Астероид лишь завершил начатое: как глобальный грибной расцвет охватил Землю еще до гибели динозавров

Когда речь заходит о мел-палеогеновом массовом вымирании, произошедшем 66 миллионов лет назад, основное внимание обычно уделяется падению астероида Чикшулуб и последующему исчезновению нептичьих динозавров. Однако любые глобальные катастрофы имеют микробиологическое измерение. В науке существует направление, изучающее поведение микроорганизмов в периоды масштабных экологических кризисов. Главное правило этого направления заключается в том, что массовая гибель растений и животных неизбежно приводит к резкому росту популяций грибов.

До недавнего времени у ученых была серьезная проблема с доказательной базой. Палеонтологи прекрасно знали, что после более древнего Пермского вымирания Земля пережила глобальный скачок размножения грибов. Их споры находили в геологических слоях того времени по всему миру. Но в случае с вымиранием динозавров аналогичные доказательства долгое время удавалось обнаружить только в одном месте на планете — в отложениях на территории Новой Зеландии. Северная Америка, которая находилась значительно ближе к месту падения астероида, не показывала никаких признаков активности микроорганизмов.

Новое исследование ученых из Университета Джонса Хопкинса не только решает эту давнюю загадку, но и раскрывает ранее неизвестные детали состояния биосферы на исходе мелового периода. Выяснилось, что Северная Америка действительно пережила массированное распространение грибов. Более того, первый этап этого процесса начался за десятки тысяч лет до того, как метеорит столкнулся с Землей.

Ошибка лабораторных методов

Десятилетиями отсутствие спор в североамериканских породах объясняли региональными особенностями климата или фрагментарностью геологической летописи. Однако авторы нового исследования предположили, что проблема кроется в самих методах работы палеонтологов.

Чтобы изучить микроскопические окаменелости, образцы горных пород необходимо измельчить и очистить от минеральных примесей. Традиционная методика, применяемая в палинологии (науке о древней пыльце и спорах), включает использование сильных химических реагентов: соляной и плавиковой кислот для растворения минералов, а также процедур окисления. Завершается процесс просеиванием полученного материала через специальный фильтр с размером ячеек 10 микрометров.

Растительная пыльца обладает прочной оболочкой и достаточно крупными размерами, поэтому она легко переносит такую обработку. Однако споры многих грибов значительно меньше 10 микрометров в диаметре, а их структуры более хрупкие. Исследователи поняли, что десятилетиями ученые буквально вымывали и уничтожали главные доказательства в ходе стандартной лабораторной очистки.

Чтобы сохранить микроископаемые, был разработан новый, щадящий протокол. Ученые отказались от агрессивных кислот и использовали гексаметафосфат натрия. Это вещество действует иначе: его заряженные ионы прикрепляются к частицам глины и заставляют их отделяться друг от друга, высвобождая органику без физического или химического разрушения. Кроме того, исследователи убрали финальный этап фильтрации.

Для проверки нового метода были взяты образцы грунта из трех хорошо изученных геологических разрезов: в бассейне Денвер (штат Колорадо) и в бассейне Уиллистон (штат Северная Дакота). Результаты полностью подтвердили гипотезу. В слоях породы, сформировавшихся сразу после падения астероида, ученые зафиксировали большой скачок: грибные формы составляли до 50% от всех найденных микроскопических окаменелостей. Среди них были найдены как фрагменты грибных нитей (гиф), так и множество разновидностей спор. Это стало прямым доказательством того, что после падения Чикшулуба переработка огромных объемов мертвой органики микроорганизмами имела не локальный, а глобальный характер.

Доастероидный кризис и влияние вулканов

Если присутствие грибов в послеударных слоях было ожидаемым, то результаты анализа более глубоких пород стали настоящим открытием. Ученые обнаружили еще один, более продолжительный интервал аномально высокой концентрации грибных спор в отложениях позднего мелового периода.

Сопоставив расположение этих окаменелостей с датированными слоями вулканического пепла в разрезе бассейна Денвер, исследователи установили время события. Оказалось, что первая крупная вспышка размножения грибов произошла примерно за 10 000-30 000 лет до предполагаемого времени падения астероида.

