En ny studie publicerad 30 april i Proceedings of the National Academy of Sciences identifierade tre faktorer som var avgörande för uppkomsten av däggdjurssamhällen sedan de först dök upp under dinosauriernas tidsålder:uppkomsten av blommande växter, även känd som angiospermer; utvecklingen av tribosfeniska molarer hos däggdjur; och utrotningen av icke-fågeldinosaurier, vilket minskade konkurrensen mellan däggdjur och andra ryggradsdjur i terrestra ekosystem.

Tidigare, däggdjur i dinosauriernas tidsålder ansågs vara en relativt liten del av deras ekosystem och ansågs vara små, nattlig, marklevande insektsätare. Enligt denna mångåriga teori, det var inte förrän K-Pg massutdöende händelsen för omkring 66 miljoner år sedan, som utplånade alla icke-fågeldinosaurier, att däggdjur då kunde blomstra och diversifiera sig. Ett häpnadsväckande antal fossila upptäckter under de senaste 30 åren har utmanat denna teori, men de flesta studier tittade bara på enskilda arter och ingen har kvantifierat mönster i gemenskapsskala för uppkomsten av däggdjur i mesozoikumtiden.

Medförfattare är Meng Chen, en alumn vid University of Washington och nuvarande postdoktor vid Nanjing University; Caroline Strömberg, en professor i biologi vid University of Washington och curator för paleobotanik vid UW:s Burke Museum of Natural History &Culture; och Gregory Wilson, en UW docent i biologi och Burke Museum curator för ryggradsdjurs paleontologi. Teamet skapade en Rubiks kubliknande struktur som identifierade 240 "ekoceller" som representerar möjliga ekologiska roller för däggdjur i ett givet ekoutrymme. Dessa 240 ekoceller täcker ett brett spektrum av kroppsstorlekar, kostpreferenser, och sätt att röra sig på små däggdjur. När ett visst däggdjur fyllde en viss typ av roll eller ekocell, det fyllde en plats i "Rubiks kub". Denna metod ger den första heltäckande analysen av evolutionära och ekologiska förändringar av fossila däggdjurssamhällen före och efter K-Pg massutrotning.

"Vi kan inte direkt observera ekologin hos utdöda arter, men kroppsstorlek, kostpreferenser och förflyttning är tre aspekter av deras ekologi som relativt lätt kan härledas från välbevarade fossiler, " sa Chen. "Genom att konstruera ekoutrymmet med hjälp av dessa tre ekologiska aspekter, vi kan visuellt identifiera fläckarna fyllda av arter och beräkna avståndet mellan dem. Detta gör att vi kan jämföra den ekologiska strukturen hos utdöda och bevarade samhällen även om de inte delar någon av samma art."

Teamet analyserade levande däggdjur för att sluta sig till hur fossila däggdjur fyllde roller i deras ekosystem. De undersökte 98 däggdjurssamhällen med små kroppar från olika biomer runt om i världen, ett tillvägagångssätt som inte har försökts i denna skala. De använde sedan denna moderna referensdatauppsättning för att analysera fem exceptionellt bevarade paleogemenskaper för däggdjur – två samhällen från juraperioden och två kritaperioder från nordöstra Kina, och en eocen epok-gemenskap från Tyskland. Vanligtvis är mesozoiska däggdjursfossiler ofullständiga och består av fragmentariska ben eller tänder. Genom att använda dessa anmärkningsvärt bevarade fossiler kunde teamet sluta sig till ekologin hos dessa utdöda däggdjursarter, och titta på förändringar i däggdjurssamhällets struktur under de senaste 165 miljoner åren.

Teamet fann att i nuvarande samhällen av dagens däggdjur, ekologisk rikedom drivs främst av vegetationstyp, med 41 procent av små däggdjur som fyller ekoceller jämfört med 16 procent i paleogemenskaperna. De fem paleogemenskaperna för däggdjur var också ekologiskt skilda från moderna samhällen och pekade på viktiga förändringar genom evolutionär tid. Rörelsediversifiering inträffade först under mesozoiken, möjligen på grund av mångfalden av mikrohabitat, som träd, jordar, sjöar och andra substrat att uppta i lokala miljöer. Det var inte förrän eocenen som däggdjuren växte sig större och utökade sin diet från främst köttätande, insekts- och allätare för att inkludera fler arter med dieter som domineras av växter, inklusive frukt. Teamet fastställde att uppkomsten av blommande växter, nya typer av tänder och utrotningen av dinosaurier drev sannolikt dessa förändringar.

Före uppkomsten av blommande växter, däggdjur förlitade sig sannolikt på barrträd och andra fröväxter som livsmiljö, och deras löv och eventuellt frön för mat. Efter eocen, blommande växter var både mångfaldiga och dominerande över skogens ekosystem. Blommande växter ger mer lättillgängliga näringsämnen genom sina snabbväxande löv, köttiga frukter, frön och knölar. När man blir dominerande i skogar, de förändrade i grunden terrestra ekosystem genom att tillåta nya livsformer för en mångfald av däggdjur och andra skogslevande djur, såsom fåglar.

"Blommande växter revolutionerade verkligen terrestra ekosystem, ", sa Strömberg. "De har ett bredare utbud av tillväxtformer än alla andra växtgrupper – från jätteträd till små ettåriga örter – och kan producera näringsrika vävnader i snabbare takt än andra växter. Så när de började dominera ekosystemen, de möjliggjorde en större variation av livssätt och även för mycket högre "packning" av arter med liknande ekologiska roller, speciellt i tropiska skogar."

Tribosfeniska molarer - komplexa multifunktionella kindtänder - blev vanliga hos däggdjur under den sena kritaperioden. Mutationer och naturligt urval förändrade drastiskt formerna på dessa molarer, låta dem göra nya saker som att slipa. I tur och ordning, detta gjorde det möjligt för små däggdjur med dessa typer av tänder att äta nya sorters mat och diversifiera sin kost.

Slutligen, K-Pg massutrotningshändelsen som utplånade alla dinosaurier utom fåglar för 66 miljoner år sedan gav en evolutionär och ekologisk möjlighet för däggdjur. Liten kroppsstorlek är ett sätt att undvika att bli uppäten av dinosaurier och andra stora ryggradsdjur. Massutrotningen tog inte bara bort de viktigaste rovdjuren hos däggdjur, men tog också bort små dinosaurier som konkurrerade med däggdjur om resurser. Denna ekologiska frisättning tillät däggdjur att växa till större storlekar och fylla de roller som dinosaurierna en gång hade.

"Den gamla teorin att tidiga däggdjur hölls i schack av dinosaurier har viss sanning i det, ", sa Wilson. "Men vår studie visar också att uppkomsten av moderna däggdjurssamhällen var mångfacetterad och berodde på tandutvecklingen och framväxten av blommande växter."