Первое появление трилобитов в летописи окаменелостей датируется 521 млн. Лет назад в океанах кембрийского периода, когда континенты еще были негостеприимны для большинства форм жизни. Немногие группы животных адаптировались так же успешно, как трилобиты, которые были членистоногими, которые жили на морском дне в течение 270 миллионов лет до массового вымирания в конце Пермского периода приблизительно 252 миллиона лет назад.
Чем дольше жили организмы, тем реже их окаменелости и тем сложнее понять их образ жизни. Перед палеонтологами стоит сложная задача — установить эволюционные отношения во времени и пространстве. Преодолевая трудности, связанные с исследованием группы животных, которые жили так давно, бразильские ученые присоединились к факультету биологии Школы наук Бауру (FC-UNESP) Государственного университета Сан-Паулу и лаборатории палеонтологии Университета Сан-Паулу. Школа философии, науки и литературы Рибейран-Прету в Пауло (FFCLRP-USP) впервые преуспела в выводе палеобиогеографических паттернов среди трилобитов.
Палеобиогеография — это раздел палеонтологии, который фокусируется на распространении вымерших растений и животных и их связи с древними географическими особенностями. Исследование было проведено Фабио Аугусто Карбонаро, научным сотрудником Лаборатории палеонтологии макробеспозвоночных (UNAP) Бауру (LAPALMA), возглавляемой профессором Ренато Пирани Гиларди. Среди других участников были Макс Кардосо Лангер, профессор FFCLRP-USP, и Сильвио Шигуео Нихей, профессор Института биологических наук того же университета (IB-USP).
Исследователи проанализировали морфологические различия и сходства 11 видов трилобитов, описанных до сих пор в роду Metacryphaeus; Эти трилобиты жили в девонское время между 416 и 359 миллионами лет назад (mya) в холодных водах моря, которые охватывали территорию, которая сейчас является Боливией, Перу, Бразилией, Мальвинскими островами (Фолклендские острова) и Южной Африкой.
Девонский период подразделяется на семь этапов. Метакрифей жил во время лочковской (419,2-410,8 млн лет) и пражской (410,8-407,6 млн лет) стадий, которые являются самыми ранними девонскими стадиями.
Результаты исследования были опубликованы в научных отчетах и являются частью проекта «Палеобиогеография и миграционные маршруты палео-беспозвоночных девона в Бразилии», который поддерживается исследовательским фондом Сан-Паулу — FAPESP и Национальным советом по научному и техническому развитию Бразилии ( НСИ). Гиларди — главный исследователь проекта.
«Когда они вымерли в Перми, 252 миллиона лет назад, трилобиты не оставили потомков. Их самые близкие живущие родственники — креветки, а более отдаленно — пауки, скорпионы, морские пауки и клещи», — сказал Гиларди.
Он пояснил, что окаменелости трилобитов встречаются в изобилии по всему миру, — так много, что их иногда называют морскими тараканами. Сравнение не является необоснованным, потому что анатомически трилобиты напоминают тараканов. Разница в том, что они не были насекомыми и имели три продольных сегмента тела или доли (отсюда и название).
В северном полушарии ископаемые останки трилобитов очень богаты. К настоящему времени палеонтологи описали 10 отрядов, включающих более 17 000 видов. Самые маленькие были длиной 1,5 миллиметра, а самые большие были длиной около 70 см и шириной 40 см. Прекрасно сохранившиеся трилобиты можно найти в некоторых регионах, например в Марокко. Они могут быть красивыми, когда используются для создания камей или глубоких украшений. Напротив, ископаемые останки трилобита из Бразилии, Перу и Боливии часто плохо сохраняются, состоящие лишь из впечатлений, оставленных в бентической грязи их экзоскелетами.
«Хотя их состояние сохранности далеко от идеального, в отложениях, которые формируют бассейн Параны в южном регионе Бразилии, и в бассейне Парнаиба вдоль северо-северо-восточного водораздела находятся тысячи окаменелостей трилобита», — сказал Гиларди, который также является председателем Бразильское палеонтологическое общество.
По словам Гиларди, их плохое состояние сохранности может быть связано с геологическими условиями и климатом, преобладающим в этих регионах в эпоху палеозоя, когда участки суши, которые однажды сформируют Южную Америку, находились на Южном полюсе и были полностью покрыты льдом. на длительные периоды.
В течение девона, Южная Америка и Африка были связаны как часть суперконтинента Гондвана. Южная Африка была объединена с Уругваем и Аргентиной в регионе Ривер Плейт, а южные штаты Бразилии были непрерывны с Намибией и Анголой.
