Астероидът само е довършил започнатото: как глобалният гъбен разцвет е обхванал Земята, преди гибелта на динозаврите

Когато става дума за масовото измиране през периода Креда-Палеоген, настъпило преди 66 милиона години, обикновено се акцентира върху удара на астероида Чиксулуб и последвалото измиране на нептичите динозаври. Всяка глобална катастрофа обаче има микробиологично измерение. Съществува клон на науката, който изучава поведението на микроорганизмите по време на периоди на големи екологични кризи. Основното правило на това направление е, че масовата смърт на растения и животни неизбежно води до рязко увеличаване на популациите на гъбите.

До неотдавна учените имаха сериозен проблем с доказателствената база. Палеонтолозите бяха наясно, че след по-старото пермско измиране Земята преживява глобален скок в размножаването на гъбите. Техни спори бяха открити в геоложките пластове от онова време по целия свят. Но в случая с измирането на динозаврите подобни доказателства отдавна са открити само на едно място на планетата – в седименти в Нова Зеландия. Северна Америка, която е била много по-близо до мястото на удара на астероида изобщо не е показала признаци на микробна активност.

Ново изследване на учени от университета Джонс Хопкинс не само разрешава тази дългогодишна загадка, но и разкрива неизвестни досега подробности за състоянието на биосферата в края на периода Креда. Оказва се, че в Северна Америка наистина е имало масово разпространение на гъби. Нещо повече, първият етап от този процес е започнал десетки хиляди години преди сблъсъка на метеорита със Земята.

Грешката в лабораторните методи

В продължение на десетилетия отсъствието на спори в северноамериканските скали се обясняваше с регионалните климатични модели или с фрагментарния геоложки запис. Но авторите на новото изследване показват, че проблемът се крие в самия начин на работа на палеонтолозите.

За да се изследват микроскопичните вкаменелости, скалните проби трябва да бъдат натрошени и почистени от минералните примеси. Традиционната методология, използвана в палинологията (науката за древните полени и спори), включва използването на силни химикали: солна и флуороводородна киселина за разтваряне на минералите, както и процедури за окисляване. Процесът завършва с пресяване на получения материал през специален филтър с размер на отворите 10 микрометра.

Растителният прашец има здрава обвивка и е доста голям, така че лесно понася тази обработка. Спорите на много гъби обаче са много по-малки от 10 микрометра в диаметър и структурата им е по-крехка. Изследователите осъзнават, че в продължение на десетилетия учените буквално са измивали и унищожавали ключови доказателства при стандартното почистване на лабораториите.

За да се запазят микроскопичните изкопаеми, е разработен нов, щадящ протокол. Учените изоставят корозивните киселини и използват натриев хексаметафосфат. Това вещество действа по различен начин: неговите заредени йони се прикрепят към глинените частици и ги карат да се отделят една от друга, като освобождават органичните вещества без физическо или химическо разрушаване. Освен това изследователите премахват последната стъпка на филтриране.

За да се тества новият метод, са взети почвени проби от три добре проучени геоложки участъка: в басейна на Денвър, Колорадо, и в басейна на Уилистън, Северна Дакота. Резултатите напълно потвърдиха хипотезата. В скалните слоеве, образувани непосредствено след удара на астероида, учените регистрираха голям скок: гъбичните форми съставляваха до 50 % от всички открити микроскопични вкаменелости. Сред тях били открити както фрагменти от гъбни нишки (хифи), така и много разновидности на спори. Това било пряко доказателство, че след падането на Чиксулуб преработката на огромни обеми мъртва органична материя от микроорганизмите е имала не локален, а глобален характер.

Кризата преди астероидите и влиянието на вулканите

Ако присъствието на гъби в слоевете след удара бе очаквано, резултатите от анализите на по-дълбоките скали бяха истинско откритие. Учените откриха още един, по-дълъг интервал с аномално високи концентрации на гъбни спори в къснокредните седименти.

Сравнявайки местоположението на тези вкаменелости с датираните слоеве вулканична пепел в разреза на Денвърския басейн, изследователите определили времето на събитието. Оказа се, че първият голям взрив на гъбично размножаване е настъпил около 10 000 до 30 000 години преди предполагаемото време на удара на астероида.

За да разберем причините за това явление, е необходимо да се обърнем към климатичната история на планетата. Именно през този период от време на територията на днешна Индия се е състояла т.нар. фаза на Поладпур – период на максимално интензивни изригвания на Деканската падина. Гигантски разломи в земната кора изсипват милиони кубични километри лава.

