Уже в начале пермского геологического периода, то есть почти 300 миллионов лет назад, в животном мире существовали, как минимум, трехчастные трофические, или пищевые цепи. К такому выводу пришли учёные, обнаружившие прямое доказательство существования связанной линейной структуры, каждое из звеньев которой связано с соседними звеньями отношениями «пища-потребитель».
На дне озера на юго-западе современной Германии палеонтологи нашли акулу, в пищеварительном тракте которой находятся останки двух амфибий, одна из которых незадолго до собственной гибели сожрала небольшую рыбу.
По словам исследователей, обнаруживших окаменелости, это первое свидетельство пищевой цепи, существовавшей в палеозойскую эру.
Как рассказал National Geographic один из авторов исследования, палеонтолог из Берлинского музея естественной истории Юрген Кривет, все участники пищевой цепи проживали в прибрежной зоне пресноводного озера в бассейне Заар-Нахе на юго-западе современной Германии. Сохранившиеся звенья цепи — это представительница класса колючкозубых рыб или акантод (Acanthodii), два представителя отряда темноспондильных земноводных (Temnospondyli), а также небольшая акула рода Triodus.
Среди различных типов взаимосвязей внутри сообщества важное место занимают т.н. пищевые, или трофические, цепи, т.е. те последовательности разных видов организмов, по которым вещество и энергия передаются с уровня на уровень, поскольку одни организмы поедают другие. Примером простейшей пищевой цепи может служить ряд «хищные птицы – мыши – растения». Почти в каждом сообществе существует набор взаимосвязанных пищевых цепей, образующих единую пищевую сеть.
Основой всех пищевых цепей и, соответственно, пищевой сети в целом являются зеленые растения. Используя энергию Солнца, они образуют сложные органические вещества из диоксида углерода и воды. Именно поэтому экологи называют зеленые растения продуцентами, или автотрофами (т.е. себя питающими). В отличие от них, консументы (или гетеротрофы), к которым относятся все животные и некоторые растения, не способны производить для себя питательные вещества и, чтобы восполнять энергетические затраты, должны использовать в пищу другие организмы.
В свою очередь среди консументов выделяют группу травоядных (или «первичных консументов»), питающихся непосредственно растениями. Травоядные могут быть и очень крупными животными, как слон или олень, и очень мелкими, как многие насекомые.
Хищники, или «вторичные консументы», – это животные, поедающие травоядных и таким опосредованным способом получающие энергию, запасенную в растениях. Многие животные в одних пищевых цепях выступают как первичные консументы, а в других
– как вторичные; поскольку они могут потреблять как растительную, так и животную пищу, их называют всеядными. В некоторых сообществах присутствуют и т. н. третичные консументы (например, лисица), т.е. хищники, поедающие других хищников.
Другое важное звено пищевой цепи – это редуценты (или деструкторы). К ним относятся главным образом бактерии и грибы, а также некоторые животные, например дождевые черви, потребляющие органическое вещество отмерших растений и животных. В результате деятельности редуцентов образуются простые неорганические вещества, которые, попадая в воздух, почву или воду, снова становятся доступными для растений.
Таким образом, химические элементы и их различные соединения находятся в
постоянном круговороте, переходя от организмов к абиотическим компонентам среды и затем вновь в организмы.
В отличие от вещества, энергия не подвержена рециклизации, т.е. не может быть использована дважды: она движется только в одном направлении – от продуцентов, для которых источником энергии служит солнечный свет, к консументам и далее к редуцентам. Поскольку все организмы тратят энергию на поддержание процессов своей жизнедеятельности, на каждом трофическом уровне (в соответствующем звене пищевой цепи) расходуется значительное количество энергии.
В результате каждому последующему уровню достается энергии меньше, чем предыдущему. Так, первичные консументы располагают меньшим количеством энергии,
чем продуценты, а вторичным консументам ее достается еще меньше.
Уменьшение доступного количества энергии при переходе на более высокий трофический уровень приводит к соответствующему снижению биомассы (т.е. суммарной массы) всех организмов этого уровня. Так, например, биомасса травоядных животных в сообществе значительно меньше биомассы зеленых растений, а биомасса хищников, в свою очередь, во много раз меньше биомассы травоядных. Описывая подобные соотношения, экологи нередко используют образ пирамиды, в основании которой находятся продуценты, а на вершине – хищники последнего (высшего) звена.
Хотя суммарная масса организмов каждого последующего трофического уровня уменьшается, средняя масса одного организма обычно увеличивается. Например, в водной среде первое после растений звено пищевой цепи образовано очень мелкими, но чрезвычайно многочисленными животными; это могут быть обитающие на дне озер личинки некусающихся комаров хирономид или же населяющие толщу морей планктонные ракообразные. Последующие звенья представлены хищниками большего размера – вплоть до таких, которые, будучи очень крупными и мощными, уже не могут стать жертвами каких-либо других хищников.
