mikä sytytti kambrikauden räjähdyksen?

sarja tummia, rapeita pinnoja kohoaa 80 metriä Namibian ruohotasankojen yläpuolelle. Huiput mieleen jotain, antiikin hautaaminen kumpuja menneisyyden sivilisaatioiden tai vinkkejä valtava pyramidit haudattu aikojen.,

kivimuodostelmat ovat todellakin haalistuneen imperiumin muistomerkkejä, mutta eivät mistään ihmiskäden hakkaamasta. Ne ovat pinnacle riuttoja, jotka syanobakteerit rakensivat matalaan merenpohjaan 543 miljoonaa vuotta sitten Ediacaranin aikana. Riuttojen asuttama muinainen maailma oli todella vieras. Valtamerissä oli niin vähän happea, että nykykalat nopeasti kehittyisivät ja kuolisivat siellä. Makupala mikrobeja peitti tuolloin merenpohjan, ja peiton päällä asui monenlaisia arvoituksellisia eläimiä, joiden ruumiit muistuttivat ohuita, tikattuja tyynyjä., Useimmat olivat paikallaan, mutta muutama meandered sokeasti yli limaa, laidunten mikrobit. Eläinelämä oli tässä vaiheessa yksinkertaista, eikä petoeläimiä ollut. Mutta evolutionaarinen myrsky nostaisi pian tämän hiljaisen maailman.

useiden miljoonien vuosien kuluessa tämä yksinkertainen ekosysteemi katoaisi ja antaisi tilaa maailmalle, jota hallitsevat erittäin liikkuvat eläimet, jotka sporttasivat nykyaikaisia anatomisia piirteitä. Kambrikauden räjähdys, kuten sitä kutsutaan, tuotetaan niveljalkaisten jalat ja yhdiste silmät, matoja kanssa höyhenpeitteinen kidukset ja nopea saalistajat, jotka voivat murskata saaliinsa hammas-rimmed leuat., Biologit ovat kiistelleet vuosikymmeniä siitä, mikä tämän evoluutiopurkauksen sytytti. Jotkut ajattelevat, että jyrkkä nousu happea herätti muutos, kun taas toiset sanovat, että se sai alkunsa kehitys joitakin keskeisiä evoluution innovaatio, kuten visio. Tarkka syy on jäänyt hämärän peittoon osittain siksi, että fysikaalisesta ja kemiallisesta ympäristöstä tiedetään tuolloin niin vähän.

mutta useiden viime vuosien aikana löydöt ovat alkaneet tuottaa joitakin ärsyttäviä vihjeitä Ediacaranin lopusta., Todisteet kerätty Namibian riuttojen ja muut sivustot viittaavat siihen, että aiemmat teoriat olivat liian yksinkertaistettu, että Kambrikauden räjähdys todella syntynyt monimutkainen vuorovaikutus pieni ympäristön muutokset, jotka laukaisivat suuria evoluution kehitystä.

Jotkut tutkijat nyt sitä mieltä, että pieni, ehkä väliaikainen, lisätä hapen yhtäkkiä ylitti ekologinen kynnysarvo, jonka avulla syntymistä saalistajat. Nousu carnivory olisi asetettu off-evoluution kilpavarustelu, joka johti puhkeamisen monimutkainen vartalotyypeille ja käyttäytymistä, joka täyttää meret tänään., ”Tämä on merkittävin tapahtuma maan evoluutiossa”, sanoo Guy Narbonne, Palaeobiologi Queenin yliopistossa Kingstonissa Kanadassa. ”Läpitunkevan lihansyöjän tulo, jonka hapetus on mahdollistanut, on todennäköisesti ollut merkittävä laukaisija.”

energia palaa

nykymaailmassa on helppo unohtaa, että monimutkaiset eläimet ovat suhteellisia tulokkaita maahan. Koska elämä syntyi ensimmäisen kerran yli 3 miljardia vuotta sitten, yksisoluiset eliöt ovat hallinneet planeettaa suurimman osan historiastaan., Kukoistava ympäristöissä, jotka puuttui happea, ja he luottivat yhdisteitä, kuten hiilidioksidia, rikkiä sisältäviä molekyylejä tai rauta-mineraaleja, jotka toimivat hapettavat aineet hajottamaan ruokaa. Suuri osa maan mikrobibiosfääristä elää edelleen näillä anaerobisilla reiteillä.

