Изменения родового разнообразия брахиопод на интервалах крупнейших массовых вымираний фанерозоя

Введение. Брахиоподы эволюционировали на протяжении фанерозоя, и знания о них важны при изучении крупнейших биотических кризисов. Пополнение и ревизия палеонтологической информации требуют регулярного пересмотра оценок влияния кризисов на таксономическое разнообразие данной группы морских организмов.

Цель. Изучение динамики родового разнообразия брахиопод под влиянием наиболее известных массовых вымираний фанерозоя с использованием трех блоков данных, представляющих разные «поколения» палеонтологических компиляций.

Материалы и методы. На основе каждого блока данных построена кривая родового разнообразия брахиопод. При этом три кривые приведены к единой шкале геологического времени. Для массовых вымираний оцениваются снижение числа родов и соотношение с предшествующими и последующими тенденциями изменения разнообразия.

Результаты. Все кривые показывают, что массовые вымирания конца ордовика, рубежей перми и триаса, триаса и юры, мела и палеогена способствовали снижению родового разнообразия брахиопод. Наибольшим было влияние катастрофы на рубеже перми и триаса. Напротив, эффект франско-фаменского (позднедевонского) события был минимальным или отсутствовал вовсе. Тенденции изменения разнообразия до и после кризисных интервалов различались.

Обсуждение результатов. Ретроспективное рассмотрение кривых родового разнообразия брахиопод показывает, что в одних случаях более новая информация говорит о большей интенсивности кризисов, а в других — о меньшей. Более того, смена «поколений» палеонтологических компиляций не способствовала лучшему пониманию динамики числа родов рассматриваемой группы организмов. В этой связи рекомендуется использовать три кривые совместно, а разницу между ними понимать как величину ошибки.

Заключение. Полученные результаты указывают на подверженность брахиопод массовым вымираниям, но не всем из них и в разной степени. Более того, неопределенность ряда оценок сохраняется, что делает актуальным последующие исследования развития брахиопод на критических интервалах геологической истории.

1. Алексеев А.С. Типизация фанерозойских событий массового вымирания организмов. Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. 2000. № 5. С. 6—14.

2. Афанасьева Г.А. Разнообразие и распространение брахиопод отряда Chonetida в карбоне. Палеонтологический журнал. 2022. № 5. С. 19—28.

3. Бараш М.С. Причины великого массового вымирания морских организмов в позднем девоне. Океанология. 2016. № 6. С. 946—958.

4. Грунт Т.А. Таксономия и основные направления развития замковых брахиопод отряда Athyridida. Ученые записки Казанского университета. Естественные науки. 2010. Т. 152. Кн. 4. С. 123—134.

5. Кочергин Д.В., Грановская Н.В. Признаки катастрофического космического события на границе меловых и палеогеновых отложений Северо-Западного Кавказа. Грозненский естественнонаучный бюллетень. 2024. № 1. С. 42—48.

6. Кузнецов В.Г., Журавлева Л.М. Рифообразование в эпохи массовых вымираний: граница франа — фамена и девона — карбона. Доклады Академии наук. 2018. № 4. С. 410—413.

7. Algeo T.J., Shen J. Theory and classification of mass extinction causation. National Science Review. 2024. V. 11. P. nwad237.

8. Alvarez L.W., Alvarez W., Asaro F., Michel H.V. Extraterrestrial cause for the Cretaceous-Tertiary extinction. Science. 1980. V. 208. P. 1095—1108.

9. Baarli B.G., Huang B., Johnson M.E. The deep-water, high-diversity Edgewood-Cathay brachiopod Fauna and its Hirnantian counterpart. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 2024. V. 642. P. 112153.

10. Baeza-Carratalá J.F., García Joral F. The last representatives of the Superfamily Wellerelloidea (Brachiopoda, Rhynchonellida) in the westernmost Tethys (Iberian paleomargins) prior to their demise in the early Toarcian Mass Extinction Event. Journal of Paleontology. 2022. V. 96. P. 991—1023.

11. Bailey R. Mass extinctions and their causes. Geology Today. 2024. V. 40. P. 21—28.

12. Benton M.J., Twitchett R.J. How to kill (almost) all life: The end-Permian extinction event. Trends in Ecology and Evolution. 2003. V. 18. P. 358—365.

