Обильные останки фораминифер показывают, как организмы реагировали на климатические изменения прошлого. Они также могут помочь предсказать будущее.
— 28.05.2025
Изменение климата и сокращение биоразнообразия — два крупнейших экологических кризиса, с которыми сталкивается человечество сегодня, но предсказать, как они будут развиваться вместе, сложно. В идеале ученые должны были бы изучить, как жизнь на Земле реагировала на предыдущие периоды резкого изменения климата, но ископаемая летопись большинства видов неоднородна. Однако окаменелости фораминифер являются исключением: они повсюду. Эти одноклеточные морские организмы заключены в раковины, часто состоящие из карбоната кальция, основного компонента мела (который образуется из раковин фораминифер и других существ, которые падают на морское дно после смерти). Их название, происходящее от латыни, относится к отверстиям, соединяющим различные камеры внутри их часто красивых раковин. Бахрома из расширений, выступающих вокруг раковины, позволяет им находить и собирать пищу. «Когда вы смотрите на живую фораминиферу, она похожа на маленькую песчинку с большим пучком сопливых щупалец вокруг нее», — говорит палеоокеанограф Крис Лоури из Техасского университета в Остине.
На этой фотографии справа изображена живая фораминифера вида Globigerinella calida , выловленная в юго-западной части Индийского океана с помощью планктонной сети в 2009 году. Хорошо видны щупальца, которые она использует для питания и передвижения и которые значительно отходят от раковины. КРЕДИТ: ТРЕЙСИ АЗЕ / УНИВЕРСИТЕТ ПЛИМУТА
Большинство видов фораминифер обитают на морском дне, но палеонтологи особенно интересуются планктонными видами, которые живут в подвешенном состоянии в открытой воде. Из-за их поразительной численности и короткой жизни их окаменелости находят по всему дну океана. Это позволило исследователям детально реконструировать, какие виды процветали, а какие страдали, когда климат в прошлом менялся, все это путем изучения раковин и химических подсказок, которые они содержат. «Если вы немного поработаете с химией ракушки фораминиферы, вы сможете реконструировать такие вещи, как температура воды, когда она росла», — говорит микропалеонтолог Энди Фраас из Университета Виктории в Канаде. «Так что они могут многое рассказать нам об океанических условиях». Исследователи изучают окаменелости, сверля осадочные породы океана, чтобы слой за слоем обнаружить известковые раковины. Чем глубже они погружаются, тем дальше они заглядывают назад во времени. «Вы можете вытащить трубку грязи со дна океана и взять образцы по всей ее длине, и каждая из них будет содержать тысячи фораминов: подробную запись их местной истории», — говорит Лоуэри.
Исследователи на борту исследовательского судна в 2022 году в западной части Южной Атлантики берут образцы вдоль осадочных кернов в поисках морских окаменелостей. Исследуемые осадки датируются палеоцен-эоценовым термическим максимумом — потеплением 56 миллионов лет назад. АВТОР: КРИС ЛОУЭРИ и IODP
Массовое вымирание.
Такого рода работа помогла выявить, что планктонные фораминиферы впервые появились в юрском периоде около 180 миллионов лет назад и пережили серьезный кризис, когда астероид врезался в Землю около 66 миллионов лет назад . «Все говорят о том, что динозавры вымерли в то время, — говорит микропалеонтолог Пол Пирсон из Университетского колледжа Лондона, — но мы знаем подробности того, что произошло, по окаменелостям фораминифер. Сначала их много, затем сразу после удара образовался отчетливый слой, а затем их осталось очень мало». Удар испарил горные породы, выпустив в воздух большое количество серы и пыли. «Это, а также дым от многочисленных пожаров, на долгие годы заблокировали солнечный свет», — говорит Лоуэри, который в 2016 году участвовал в экспедиции по бурению в океане, изучавшей кратер, оставленный астероидом. «Это помешало водорослям, находящимся в основании морской пищевой цепи, заниматься фотосинтезом и привело к краху многих экосистем». Глубоководные фораминиферы, которые находились далеко от поверхности и могли продолжать питаться останками мертвых организмов, в основном были в порядке, но девять из 10 планктонных видов вымерли. После этого массового вымирания потребовалось около 10 миллионов лет, чтобы восстановить разнообразие видов фораминифер , сообщили Фраас и Лоуэри в 2019 году. «Когда виды вымирают, это как будто большая ветвь их генеалогического древа обрывается», — говорят Фраас. «И требуется много времени, чтобы повторно развить достаточное разнообразие, чтобы вырастить ветвь заново».
