Blomstrende planter, nye tænder og ingen dinosaurer:Ny undersøgelse kaster lys over pattedyrenes fremkomst

En ny undersøgelse offentliggjort 30. april i Proceedings of the National Academy of Sciences identificeret tre faktorer, der er afgørende for fremkomsten af ​​pattedyrsamfund, siden de først dukkede op under dinosaurernes tidsalder:fremkomsten af ​​blomstrende planter, også kendt som angiospermer; udviklingen af ​​tribospheniske kindtænder hos pattedyr; og udryddelsen af ​​ikke-fugle dinosaurer, hvilket reducerede konkurrencen mellem pattedyr og andre hvirveldyr i terrestriske økosystemer.

Tidligere, pattedyr i dinosaurernes tidsalder blev anset for at være en relativt lille del af deres økosystemer og anses for at være små, natlige, jordboende insektædere. Ifølge denne mangeårige teori, det var ikke før masseudryddelsen af ​​K-Pg for omkring 66 millioner år siden, som udslettede alle ikke-fugle dinosaurer, at pattedyr derefter var i stand til at blomstre og diversificere. Et forbløffende antal fossile opdagelser i løbet af de sidste 30 år har udfordret denne teori, men de fleste undersøgelser så kun på individuelle arter, og ingen har kvantificeret mønstre i samfundsskala for pattedyrs stigning i den mesozoiske æra.

Medforfattere er Meng Chen, en alumnus fra University of Washington og nuværende postdoc-forsker ved Nanjing University; Caroline Strömberg, en professor i biologi ved University of Washington og kurator for palæobotani ved UW's Burke Museum of Natural History &Culture; og Gregory Wilson, en UW lektor i biologi og Burke Museum kurator for hvirveldyrs palæontologi. Holdet skabte en Rubik's Cube-lignende struktur, der identificerede 240 "økoceller", der repræsenterer mulige økologiske roller for pattedyr i et givet øko-rum. Disse 240 økoceller dækker en bred vifte af kropsstørrelser, diætpræferencer, og måder at flytte små pattedyr på. Når et givet pattedyr udfyldte en bestemt type rolle eller økocelle, det fyldte en plads i 'Rubik's Cube'. Denne metode giver den første omfattende analyse af evolutionære og økologiske ændringer af fossile pattedyrsamfund før og efter K-Pg masseudryddelse.

"Vi kan ikke direkte observere økologien af ​​uddøde arter, men kropsstørrelse, kostpræferencer og bevægelse er tre aspekter af deres økologi, som relativt let kan udledes af velbevarede fossiler, " sagde Chen. "Ved at konstruere økorummet ved hjælp af disse tre økologiske aspekter, vi kan visuelt identificere pletterne fyldt af arter og beregne afstanden mellem dem. Dette giver os mulighed for at sammenligne den økologiske struktur af uddøde og eksisterende samfund, selvom de ikke deler nogen af ​​de samme arter."

Holdet analyserede levende pattedyr for at udlede, hvordan fossile pattedyr udfyldte roller i deres økosystemer. De undersøgte 98 pattedyrsamfund med små krop fra forskellige biomer rundt om i verden, en tilgang, der ikke er forsøgt i denne skala. De brugte derefter dette moderne referencedatasæt til at analysere fem usædvanligt bevarede pattedyrs palæosamfund - to samfund fra juraperioden og to kridttid fra det nordøstlige Kina, og et eocæn epokesamfund fra Tyskland. Normalt er pattedyrfossiler fra mesozoiktiden ufuldstændige og består af fragmentariske knogler eller tænder. Ved at bruge disse bemærkelsesværdigt bevarede fossiler kunne holdet udlede økologien for disse uddøde pattedyrarter, og se på ændringer i pattedyrsamfundets struktur i løbet af de sidste 165 millioner år.

Holdet fandt ud af, at i nuværende samfund af nutidige pattedyr, økologisk rigdom er primært drevet af vegetationstyper, med 41 procent af små pattedyr, der fylder økoceller sammenlignet med 16 procent i paleosamfundene. De fem pattedyrs paleosamfund var også økologisk adskilt fra moderne samfund og pegede på vigtige ændringer gennem evolutionær tid. Bevægelsesdiversifikation fandt sted først under mesozoikum, muligvis på grund af mangfoldigheden af ​​mikrohabitater, såsom træer, jord, søer og andre substrater til at indtage i lokale miljøer. Det var først i eocæn, at pattedyrene voksede sig større og udvidede deres kost fra hovedsageligt kødædende, insektædende og altædende for at inkludere flere arter med diæter domineret af planter, inklusive frugt. Holdet fastslog, at fremkomsten af ​​blomstrende planter, nye typer tænder og udryddelsen af ​​dinosaurer drev sandsynligvis disse ændringer.

Før blomstrende planter opstod, pattedyr var sandsynligvis afhængige af nåletræer og andre frøplanter som levested, og deres blade og muligvis frø til mad. Ved eocæn, blomstrende planter var både mangfoldige og dominerende på tværs af skovøkosystemer. Blomstrende planter giver lettere tilgængelige næringsstoffer gennem deres hurtigtvoksende blade, kødfulde frugter, frø og knolde. Når man bliver dominerende i skove, de ændrede fundamentalt terrestriske økosystemer ved at give mulighed for nye livsformer for en mangfoldighed af pattedyr og andre skovlevende dyr, såsom fugle.

"Blomstrende planter revolutionerede virkelig terrestriske økosystemer, " sagde Strömberg. "De har en bredere vifte af vækstformer end alle andre plantegrupper - fra gigantiske træer til små etårige urter - og kan producere næringsrige væv i en hurtigere hastighed end andre planter. Så da de begyndte at dominere økosystemer, de gav mulighed for en bredere vifte af livsformer og også for meget højere 'pakning' af arter med lignende økologiske roller, især i tropiske skove."

Tribospheniske kindtænder - komplekse multifunktionelle kindtænder - blev udbredt hos pattedyr i den sene kridtperiode. Mutationer og naturlig udvælgelse ændrede drastisk formerne på disse kindtænder, giver dem mulighed for at lave nye ting som at slibe. På tur, dette gjorde det muligt for små pattedyr med disse typer af tænder at spise nye slags fødevarer og diversificere deres kostvaner.

Til sidst, K-Pg-masseudryddelsen, der udslettede alle dinosaurer undtagen fugle for 66 millioner år siden, gav pattedyr en evolutionær og økologisk mulighed. Lille kropsstørrelse er en måde at undgå at blive spist af dinosaurer og andre store hvirveldyr. Masseudryddelsen fjernede ikke kun pattedyrenes vigtigste rovdyr, men fjernede også små dinosaurer, der konkurrerede med pattedyr om ressourcer. Denne økologiske udgivelse gjorde det muligt for pattedyr at vokse til større størrelser og udfylde de roller, dinosaurerne engang havde.

"Den gamle teori om, at tidlige pattedyr blev holdt i skak af dinosaurer, har en vis sandhed i sig, " sagde Wilson. "Men vores undersøgelse viser også, at fremkomsten af ​​moderne pattedyrsamfund var mangefacetteret og afhang af dental udvikling og fremkomsten af ​​blomstrende planter."