eläimet ovat kuitenkin riippuvaisia hapesta — paljon rikkaammasta tavasta ansaita elantonsa. Ruoan metabolointi hapen läsnä ollessa vapauttaa paljon enemmän energiaa kuin useimmat anaerobiset reitit., Eläimet luottaa tämän voimakas, kontrolloitu palaminen ajaa niin energia-nälkäinen innovaatioita, kuten lihasten, hermoston ja työkaluja puolustus-ja carnivory — mineralisoidusta kuoret, kuori ja hampaat.

Koska on tärkeää happea eläimiä, tutkijat epäillään, että äkillinen nousu kaasun lähellä-moderni tasot meressä voisi olla kannusti Cambrian räjähdys. Tätä ajatusta testatakseen he ovat tutkineet Ediacaran-ja kambrikaudella muinaisia merisedimenttejä, jotka yhdessä ulottuivat noin 635 miljoonasta 485 miljoonaan vuotta sitten.,

Vuonna Brunei, Kiina ja muita paikkoja ympäri maailmaa, tutkijat ovat keränneet kiviä, jotka olivat kerran muinaisen merenpohjan, ja analysoi määriä rautaa, molybdeeni ja muut metallit niitä. Metallit” liukoisuus riippuu voimakkaasti hapen määrä hetkellä, joten määrä ja tyyppi kyseisten metallien antiikin sedimenttikivilajeja pohtia, kuinka paljon happea vedessä oli kauan sitten, kun sedimenttejä muodostuu.,

Nämä valtakirjat näytti osoittavan, että hapen pitoisuudet valtamerissä nousi useita vaiheita, lähestyy tänään”s sea-pinta-pitoisuudet alussa Cambrian, noin 541 miljoonaa vuotta sitten — juuri ennen enemmän-moderni eläimet yhtäkkiä ilmestyi ja monipuolinen. Tämä tuki ajatusta hapesta evoluutioräjähdyksen avaintekijänä.

mutta viime vuonna suuri tutkimus1 muinaisista merenpohjan sedimenteistä haastoi tämän näkemyksen., Erik Sperling, paleontologi Stanfordin Yliopistossa Kaliforniassa, koottu tietokanta 4,700 rauta mittaukset otettu kiviä ympäri maailmaa, ulottuen Ediacaran ja Cambrian aikoja. Hän ja hänen kollegansa ei ollut tilastollisesti merkittävä kasvu osuus oxic hapettomissa veden välinen raja Ediacaran ja Cambrian.

”minkä tahansa hapetustapahtuman on täytynyt olla paljon, paljon pienempi kuin mitä normaalisti pidetään”, Sperling toteaa. Useimmat ihmiset olettavat ”, että hapetus tapahtuma olennaisesti nosti happea olennaisesti nykyajan tasoa., Ja se varmaan oli ”T juttu”, hän sanoo.

tuoreimmat tulokset tulevat aikana, jolloin tutkijat pohtivat jo uudelleen, mitä meren happitasoille tapahtui tänä ratkaisevana aikana. Odensessa sijaitsevan Etelä-Tanskan yliopiston geobiologi Donald Canfield epäilee, että happi rajoitti varhaisia eläimiä. Tutkimuksessa, joka julkaistiin viime month2, hän ja hänen kollegansa osoittavat, että happipitoisuus oli jo riittävän korkea tukemaan yksinkertaisia eläimiä, kuten sienet, satoja miljoonia vuosia, ennen kuin he todella ilmestyi., Kambrikauden eläimet olisivat tarvinneet enemmän happea kuin varhaiset pesusienet, myöntää Canfield. ”Mutta et tarvitse lisähappea yli Ediacaran / kambrikauden rajan”, hän sanoo; happea olisi voinut olla jo tarpeeksi ”pitkään, kauan ennen”.