Основната последица от този вулканизъм е освобождаването на огромни количества серен диоксид и въглероден диоксид в атмосферата. Серният диоксид блокира част от слънчевата светлина, което води до глобални климатични промени. Геоложките данни показват, че през този период средната температура на въздуха в изследвания регион на Северна Америка е спаднала с около 5 градуса по Целзий. Освен това химичните реакции в атмосферата са провокирали повишаване на киселинността на валежите и почвите.

За флората и фауната от периода креда това бързо застудяване и окисляване на околната среда се превръща в сериозен стрес. Растителността е започнала да загива, а биомите са деградирали. Но за царството на гъбите тези условия са били птимални. Повечето гъби, известни на науката, показват максимални темпове на растеж при температури под 30 градуса по Целзий и в среда с рН от 5 до 6.

Наличието на този пик на гъбите преди астероида е важно физическо доказателство за теорията за „двойния удар“. Тази теория гласи, че падането на метеорита Чиксулуб не е единствената причина за измирането на динозаврите. Астероидът е ударил биосферата, която вече се е намирала в състояние на дълбока, продължителна криза, причинена от климатичните промени вследствие на вулканичната дейност.

Еволюционният филтър: топлокръвност срещу патогени

Рязкото увеличаване на дела на гъбите в екосистемата има не само геологично, но и пряко биологично значение за оцелелите видове. Гъбите действат не само като унищожители на мъртвата органична материя, но и като активни причинители на болести (патогени) за живите организми.

След удара на астероида и в периодите на силни климатични промени животните са изправени пред недостиг на храна, екстремни температурни промени и унищожаване на техните местообитания. Всички тези фактори критично намаляват функцията на имунната система. Ако в този момент средата се насити с гъбни спори, вероятността от масови и фатални инфекции (микози) многократно нараства. Огромните количества патогени във въздуха и почвата могат да предизвикат заболяване дори при видове, които обикновено имат базисна устойчивост към тях.

Авторите на изследването посочват, че именно този фактор може да е изиграл определяща роля за промяната на доминиращите класове животни на Земята. Съществува научно подкрепена хипотеза, че глобалното разпространение на гъбичките е дало мощно еволюционно предимство на бозайниците пред влечугите.

Същността на механизма се крие във физиологията. Големите влечуги са ектотермични животни – телесната им температура зависи от температурата на околната среда. В условията на глобално застудяване и липса на слънчева светлина след вулканичната пепел и праха от астероида влечугите не са могли да нагреят телата си до температура, достатъчна за унищожаване на проникналите в телата им гъбични инфекции.

Бозайниците са ендотермични, т.е. те са в състояние да поддържат постоянна висока телесна температура благодарение на вътрешните метаболитни процеси. Температурният диапазон на топлокръвните животни (около 35-37 градуса по Целзий) образува твърда физиологична бариера. Огромното мнозинство от патогенните гъбички просто не са в състояние да оцелеят и да се размножават в такава гореща среда. По този начин бозайниците са генетично защитени от една от основните заплахи на времето. Това, което е било опустошителен фактор за студенокръвните видове, не е могло да спре развитието на топлокръвните видове.

Освен това мащабното присъствие на гъби в екосистемите след кризата е повлияло и на еволюцията на насекомите. Изследователите отбелязват, че появата на първите видове мравки, които започват целенасочено да култивират гъби като източник на храна, датира отпреди около 66 милиона години. При положение че конвенционалните растения умират или забавят растежа си поради липса на светлина, преминаването към хранене с гъбна биомаса е било ефективна стратегия за оцеляване на цели видове.

Резултатите от това изследване показват, че анализът на микроскопични вкаменелости дава съвсем различна перспектива за процесите на масово измиране. Разпространението на гъбни спори действа като точен индикатор за стреса в околната среда. Геоложките летописи записват не само физическото унищожение на света, но и биологичните механизми на неговата обработка, които пряко определят кои форми на живот ще наследят планетата след края на катастрофата.

Нашият екип винаги се е вълнувал от пресечната точка между фундаменталната наука и съвременните технологии за анализ, които позволяват на палеонтолозите да реконструират миналото с безпрецедентна точност. Това откритие ни напомня колко крехък е балансът на живота на Земята и как климатичните промени могат из основи да пренаредят еволюционните карти.