Чтобы понять причины этого явления, необходимо обратиться к климатической истории планеты. Именно в этот временной отрезок на территории современной Индии происходила так называемая фаза Поладпур — период максимально интенсивных извержений Деканских траппов. Гигантские разломы в земной коре изливали миллионы кубических километров лавы.

Главным следствием этого вулканизма стал выброс огромных объемов диоксида серы и углекислого газа в атмосферу. Диоксид серы блокировал часть солнечного света, что привело к глобальному изменению климата. Геологические данные показывают, что в этот период средняя температура воздуха в исследуемом регионе Северной Америки упала примерно на 5 градусов Цельсия. Кроме того, химические реакции в атмосфере спровоцировали повышение кислотности осадков и почв.

Для флоры и фауны мелового периода такое быстрое похолодание и закисление среды стало серьезным стрессом. Растительность начала гибнуть, биомы деградировали. Но для грибного царства эти условия стали оптимальными. Большинство известных науке грибов демонстрируют максимальные темпы роста при температуре ниже 30 градусов Цельсия и в кислотной среде с показателем pH от 5 до 6.

Наличие этого доастероидного грибкового пика является важным физическим доказательством теории «двойного удара». Эта теория гласит, что падение Чикшулубского метеорита не было единственной причиной вымирания динозавров. Астероид ударил по биосфере, которая уже находилась в состоянии глубокого затяжного кризиса, вызванного климатическими изменениями из-за вулканической активности.

Эволюционный фильтр: теплокровность против патогенов

Резкое увеличение доли грибов в экосистеме имеет не только геологическое, но и прямое биологическое значение для выживших видов. Грибы выступают не только как разрушители мертвой органики, но и как активные возбудители болезней (патогены) для живых организмов.

После падения астероида и в периоды сильных климатических сдвигов животные сталкиваются с нехваткой пищи, резкими перепадами температур и разрушением привычной среды обитания. Все эти факторы критически снижают работу иммунной системы. Если в этот момент окружающая среда перенасыщена грибными спорами, вероятность развития массовых и летальных инфекций (микозов) многократно возрастает. Огромные объемы патогенов в воздухе и почве способны вызывать болезни даже у тех видов, которые обычно обладают базовой устойчивостью к ним.

Авторы исследования указывают, что именно этот фактор мог сыграть определяющую роль в смене доминирующих классов животных на Земле. Существует научно обоснованная гипотеза о том, что глобальное распространение грибов дало мощное эволюционное преимущество млекопитающим перед рептилиями.

Суть механизма заключается в физиологии. Крупные рептилии являются эктотермными животными — их температура тела зависит от температуры окружающей среды. В условиях глобального похолодания и дефицита солнечного света после выброса вулканического пепла и пыли от астероида, рептилии не могли нагреть свои тела до температуры, достаточной для уничтожения проникающих в организм грибковых инфекций.

Млекопитающие обладают эндотермией, то есть способны поддерживать постоянную высокую температуру тела за счет внутренних обменных процессов. Температурный диапазон теплокровных животных (около 35-37 градусов Цельсия) формирует жесткий физиологический барьер. Подавляющее большинство патогенных грибов просто не способны выживать и размножаться в такой горячей среде. Таким образом, млекопитающие оказались генетически защищены от одной из главных угроз того времени. То, что стало губительным фактором для хладнокровных видов, не смогло остановить развитие теплокровных.

Кроме того, масштабное присутствие грибов в послекризисных экосистемах отразилось и на эволюции насекомых. Исследователи отмечают, что появление первых видов муравьев, которые начали целенаправленно выращивать грибы в качестве источника пищи, датируется примерно 66 миллионами лет назад. В условиях, когда обычные растения погибли или замедлили свой рост из-за нехватки света, переход на питание грибной биомассой стал эффективной стратегией выживания для целых видов.

Результаты этого исследования показывают, что анализ микроскопических окаменелостей позволяет совершенно иначе взглянуть на процессы массовых вымираний. Распространение грибных спор выступает точным индикатором экологического стресса. Геологические летописи фиксируют не только физическое разрушение мира, но и биологические механизмы его переработки, которые напрямую определили, какие именно формы жизни унаследуют планету после окончания катастрофы.

Источник: biorxiv