Кризисы биоразнообразия. Вымирание видов в прошлом. Пять

Глобальные изменения, кризисы и катастрофы:
проблемы и достижения современной экологии
Лекция 5
Кризисы биоразнообразия
Вымирание видов в прошлом
Пять массовых вымираний
Вымирание крупных зверей
в позднем плейстоцене
Геологическая история Земли
Земля существует
около 4.5 млрд лет, а
жизнь на Земле
возникла примерно
3.5 млрд лет назад
Источник: http://www.geocaching.com
Спираль геологической истории Земли
Источник: United States Geological Survey - Graham, Joseph, Newman, William, and Stacy, John, 2008,
The geologic time spiral—A path to the past (ver. 1.1): U.S. Geological Survey General Information Product
58, poster, 1 sheet. Available online at http://pubs.usgs.gov/gip/2008/58/
Основные события в истории Земли на «геологических часах»
Основные группы
живых организмов
Bacteria
Archaea
Eukarya
Protista
Fungi
Plantae
Animalia
Источник:
https://en.wikipedia.org/wiki/Geologic_time_scale
Источник:
http://en.wikipedia.org/wiki/Life
ш
к
а
л
а
(
ш
к
а
л
а
п
о
д
р
о
б
н
а
я
)
Г
е
о
х
р
о
н
о
л
о
г
и
ч
е
с
к
а
я
(
у
п
р
о
щ
е
н
н
а
я
)
Г
е
о
х
р
о
н
о
л
о
г
и
ч
е
с
к
а
я
Источник: http://www.scienceandapologetics.org/tutorial/8.4.1.html
Источник: http://www.geogr.msu.ru/
Динамика биоразнообразия в фанерозое
Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Alexander_V._Markov
Ордовикско-силурийское
вымирание
Пермское («Великое»)
вымирание
Девонское вымирание
Кризисы
биоразнообразия:
Пять
массовых
вымираний за
последние
500 млн лет
Триасовое вымирание
Мел-третичное
вымирание
Источник:
http://www.bbc.co.uk/nature/extinction_events
Ордовикско-силурийское вымирание
На
границе ордовика и силура (ордовикского и
силурийского периодов)
Примерно 450-440 млн лет назад
Второе по величине для морских организмов (в то
время вся жизнь была сосредоточена в морях и океанах)
Погибло более 60% морских беспозвоночных
(брахиоподы, мшанки и др.)
Возможная причина вымирания – движение Гондваны
в сторону Южного полюса, приведшее сначала к
похолоданию, а потом оледенению и, как результат,
падению уровня Мирового океана
Древние материки Гондвана и Лавразия в триасе
Источник:
http://secki.info/upload/image/maraqli/250px-Laurasia-Gondwana.png
Древние материки Гондвана и Лавразия в поздней юре
Источник: http://www.evpatori.ru
У терминов «Гондвана» и «биосфера» один и тот же автор!
Эдуард Зюсс (Eduard Suess, 1831-1914)
Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Eduard_Suess
Девонское вымирание
В
конце девона, на границе девона и карбона, или
девонского и каменноугольного периодов
374 млн лет назад (это – самый ранний пик
девонского вымирания, которое имело несколько волн)
Затронуло в основном морские формы – брахиопод,
трилобитов, население коралловых рифов, наземная
жизнь не пострадала (в конце девона растения и
животные уже вышли на сушу)
Причины вымирания неясны. Одна из возможностей
– падение содержания кислорода в воде, связанное с
деятельностью подводных вулканов
Пермское вымирание – The Great Dying
На границе перми и триаса (на границе соответствующих
периодов, или на границе палеозойской и мезозойской эры)
252 млн лет назад
Величайшее массовое вымирание всех времен
Погибло 95% видов морской фауны и 70% наземных видов
позвоночных
Единственное в истории биосферы массовое вымирание
насекомых
Возможные причины:
вулканическая деятельность в Сибири и, как возможное
следствие, парниковый эффект и «вулканическая зима»
(антипарниковый эффект)
падение метеорита или столкновение с астероидом
диаметром несколько десятков километров (для
сравнения: радиус Луны 1700 км)
выброс в атмосферу метана (из-за мутации у архей)
Триасовое вымирание
На границе триаса и юры (на границе триасового и юрского периодов)
200 млн лет назад
Крупнейшее вымирание мезозойской эры
Быстрое – примерно за 10 тыс. лет (перед распадом Пангеи на части)
Примерно 50% видов вымерли (возможное следствие – расцвет
динозавров)
Возможные причины:
Потепление климата (не объясняет внезапность вымирания)
Извержения вулканов → парниковый эффект, «вулканическая
зима» (антипарниковый эффект)
«Метангидратное ружье» → парниковый эффект
Мел-палеогеновое вымирание
(другие названия: мел-третичное, K-T вымирание)
На границе мелового и палеогенового периодов (или на границе
мезозойской и кайнозойской эры)
Примерно 65 млн лет назад
Погибла примерно 1/6 часть всех видов, включая динозавров
Причины:
Падение метеорита (гипотеза Альвареса) – падение метеорита на
полуострове Юкатан в Мексике (кратер Чиксулуб)
Вулканическая активность (и парниковый эффект или антипарниковый
эффект)
Климатические изменения, связанные с дрейфом континентов и
изменением системы течений в океане (увеличение амплитуды колебаний
температуры могло привести к вымиранию динозавров, обладавших, как
предполагают, инерциальной гомойотермией)
«Биосферная» версия вымирания: появление цветковых растений и
начало расцвета млекопитающих – сначала фитофагов, затем
питающихся ими хищников, которые одновременно питались яйцами
динозавров (почему динозавры не могли откладывать более
крупные яйца?)