Хорошо прослеживаемое изменение размеров хищников при переходе с одного трофического уровня на другой объясняется тем, что каждый конкретный хищник питается животными примерно одной величины: со слишком крупными ему трудно справиться, а слишком мелкие оказываются крайне невыгодными жертвами, поскольку усилия, затраченные на их поиск, преследование и поедание, не компенсируются соответствующим энергетическим результатом. В отличие от пищевых цепей, составленных из хищников, цепи, включающие паразитов, характеризуются последовательным уменьшением размеров этих организмов.
В данном же случае, похоже, что акула, едва полакомившись парой амфибий — а заодно и рыбой — попала под осыпания пород и, скорее всего, погибла от голода, вследствие чего разложение оказалось более щадящим. Вывод о том, что животные представляют собой не случайный набор жертв, а стройную пищевую цепь, учёные сделали, проанализировав особенности расположения останков жертв внутри останков потребителей.
По словам Кривета, обнаруженный палеонтологический объект похож на матрешку: настолько логично и оправданно оказалось расположение останков съеденных существ в более крупных организмах.
Акулы, обитавшие на Земле в течение пермского геологического периода, не отличались крупными размерами. В данном случае, палеонтологи нашли хищницу длиной всего 50 см. Как считают палеобиологи, охотясь, акулы поджидали своих жертв и набрасывались на них сзади, пожирая особь с хвоста и до головы. Расположение темноспондильных амфибий, проглоченных акулой, соответствует таким представлениям учёных: в пищеварительном тракте оба земноводных лежат хвостами вперед по тракту. Останки рыбы же не выходят за рамки внешнего чешуйчатого покрытия одной из амфибий. А значит, рыба стала жертвой амфибии, впоследствии заглоченной акулой, а не являлась лишь одной из жертв прожорливой 50-сантиметровой хищницы.
Как утверждают исследователи, им удалось восстановить пермскую трофическую цепочку, состоящую пока только из консументов, то есть таких организмов, которые не способны производить для себя питательные вещества и получают их за счет питания другими организмами.
Сначала одна из амфибий поймала рыбу-акантоду, известную тем, что она была покрыта множественными острыми костяными спинными выступами и обладала мощным позвоночником. Заглатывание такой добычи необходимо было проводить крайне осторожно, поскольку шипы могли поранить глотку или пищевод хищников. И лишь затем акула, выступающая здесь в роли третичного консумента цепи, т. е. хищника, поедающего хищника, поймала амфибию.
«Рыба расположена в отделе пищеварительного тракта амфибии», — уверен соавтор исследования, палеонтолог из Палатинатского музея естественной истории в Бат-Дюркхайме Ульрих Хайдтке. По его словам, заметно, что рыба уже начала перевариваться в тот момент, когда амфибия сама стала жертвой хищника. Если бы рыба была просто предыдущей жертвой той же акулы, то ее расположение не было бы настолько жестко связано с амфибией, и в пищеварительном тракте жертвы бы располагались одна за другой.
Акантоды (Acanthodei) — класс вымерших рыб. Существовали с позднего силура до ранней перми. Большей частью небольшие веретеновидные формы, несущие мелкую толстую чешую ганоидного типа, мелкие пластинки на голове и шипы перед всеми плавниками, кроме хвостового. Более древние из акантод имели ряд плавников с шипами между грудными и брюшными плавниками, что считается одним из доказательств теории происхождения парных плавников из боковых складок. В отличие от других рыб, обладали полной гиоидной жаберной щелью и жаберной крышкой, прикрепленной к челюстной дуге. Обитали главным образом в пресных водоемах; питались, вероятно, планктоном.
Темноспондильные (Temnospondyli от латинского temnein = «резать» + spondulos = «позвонки») --разнообразная группа животных, включающая маленьких и гигантских примитивных земноводных, получившая расцвет в каменноугольном, пермском и триасовом периодах. Дожили до мелового периода.
За время существования эта группа адаптировалась к различным условиям обитания. Ископаемые останки находят на всех континентах. Вместе с антракозаврами называются «лабиринтодонтами» - их зубы на поперечном срезе состоят из множества складок эмали.
БСЭ
Впрочем, учёные отмечают: существование подобной пищевой цепи было возможно 290 миллионов лет назад, но совершенно неестественно для потомков участников той трофической цепи.
Сейчас акулы не живут в пресноводных водоемах, а лишь изредка заплывают туда, оставив подобные объекты в наследство своим «родственникам» — например, скатам. Кроме того, ни одна из обитающих в океанах акул, как известно, не питается амфибиями.
«Нет ни одного свидетельства поедания амфибий акулами. Подобное не происходит даже в тропиках, где популяции земноводных живут рядом с водоемами, буквально кишащими акулами», — отметил Кривет.
Результаты исследования немецких учёных будут опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.
