Приливы и выход на сушу

На завершившейся в эту пятницу в Портленде (штат Орегон) ежегодной океанологической конференции Американского геофизического союза группа исследователей под руководством Ханны Бирне (Hannah Byrne) из Упсальского университета предложила уточнение в сценарий выхода позвоночных животных на сушу. Кратко о содержании их доклада рассказывают сайты журналов Nature и Science. Согласно предположению авторов, переходу предков земноводных к наземному образу жизни способствовали усилившиеся приливы. В небольших водных бассейнах, остающихся в приливно-отливной зоне во время отлива, оставались рыбы, которым оставалось надеяться, что они доживут до следующего прилива, или же найти возможность вернуться в океан самостоятельно.

Насколько известно палеонтологам, позвоночные животные выбрались на сушу в девонском периоде, около 400 миллионов лет назад. Приспособления для наземного образа жизни, видимо, параллельно возникали у нескольких групп рыб. Чаще всего в числе обстоятельств, способствовавших этому, называют появление неглубоких, изобилующих водорослями лагун. Обитавшие там рыбы, должны были приспособиться к частому пересыханию этих водоемов в период засухи, поэтому со временем они перешли к полуводному образу жизни, а их потомки и вовсе стали обитателями суши.

Гипотезу о роли приливных бассейнов в этом процессе впервые высказал около века назад палеонтолог из Чикагского университета профессор Альфред Ромер (Alfred Romer). В 2014 году астрофизик из Оксфорда Стивен Балбус (Steven Balbus) подсчитал, что 400 миллионов лет назад приливы были сильнее, потому что Луна была примерно на 10 % ближе к Земле, чем сейчас. Особенно сильными были сизигийные приливы, наступающие, когда сила тяготения Солнца и Луны действует на воды в одном направлении. Такие приливы наступают примерно раз в две недели, в новолуние и в полнолуние. Минимальная высота подъема воды наступает при квадратурном приливе, когда Солнце и Луна действуют под прямым углом друг к другу. Разница высоты сизигийного и квадратурного приливов в девонском периоде, по расчетам Стивен Балбуса, могла достигать четырех метров. На высоту прилива и, соответственно, на шансы рыб попасть в ловушку, влияют также местные особенности: форма береговой линии и глубина прибрежных вод.

Когда в отлив вода отступает, на обнажившемся берегу остается немало луж, прудиков и заводей, отрезанных от океана. Если они образовались после сизигийного прилива, то их обитателям придется две недели ждать возвращения воды. Океанолог Маттиас Грин (Mattias Green) из Бангорского университета в Уэльсе говорит: «Уже через несколько дней в таких бассейнах у вас кончается еда или вы сами становитесь пищей. Рыбы с развитыми конечностями имели преимущество, так как могли самостоятельно доковылять до воды».

Стивен Балбус, Маттиас Грин и их коллеги отмечают также, что в ту эпоху суша была разделена на два суперконтинента: Гондвану и Лавразию, разделенные сравнительно узкой клинообразной полосой океана. Такой пролив между двумя материками должен был, по мнению Стивена Балбуса, способствовать увеличению высоты приливов. Ученые смоделировали форму береговой линии древних континентов и вычислили места, в которых высота приливов была наибольшей. С учетом данных о позднейшей тектонике плит они определили, где сейчас находятся соответствующие отложения. Как было показано в докладе, именно в этих местах обнаруживается большое количество “переходных” окаменелостей рыб, плавники которых начали превращаться в конечности амфибий.

Такие подтверждения находятся в разных местах Земли: в Канаде, в Восточной Европе, в Ирландии. Примером такой находки служит знаменитый тиктаалик (Tiktaalik roseae) с острова Элсмир в канадской Арктике. Или же многочисленные отпечатки следов среднедевонского периода (397 – 395 млн. лет), найденные в Свентокшиских горах у деревни Захелме (Zachełmie) в Польше. Немного моложе окаменевшие цепочки следов на ирландском острове Валентия.

Окаменевшие останки тиктаалика

Реконструкция тиктаалика

Реконструкция существа, оставившего следы в Свентокшиских горах

Интересно, что, согласно этой теории, окаменевшие останки рыб, находящихся на пути к превращению в амфибий, должны находиться и в других регионах, например, в Афганистане и Сирии, но раскопки там сейчас невозможны из-за политической нестабильности.

Около года назад ученые из Австралийского национального университета и Университета Нового Южного Уэльса рассмотрели еще один фактор, которым мог способствовать выходу рыб на сушу. Их статья была опубликована в журнале The American Naturalist. Исследователи рассмотрели риски, которым подвергаются рыбы из рода Alticus в воде и на суше.

Представители этого рода, известные также под названием скальные прыгуны, живут на побережьях островов Индийского и Тихого океанов, а также Австралии. Они способны дышать атмосферным воздухом. Обитают они в приливно-отливной зоне, питаются в основном водорослями и во время отлива скрываются в заполненных водой углублениях. Когда же наступает прилив, эти рыбы не спешат оказаться в океанской воде. Напротив, они стараются подняться повыше на сушу, в так называемую супралитораль – зону, которая не затапливается даже во время прилива. Такое поведение обеспечивает им защиту от хищных рыб. На суше этих рыбок тоже подстерегают опасности, например, они могут стать жертвой птиц. Но, видимо, риск на суше оказывается меньше, чем в море.

Представители вида Alticus monochrus на острове Маврикий

Ученые решили экспериментально доказать, что жизнь в приливно-отливной зоне позволяет рыбам избегать хищников. Они сделали из латекса 250 моделей таких рыб и разместили их острове Раротонга в архипелаге Острова Кука, установив часть на литорали (в осушаемой при отливе зоне), а часть в сублиторали (чудь глубже, где всегда вода). Как оказалось, модели, находившиеся в сублиторали, значительно чаще подвергались нападениям хищников, примерно половина из них в ходе эксперимента была повреждена. Те же модели, что оказались в приливно-отливной зоне, пострадали гораздо меньше, ущерб был заметен лишь на девяти из них. Следовательно, обитая в зоне прилива, рыбы рода Alticus подвергаются меньшему риску. Поэтому авторы работы пришли к выводу, что давление хищников стало одной из причин, заставивших некоторых рыб девонского периода перебраться на литораль, сделав первые шаги в освоении суши.