13. Bond A.D., Dickson A.J., Ruhl M., Bos R., van de Schootbrugge B. Globally limited but severe shallow-shelf euxinia during the end-Triassic extinction. Nature Geoscience. 2023. V. 16. P. 1181—1187.

14. Brisson S.K., Pier J.Q., Beard J.A., Fernandes A.M., Bush A.M. Niche conservatism and ecological change during the Late Devonian mass extinction. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 2023. V. 290. P. 20222524.

15. Carlson S.J. The Evolution of Brachiopoda. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 2016. V. 44. P. 409—438.

16. Chen Z.-Q., Kaiho K., George A.D. Survival strategies of brachiopod faunas from the end-Permian mass extinction. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2005. V. 224. P. 232—269.

17. Copper P. Evaluating the Frasnian-Famennian mass extinction: comparing brachiopod faunas. Acta Palaeontologica Polonica. 1998. V. 43. P. 137—154.

18. Curry G.B., Brunton C.H.C. Stratigraphic distribution of brachiopods. Treatise on Invertebrate Paleontology. Part H. Brachiopoda. Revised. Vol. 6. Boulder: GSA, 2007. P. 2901—3081.

19. Darroch S.A.F., Wagner P.J. Response of beta diversity to pulses of Ordovician-Silurian mass extinction. Ecology. 2015. V. 96. P. 532—549.

20. De Vleeschouwer D., Da Silva A.-C., Sinnesael M., Chen D., Day J.E., Whalen M.T., Guo Z., Claeys P. Timing and pacing of the Late Devonian mass extinction event regulated by eccentricity and obliquity. Nature Communications. 2017. V. 8. P. 2268.

21. Deng S., Lu Y., Xu D. Progress and review of the studies on the end-Triassic mass extinction event. Science in China, Series D: Earth Sciences. 2005. V. 48. P. 2049—2060.

22. Eldredge N. Revisiting Clarence King’s “Catastrophism and Evolution” (1877). Biological Theory. 2019. V. 14. P. 247—253.

23. Finnegan S., Rasmussen C.M.Ø., Harper D.A.T. Identifying the most surprising victims of mass extinction events: An example using Late Ordovician brachiopods. Biology Letters. 2017. V. 13. P. 20170400.

24. Gradstein F.M., Ogg J.G., Schmitz M., Ogg G. (Editors). Geologic Time Scale 2020. Amsterdam: Elsevier, 2020. 1390 p.

25. Grasby S.E., Ardakani O.H., Liu X., Bond D.P.G., Wignall P.B., Strachan L.J. Marine snowstorm during the Permian-Triassic mass extinction. Geology. 2024. V. 52. P. 120—124.

26. Harper D.A.T. Late Ordovician Mass Extinction: Earth, fire and ice. National Science Review. 2024. V. 11. P. nwad319.

27. Harper D.A.T., Drachen A. The Orthida: The rise and fall of a great Palaeozoic brachiopod clade. Special Papers in Palaeontology. 2010. V. 84. P. 107—117.

28. He W.-H., Shi G.R., Twitchett R.J., Zhang Y., Song H.-J., Yue M.-L., Wu S.-B., Wu H.-T., Yang T.-L., Xiao Y.-F. Late Permian marine ecosystem collapse began in deeper waters: Evidence from brachiopod diversity and body size changes. Geobiology. 2015. V. 13. P. 123—138.

29. House M.R. Strength, timing, setting and cause of mid-Palaeozoic extinctions. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2002. V. 181. P. 5—25.

30. Huang B., Rong J., Cocks L.R.M. Global palaeobiogeographical patterns in brachiopods from survival to recovery after the end-Ordovician mass extinction. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2012. V. 317—318. P. 196—205.

31. Jablonski D., Raup D.M. Selectivity of end-Cretaceous marine bivalve extinctions. Science. 1995. V. 268. P. 389—391.

32. Jain S. Fundamentals of Invertebrate Palaeontology. Macrofossils. New Delhi: Springer, 2016. 405 p.

33. Johansen M.B. Background extinction and mass extinction of the brachiopods from the chalk of northwest Europe. Palaios. 1989. V. 4. P. 243—250.

