", обяснява Усе.

Вътрешната им костна структура се укрепва чрез удебелена компактна тъкан и удължени костни трабекули, увеличавайки както масата, така и силата.

Слоновете и масивните завроподни динозаври са поели по различен еволюционен път. Загубвайки способността си да галопират, тези видове са имали възможност да нарастнат още по-големи, като са развили идеално прави, колоновидни кости, които не се огъват, но значително намаляват натоварването върху отделните кости.

"При тегло над пет до шест тона оптималната адаптация е преминаването към колоновидни кости", заключава Усе.

На бял фон: двете кости са доведени на еднаква височина, раменната кост на слона (отдясно) е по-тънка от тази на носорога (отляво). На черен фон: бедрената кост на носорога (отляво) е по-набита от тази на слона (отдясно) и се характеризира с удебеляване на много компактната (бяла) част на костта. Кредит: Alexandra Houssaye

Когато насекомите са властвали в небесата

Гигантизмът не се е ограничавал само до бозайници и влечуги. Преди между 350 и 250 милиона години, през карбоновия и пермския период, гигантски насекоми са доминирали в горите на Земята. Хищното водна конче Meganeura е можело да се похвали с размах на крилете си, достигащ 70 сантиметра, докато някои тревопасни насекоми са достигали размах на крилете от 35 сантиметра.

Тези въздушни гиганти са процъфтявали при изключителни атмосферни условия.

"Големите летящи организми като Meganeura са способни да поддържат полет по-добре, когато въздухът е по-плътен", обяснява изследователят Андре Нел (André Nel) от Института по систематика, еволюция и биоразнообразие (ISYEB - Institut de Systématique, Evolution, Biodiversité)

Атмосферното налягане е надвишавало 2 бара, два пъти повече от днешните нива, докато кислородът е съставлявал 35% от атмосферата в сравнение с 20% днес.

Богатата на кислород среда е била особено благоприятна за членестоногите, защото трахеалната им дихателна система пренася кислород директно до центъра на тялото. По-високите концентрации на кислород им позволили да порастнат много по-големи, което е довело до появата на същества като Arthropleura, двуметрова многоножка, която е пълзяла през карбоновите гори.

Илюстрация на гора от периода карбон (преди 359 до 299 милиона години), с Arthropleura myriapod и водно конче Meganeura. Кредит: Richard Bizley / SPL

Растителните гиганти чупят всички рекорди

Макар животните да привличат повече внимание, растенията може би са постигнали най-впечатляващия гигантизъм. 130-метрово фосилно растение държи рекорда за най-голям сухоземен организъм, откриван някога, докато някои морски водорасли достигат дължина от няколкостотин метра. Съвременните евкалипти и секвои обикновено достигат височина около 100 метра.

Растенията се радват на уникални предимства в конкуренцията за размер.

"Животните имат единна архитектура, докато растенията растат чрез серийно повторение", обяснява ботаникът Тристан Шарл-Доминик (Tristan Charles-Dominique) от лабораторията AMAP (botAnique et Modélisation de l’Architecture des Plantes et des végétations) към Института по еволюционни науки в Монпелие.

Докато ресурсите са налични, растенията продължават да растат, обикновено конкурирайки се със съседите си за достъп до слънчева светлина.

Гората Пандо (Юта, САЩ) е колония от 47 000 клонинга трепетлика, покриваща 43 хектара. Кредит: Nasa Earth Observatory by Lauren Dauphin using Landsat data from the U. S. Geological Survey

Най-огромният растителен гигант може би е Пандо, колония от клонинги трепетлика в Юта с приблизителна възраст между 16 000 и 80 000 години. Този един-единствен организъм се състои от 47 000 свързани стъбла, покриващи 43 хектара и тежащи приблизително 6000 тона.

"И няма нищо, което да подсказва, че има намерение да спре", отбелязва Шарл-Доминик.

Пандо се състои от огромна коренова система с близо 50 000 клонирани стъбла, разположени на площ от над 40 хектара. Кредит: George Rose/Getty

Скритите разходи на гигантизма

Въпреки впечатляващия си външен вид, гигантските организми са изправени пред значителни еволюционни компромиси.

"Да си голям си има цена. Следователно трябва да има еволюционно предимство пред размера", подчертава Усе.