Окаменелости фораминифер позволяют исследователям составить график разнообразия фораминифер с течением времени. Катастрофические события, отмечающие границы мела и палеогена, а также эоцена и олигоцена, привели к резкому сокращению числа видов, наблюдаемых в палеонтологической летописи. Однако для тех, кто выжил в этой бойне, это создало возможности. «С исчезновением стольких видов конкуренция за ранее редкие ресурсы снижается, и даже необычные особи могут получить шанс и, возможно, оказаться на удивление успешными», — говорит морской эколог Трейси Эйз из Плимутского университета в Соединенном Королевстве. По словам Пирсона, вскоре после столкновения появился новый тип фораминифер, «усеянный шипами, которые, возможно, помогали им плавать, а также захватывать больше пищи».
Горячий и холодный.
Хотя затмившие солнце осадки астероида вызвали период сильного похолодания, следующий большой кризис звучит пугающе знакомо: около 56 миллионов лет назад средняя температура на планете выросла на 5 градусов по Цельсию, возможно, из-за выбросов парниковых газов в результате вулканической активности. Морские фораминиферы в глубоких водах сильно пострадали, вероятно, из-за того, что высокий уровень CO2, поступивший в океан, вызвал закисление, которое повредило их известковые раковины — такие эффекты наиболее выражены на больших глубинах. Но на этот раз вымерло лишь несколько видов планктона, отчасти потому, что фораминиферы избежали тепла, переместившись в более холодные районы. «В тропиках им, возможно, стало слишком жарко, чтобы выжить, температура воды достигала 40 градусов по Цельсию», — говорит Азе. «Но мы видим, что многие тропические виды появляются в более умеренных зонах — в то время как умеренные виды смещаются к полюсам, как они снова делают сегодня». Многие фораминиферы нашли убежище в Южном океане вокруг Антарктиды или около него . Еще одно массовое вымирание началось около 33,9 миллионов лет назад, вызванное резким падением температуры в период, называемый переходом от эоцена к олигоцену. Это предвещало постепенное похолодание, которое достигло кульминации в последний ледниковый период . «Мы в шутку называем олигоцен углиоценом», — говорит Азе. Все странные и прекрасные планктонные фораминиферы исчезли, и остались только некоторые мелкие, не имеющие украшений. «Мы не уверены, почему». Как и прежде, этот большой кризис создал большие возможности, и новые виды эволюционировали с новыми привычками и местами обитания. Течения, возникающие на полюсах, вызывали увеличение разницы температур между слоями океана, которая достигала пика вблизи экватора. Это создало более широкий диапазон условий, которые поддерживали богатое разнообразие видов. В исследовании 2023 года Эйз и его коллеги показали, что около 15 миллионов лет назад глобальное распространение разнообразия фораминифер стало примерно таким же, как сейчас : наибольшим вблизи экватора и постепенно уменьшающимся к полюсам.
Неопределенное будущее.
Что говорят нам эти прошлые события о том, чего можно ожидать от разнообразия фораминифер (и других видов) на планете, температура которой стремительно растет сегодня? В исследовании 2023 года Пирсон и его коллеги использовали данные окаменелостей фораминифер, чтобы предсказать судьбу сумеречной зоны океана, области на глубине от 200 до 1000 метров под поверхностью. Они подсчитали, что запасы продовольствия, достигающие середины этой зоны, сократятся более чем на 20 процентов в сценарии умеренного потепления, при котором средний рост глобальной температуры поверхности останется ниже 2 градусов по Цельсию, и сократятся до 70 процентов в маловероятном случае, если температура поднимется на 6 градусов к 2100 году. Это связано с тем, что потепление увеличивает скорость распада падающих органических остатков, так что меньше их достигает сумеречной зоны. Это, скорее всего, приведет к хаосу в этой обширной, но малоизученной части мира, которая является важной средой обитания для многих морских животных, ныряющих за добычей , а также для уникальных видов, таких как рыбы-фонарики, которые спускаются туда в течение дня. По словам Эйз, организмы уже смещают свои ареалы к полюсам в ответ на глобальное потепление, и в то же время ученые отметили снижение разнообразия фораминифер вокруг экватора. «Это, вероятно, будет расширяться», — говорит она. Хотя некоторые виды могут найти временное убежище, переместившись к полюсам, темпы изменения климата могут оказаться слишком быстрыми для многих. Исследование тенденций фораминифер 2024 года показало, что за последние 80 лет численность фораминифер сократилась почти на 25 процентов. Это может быть плохим знаком для биоразнообразия других групп существ, которые часто следуют тенденциям фораминифер. Поскольку фораминиферы как группа оправились от нескольких массовых вымираний, они вряд ли исчезнут, говорит Фраас. Но восстановление может занять много времени, а вмешательство человечества делает предсказание ближайшего будущего особенно сложным. Или, как выразился Лоуэри: «Спросите меня снова через пару тысяч лет».
10.1146/узнаваемый-052825-1
Тим Верниммен — внештатный научный журналист, живущий недалеко от Антверпена, Бельгия. Он подумывал написать эту историю мелом, но тогда вы, вероятно, не стали бы ее читать.