34. Jones R.W. Applied Palaeontology. Cambridge: Cambridge University Press, 2012. 434 p.

35. Kaiho K. Relationship between extinction magnitude and climate change during major marine and terrestrial animal crises. Biogeosciences. 2022. V. 19. P. 3369—3380.

36. Liang Y., Strotz L.C., Topper T.P., Holmer E.L., Budd G.E., Chen Y., Fang R., Hu Y., Zhang Z. Evolutionary contingency in lingulid brachiopods across mass extinctions. Current Biology. 2023. V. 33. P. 1565—1572.

37. Lowery C.M., Bralower T.J., Owens J.D., Rodriguez-Tovar F.J., Jones H., Smit J., Whalen M.T., Claeys P., Farley K., Gulick S.P.S., Morgan J.V., Green S., Chenot E., Christeson G.L., Cockell C.S., Coolen M.J.L., Ferriere L., Gebhardt C., Goto K., Kring D.A., Lofi J., Ocampo-Torres R., Perez-Cruz L., Pickersgill A.E., Poelchau M.H., Rae A.S.P., Rasmussen C., Rebolledo-Vieyra M., Riller U., Sato H., Tikoo S.M., Tomioka N., Urrutia-Fucugauchi J., Vellekoop J., Wittman A., Xiao L., Yamaguchi K.E., Zylberman W. Rapid recovery of life at ground zero of the end-Cretaceous mass extinction. Nature. 2018. V. 558. P. 288—291.

38. Macleod N., Rawson P.F., Forey P.L., Banner F.T., Boudagher-Fadel M.K., Bown P.R., Burnett J.A., Chambers P., Culver S., Evans S.E., Jeffry C., Kaminski M.A., Lord A.R., Milner A.C., Milner A.R., Morris N., Owen E., Rosen B.R., Smith A.B., Taylor P.D., Urquhart E., Young J.R. The Cretaceous-Tertiary biotic transition. Journal of the Geological Society. 1997. V. 154. P. 265—292.

39. McGhee G.R., Clapham M.E., Sheehan P.M., Bottjer D.J., Droser M.L. A new ecological-severity ranking of major Phanerozoic biodiversity crises. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2013. V. 370. P. 260—270.

40. Padian K. Measuring and comparing extinction events: Reconsidering diversity crises and concepts. Integrative and Comparative Biology. 2018. V. 58. P. 1191—1203.

41. Pálfy J., Mortensen J.K., Carter E.S., Smith P.L., Friedman R.M., Tipper H.W. Timing the end-Triassic mass extinction: First on land, then in the sea?. Geology. 2000. V. 28. P. 39—42.

42. Paleobiology Database, 2024. URL: https://paleobiodb.org/ (дата обращения: 24.04.2024).

43. Payne J.L., Clapham M.E. End-Permian mass extinction in the oceans: An ancient analog for the twenty-first century? Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 2012. V. 40. P. 89—111.

44. Penny A., Kröger B. Impacts of spatial and environmental differentiation on early Palaeozoic marine biodiversity. Nature Ecology and Evolution. 2019. V. 3. P. 1655—1660.

45. Peters S.E., Zhang C., Livny M., Ré C. A machine reading system for assembling synthetic paleontological databases. PLoS ONE. 2014. V. 9. P. e113523.

46. Posenato R. The end-Permian mass extinction (EPME) and the early triassic biotic recovery in the western Dolomites (Italy): state of the art. Bollettino della Societa Paleontologica Italiana. 2019. V. 58. P. 11—34.

47. Powell M.G. Timing and selectivity of the Late Mississippian mass extinction of brachiopod genera from the Central Appalachian Basin. Palaios. 2008. V. 23. P. 525—534.

48. Qiao L., Qie W. Palaeobiogeographic dynamics of brachiopod faunas during the Frasnian-Famennian biotic crisis in South China. Palaeobiodiversity and Palaeoenvironments. 2019. V. 99. P. 91—99.

49. Racki G. A volcanic scenario for the Frasnian– Famennian major biotic crisis and other Late Devonian global changes: More answers than questions? Global and Planetary Change. 2020. V. 189. P. 103174.