Катастрофизм
(метеорит, вулканы, дрейф континентов)
или биологическая эволюция
(биосферная гипотеза)
как альтернативные причины вымирания динозавров
Преимущественное вымирание
крупных млекопитающих в позднем плейстоцене:
глобальное потепление
(связанное с окончанием последнего оледенения)
или пресс древних охотников?
Вымирание крупных зверей происходило 15-12 тыс. лет назад
в Северной и Южной Америке, в Евразии и в Африке. В
Австралии оно, по-видимому, имело место раньше, начиная
примерно с 50 тыс. лет назад (стандартная точка зрения).
Африка была затронута вымиранием в меньшей степени, чем
другие континенты.
Млекопитающие, вымершие в позднем плейстоцене
Мамонт
Пещерный медведь
Шерстистый носорог
Смилодон
Художник: Зденек Буриан
Источник: http://macroevolution.narod.ru/burian.htm
(представитель саблезубых кошек)
Большерогий олень
Мегатерий – гигантский
родственник современных ленивцев.
Понятно, что при таких размерах он жил
не на деревьях, как современные
ленивцы, а на земле
Ландшафт последнего оледенения - тундростепь
(биом, который перестал существовать)
Шерстистый носорог на фоне
окружающего его ландшафта
Источник:
http://www.le.ac.uk/ulas/projects/glaston
_animals_index.html
Реконструкция облика носорога на фоне ландшафта:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Woolly_rhinoceros.jpg?uselang=ru
Теории вымирания: климат
Шерстистые мамонты (Mammuthus primigenius) в тундростепном ландшафте.
Потепление климата в конце плейстоцена привело к сокращению обширных
территорий северной Евразии и Северной Америки с холодным и сухим климатом
(тундростепей) и, как следствие, вымиранию мамонтов
Источник: Sedwick C. What Killed the Woolly Mammoth? PLoS Biol 6(4): e99 (2008)
Теории вымирания: человек
Кто кого
«сборет»:
человек
пещерного
медведя
или
наоборот?
Пещерный медведь
Художник: Зденек Буриан
Источник: http://macroevolution.narod.ru/burian.htm
Однако - вымирали не только крупные, но и мелкие формы
«Исчезновение мамонтовой фауны, произошедшее в начале голоцена,
одни исследователи связывают с климатическими изменениями, другие
же считают этих животных жертвами человека («охотников на
мамонтов»). Сторонники гипотезы «антропогенного вымирания»
резонно указывают, что все предыдущие межледниковья, когда еще не
было человека, криофильная мамонтовая фауна пережила вполне
спокойно. Сторонники гипотезы «климатических воздействий» (опятьтаки резонно) возражают, что голоценовое вымирание было наиболее
масштабным не в относительно густо заселенной Евразии, а в
практически безлюдной в те времена Северной Америке (человек
проник сюда лишь около 10-12 тыс. лет назад из Азии через Берингов
пролив); на прародине же человечества – в африканских саваннах –
никаких вымираний вообще не было. Кроме того, вымирание захватило
не только крупных травоядных и хищников, но и целую кучу
маммальной мелочи, которая никак не могла быть для кроманьонцев
ни добычей, ни врагами, подлежащими целенаправленному
уничтожению.» К.Ю. Еськов «Удивительная палеонтология», 2008, с. 236237
Вероятность вымирания в позднем плейстоцене
в зависимости от массы тела на разных континентах
полный диапазон размеров тела
летучие мыши и ластоногие не включены
Источник: Polishchuk 2010
Вероятность вымирания в позднем
плейстоцене в зависимости от массы тела
Африка, Австралия, Северная и Южная Америка
летучие мыши и ластоногие исключены:
P/(1-P) = 0.024 W0.76
n = 2123 (общее число видов),
n0 = 1916 (выжившие), n1 = 207 (вымершие)
летучие мыши и ластоногие включены:
P/(1-P) = 0.024 W0.72
Показатель
степени
составляет
примерно
0.75
n = 2534 (общее число видов),
n0 = 2327 (выжившие), n1 = 207 (вымершие)
Источник: Polishchuk L.V. The three-quarter-power scaling of extinction risk in Late
Pleistocene mammals, and a new theory of the size selectivity of extinction //
Evolutionary Ecology Research. 2010. V. 12. No. 1. P. 1-22.
Зависимость плотности популяции N (число особей/км2) от массы тела
взрослых особей W (г) для наземных травоядных млекопитающих
lg N = -0.73 lg W + 4.15 (r = - 0.8, n = 368)
Показатель
степени
составляет
примерно
-0.75
каждая точка
- один вид
Источник: Damuth J. 1987. Biol. J. Linn. Soc. 31: 193-246, Figure 1
Основной результат и его интерпретация
Для глобальной совокупности позднеплейстоценовых
млекопитающих, охватывающей фауну 4-х континентов, риск
вымирания описывается степенной (аллометрической)
функцией массы тела с показателем степени примерно +0.75.
Поскольку зависимость численности (плотности популяции) от
массы тела описывается степенной функцией с показателем
степени -0.75, получается, что риск вымирания просто обратно
пропорционален численности.
Преимущественное вымирание крупных зверей в позднем
плейстоцене имеет в основном биологическую природу и
обусловлено низкой численностью крупных видов. Другими
словами, хотя крупные звери вымирали чаще, чем мелкие, в
масштабе фауны всех 4-х континентов мы не наблюдаем
преимущественного вымирания крупных зверей сверх того, что
диктуется зависимостью численности от размеров тела.