Экономный анализ
Исследование началось с анализа 48 характеристик (размера, формы и структуры органов и анатомических частей), обнаруженных в 50 образцах окаменелостей 11 видов Metacryphaeus. «В принципе, эти характеристики служат для установления их филогении — эволюционной истории всех видов во вселенной, проанализированной с точки зрения линий происхождения и отношений между более широкими группами», — сказал Гиларди.
Этот метод, известный как экономный анализ, широко используется для установления взаимосвязей между организмами в данной экосистеме, а в последние годы его также начали использовать при изучении окаменелостей.
По словам Гиларди, скупость, как правило, является принципом, согласно которому простейшее объяснение данных является предпочтительным объяснением. В анализе филогении это означает, что гипотеза о взаимоотношениях, которая требует наименьшего количества характерных изменений между анализируемыми видами (в данном случае трилобиты рода Metacryphaeus), является наиболее вероятной, чтобы быть верной.
Биогеографический вклад в исследование внес профессор Нихей, который работает в IB-USP систематиком и систематиком насекомых. Область систематики связана с эволюционными изменениями между предками, в то время как таксономия фокусируется на классификации и наименовании организмов.
«Биогеографический анализ обычно включает живые группы, возраст которых оценивается по молекулярной филогении или так называемым молекулярным часам, которые оценивают, когда два вида, вероятно, расходятся на основе количества молекулярных различий в их ДНК. В этом исследовании трилобиты «Мы использовали возраст таким же образом, но он был получен из окаменелостей», — сказал Нихей.
«Основной целью исследования было использование окаменелостей в методе, который обычно включает молекулярную биогеографию. Очень немногие исследования этого типа ранее были связаны с окаменелостями. Я считаю, что наше исследование прокладывает путь для нового подхода, основанного на биогеографических методах, требующих хронограммы [ молекулярная кладограмма], потому что эта хронограмма также может быть получена из ископаемых таксонов, таких как изученные палеонтологами, а не из молекулярных кладограмм для живых животных ».
Как палеонтолог позвоночных, который специализируется на динозаврах, Лангер признал, что он мало знает о трилобитах, но много знает о современных вычислительных методах, используемых в экономном анализе, на которых было основано его участие в исследовании. «Я считаю, что ключевой аспект этого исследования и причина, по которой оно было принято для публикации в столь важном журнале, как Scientific Reports , заключается в том, что это первое использование скупости для понимания филогении рода трилобитов в южном полушарии», он сказал.
Разгон Гондвана
Результаты палеобиогеографического анализа подтверждают ранее существовавшую теорию о том, что Боливия и Перу образовали прародину метакрифа. «Модели оценивают 100-процентную вероятность того, что Боливия и Перу сформировали исконную область клады метакрифа и большую часть его внутренних клад», — сказал Гиларди. Подтверждение теории показывает, что скупые модели обладают способностью предполагать наличие клад в определенный момент в прошлом, даже когда нет известных физических записей этого присутствия.
В случае с Metacryphaeus самые старые записи в Боливии и Перу относятся к ранней пражской стадии (410,8-407,6 млн лет), но считается, что род развивался в регионе в течение лочковской стадии (419,2-410,8 млн лет). Поэтому сарказм предполагает, что Metacryphaeus возник в Боливии и Перу за некоторое время до 410,8 млн лет назад, но не ранее 419,2 млн лет назад. В любом случае считается, что он намного старше любых известных окаменелостей.
Согласно Ghilardi, результаты могут быть интерпретированы как показания, что адаптивное излучение Metacryphaeus к другим областям западной Гондваны произошло во время эпизодов морской трансгрессии в Lochkovian-Pragian, когда море затопило части Гондваны. «Распространение Metacryphaeus trilobites в течение Лочковян происходило из Боливии и Перу в Бразилию — к бассейну Параны, теперь в южном регионе, и к бассейну Парнаиба, на северо-северо-восточном участке — и к Мальвинским / Фолклендским, а Распространение пражского произошло в направлении Южной Африки «, — сказал он.
В последние десятилетия ископаемые трилобиты постоянно обнаруживаются в бассейне Параны. Трилобиты, собранные в конце девятнадцатого века в бассейне Парнаиба, содержались в Национальном музее Бразилии в Рио-де-Жанейро, который был уничтожен пожаром в сентябре 2018 года. «Эти окаменелости еще не были найдены под обломками, и, вероятно, ничего не осталось из них. Это были просто следы от ракушек, оставленные на древнем морском дне. Даже в окаменелом виде они, должно быть, растворились в огне », — сказал Гиларди.