50. Rampino M.R., Caldeira K., Rodriguez S. Sixteen mass extinctions of the past 541 My correlated with 15 pulses of Large Igneous Province (LIP) volcanism and the 4 largest extraterrestrial impacts. Global and Planetary Change. 2024. V. 234. P. 104369.

51. Raup D.M., Sepkoski J.J. Mass extinctions in the marine fossil record. Science. 1982. V. 215. P. 1501—1503.

52. Rong J.-Y., Shen S.-Z. Comparative analysis of the end-Permian and end-Ordovician brachiopod mass extinctions and survivals in South China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2002. V. 188. P. 25—38.

53. Rong J., Harper D.A.T., Huang B., Li R., Zhang X., Chen D. The latest Ordovician Hirnantian brachiopod faunas: New global insights. Earth-Science Reviews. 2020. V. 208. P. 103280.

54. Ruban D.A. A review of the Late Triassic conodont conundrum: survival beyond biotic perturbations. Palaeobiodiversity and Palaeoenvironments. 2022. V. 102. P. 373—382.

55. Sandberg C.A., Morrow J.R., Ziegler W. Late Devonian sea-level changes, catastrophic events, and mass extinctions. Special Paper of the Geological Society of America. 2002. V. 356. P. 473—487.

56. Schoepfer S.D., Shen J., Sano H., Algeo T.J. Onset of environmental disturbances in the Panthalassic Ocean over one million years prior to the Triassic-Jurassic boundary mass extinction. Earth-Science Reviews. 2002. V. 224. P. 103870.

57. Schrøder A.E., Surlyk F. Adaptive brachiopod morphologies in four key environments of the Late Cretaceous–Danian Chalk Sea of northern Europe: A comparative study. Cretaceous Research. 2020. V. 107. P. 104288.

58. Sepkoski J.J. A compendium of fossil marine animal genera. Bulletins of American Paleontology. 2002. V. 363. P. 1—560.

59. Serra F., Balseiro D., Monnet C., Randolfe E., Bignon A., Rustan J.J., Bault V., Munoz D.F., Vaccari N.E., Martinetto M., Crônier C., Waisfeld B.G. A dynamic and collaborative database for morphogeometric information of trilobites. Scientific Data. 2023. V. 10. P. 841.

60. Sheehan P.M. The late Ordovician mass-extinction. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 2001. V. 29. P. 331—364.

61. Shen S-Z., Shi G.R. Paleobiogeographical extinction patterns of Permian brachiopods in the Asian-western Pacific region. Paleobiology. 2002. V. 28. P. 449—463.

62. Surlyk F., Johansen M.B. End-Cretaceous brachiopod extinctions in the Chalk of Denmark. Science. 1984. V. 223. P. 1177—1179.

63. Tomašových A., Siblík M. Evaluating compositional turnover of brachiopod communities during the end-Triassic mass extinction (Northern Calcareous Alps): Removal of dominant groups, recovery and community reassembly. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2007. V. 244. P. 170—200.

64. Vörös A., Kocsis Á.T., Pálfy J. Mass extinctions and clade extinctions in the history of brachiopods: Brief review and a post-Paleozoic case study. Rivista Italiana di Paleontologia e Stratigrafia. 2019. V. 125. P. 711—724.

65. Wang G., Zhan R., Percival I.G. The end-Ordovician mass extinction: A single-pulse event?. Earth-Science Reviews. 2019. V. 192. P. 15—33.

66. Wignall P.B., Atkinson J.W. A two-phase end-Triassic mass extinction. Earth-Science Reviews. 2020. V. 208. P. 103282.

67. Williams A., Hurst J.M. Brachiopod evolution. Developments in Palaeontology and Stratigraphy. 1977. V. 5. P. 79—121.

68. Zhang C., Ré C., Cafarella M., De Sa C., Ratner A., Shin J., Wang F., Wu S. DeepDive: Declarative knowledge base construction. Communications of the ACM. 2017. V. 60. P. 93—102.

69. Zhang Z., Augustin M., Payne J.L. Phanerozoic trends in brachiopod body size from synoptic data. Paleobiology. 2015. V. 41. P. 491—501.