Предвид биомеханичните, енергийните и екологичните ограничения, гигантските видове възприемат уникална жизнена стратегия: отнема им повече време да растат, размножават се по-късно и произвеждат по-малко потомство.

Тази закономерност се проявява ясно при животни с тегло 45 килограма или повече, праг, който отличава по-малките видове с по-кратък живот и по-големи потомци от истинската мегафауна. Растенията следват подобни модели, като големите екземпляри забавят размножаването за продължителни периоди, за да увеличат максимално растежа си в конкурентна среда.

"За да стане едно растение много голямо, то трябва да продължи да изследва околностите си възможно най-дълго", обяснява Шарл-Доминик. "Следователно, да останеш голямо означава да останеш младо и да не се размножаваш за дълъг период от време, което не е оптимално в нарушена среда."

Ахилесовата пета на гигантите

Тази жизнена стратегия създава фундаментална уязвимост, която в крайна сметка обрича много гигантски видове.

"Гигантските видове се оказват изключително успешни в стабилни условия, но не са много устойчиви, когато става въпрос за екологични кризи и колебания, на които те са първите жертви", предупреждава Антоан.

Размерът им, който им е осигурявал предимства в стабилна среда, се е превърнал в пречка, когато условията са се променили бързо. Бавните темпове на размножаване, късното съзряване и високите изисквания за ресурси са направили тези видове неспособни да се адаптират бързо към промените в околната среда. Много от кайнозойските гиганти са изчезнали с промяната на климата и появата на нови конкуренти.

Моделът се повтарял през цялата история на Земята. Гигантските карбонови насекоми намалявали с намаляването на нивата на атмосферния кислород и появата на нови конкуренти, включително малки планериращи влечуги, птерозаври и евентуално птици.

"Тези животни намалявали по размер с всяка следваща група", отбелязва Нел, докато накрая изчезнали заедно с нептичите динозаври.

Съвременните гиганти са изправени пред нови предизвикателства

Днешните останали гиганти заемат несигурно положение. Последните големи животни в света, включително африканските слонове, азиатската мегафауна и извисяващите се дървета в дъждовните гори и саваните, са концентрирани в тропическите региони. Тези райони исторически са били защитени от климатичните промени, започнали преди 20 000 години след последния ледников максимум.

Въпреки това, същите тези тропически убежища сега са на авантпоста на настоящото глобално затопляне. Бързите темпове на съвременните климатични промени може да надхвърлят адаптивния капацитет на видовете, които са развили своя гигантизъм през милиони години стабилни условия.

Фосилните данни показват, че среди, способни да поддържат гиганти, изискват специфични комбинации от изобилни ресурси, стабилен климат и ограничени смущения. Тъй като човешките дейности фрагментират местообитанията и ускоряват изменението на климата, тези условия стават все по-редки.

Слоновете са следващите застрашени гиганти. Кредит: PxHere

Уроци от изчезването на гигантите

Възходът и падението на древните гиганти предлагат важни прозрения за усилията за опазване на природата днес. Техният еволюционен успех произтича от използването на стабилни среди с изобилни ресурси, но същата тази специализация ги прави уязвими към промените. Съвременните гиганти са изправени пред подобни компромиси между предимствата на размера и адаптивността.

Разбирането на тези модели помага да се обясни защо големите видове постоянно се нареждат сред най-застрашените днес. Техните биологични характеристики, успешни в продължение на милиони години, се превръщат в пасив в бързо променящата се среда. Стратегиите за опазване трябва да отчитат тези присъщи уязвимости, като същевременно работят за запазване на стабилните условия, от които се нуждаят тези забележителни същества.

Докато изследователите продължават да изучават гигантските организми от миналото, техните истории подхранват загрижеността за днешните гиганти с глинени крака. Предизвикателството пред нас е да се поучим от тези древни уроци, за да защитим останалите гиганти, които все още красят нашата планета.

Източник: Why Earth’s Ancient Giants Were Doomed by Their Own Success, CNRS, Quand le vivant était géant, lejournal.cnrs

Още по темата

09/05/2024

Земята

Преди 41 000 години защитата на Земята изчезва

02/12/2020

Животът

Древни скални рисунки на мегафауна от ледниковия период са открити в горите на Амазония

19/04/2017

Животът

Твърде влажният климат е довел до измирането на мегафауната (видео)

23/01/2017

Животът

Мегафауната на древна Австралия е унищожена от хората, а не от климата