”rooli hapen alkuperä eläimet on voimakkaasti keskusteltu”, sanoo Timothy Lyons, on geobiologist University of California, Riverside. ”Itse asiassa siitä ei ole koskaan keskusteltu enempää kuin nyt.,”Lyons näkee rooli hapen evoluution muutoksia, mutta hänen oma work3 kanssa molybdeeni ja muiden hivenmetallien viittaa siihen, että lisää happea juuri ennen Cambrian olivat enimmäkseen tilapäisiä huiput, joka kesti muutaman miljoonaa vuotta, ja vähitellen astui ylöspäin (katso ”Kun elämä nopeuttanut”).

Nykyaikainen peilit

Sperling on etsinyt oivalluksia Ediacaran valtamerten tutkimalla hapettomissa alueiden moderni meret ympäri maailmaa., Hän ehdottaa, että biologit ovat perinteisesti otettu väärä lähestymistapa miettiä, miten happi muotoinen eläinten evoluutio. Yhdistämällä ja analysoimalla aiemmin julkaistuja tietoja joidenkin omiensa kanssa hän havaitsi, että pienet madot selviävät merenpohjan alueilla, joilla happipitoisuus on uskomattoman alhainen — alle 0,5% keskimääräisistä maailmanlaajuisista merenpinnan pitoisuuksista. Näissä hapenpuutteisissa ympäristöissä ravintoketjut ovat yksinkertaisia, ja eläimet syövät suoraan mikrobeja. Paikoissa, joissa merenpohjan happipitoisuus on hieman korkeampi — noin 0.,5-3% pitoisuuksilla, meren pinta — eläimet on runsaammin, mutta niiden ravintoverkkojen ovat rajalliset: eläimet vielä syövät mikrobeja, pikemminkin kuin toisiinsa. Mutta noin 3-10 prosentin happipitoisuudessa saalistajat nousevat esiin ja alkavat kuluttaa muita eläimiä4.

tämän havainnon vaikutukset evoluutioon ovat syvällisiä, Sperling sanoo.Vaatimaton hapenkorotus, jonka hän arvelee tapahtuneen juuri ennen Kambrikautta, olisi riittänyt laukaisemaan ison muutoksen., ”Jos happipitoisuus olisi 3 prosenttia ja ne olisivat nousseet yli tuon 10 prosentin rajan, sillä olisi ollut valtava vaikutus eläinten varhaiseen evoluutioon”, hän sanoo. ”Siellä”on vain niin paljon eläinten ekologia, elämäntapa ja kehon koko, joka näyttää muuttaa niin dramaattisesti läpi näillä tasoilla.”

vähäisen hapenottokyvyn ajama petoeläinten vähittäinen ilmaantuminen olisi merkinnyt Ediacaraanieläimille vaikeuksia, joilla ei ollut selvää puolustuskykyä. ”Te” katsotte pehmeärunkoisia, enimmäkseen liikkumattomia muotoja, jotka luultavasti elivät elämänsä imemällä ravinteita ihonsa läpi”, Narbonne sanoo.,

Tutkimukset antiikin Namibian riutat viittaavat siihen, että eläimet olivat todellakin alkaa syksyllä saalistajat loppuun mennessä Ediacaran. Kun palaeobiologist Rachel Wood University of Edinburgh, iso-BRITANNIA, tutki kallioperään, hän löysi paikkoja, missä primitiivinen eläin nimeltään Cloudina oli ottanut haltuunsa osia mikrobien reef. Pikemminkin kuin levittää ulos yli valtameren kerroksessa, nämä kartion muotoinen olentoja asui tungosta pesäkkeitä, jotka peittivät haavoittuvia kehon osien pedoilta — ekologinen dynaaminen, joka tapahtuu nyky-reefs5.,

Cloudina oli yksi varhaisimmista eläimet tiedossa on kasvanut kovasti, mineralisoidusta exoskeletons. Mutta he eivät olleet yksin. Kaksi muita eläin nuo riutat oli myös mineralisoidusta osia, mikä viittaa siihen, että useita, liity ryhmään kehittynyt luuston kuoret samoihin aikoihin. ”Luurangot ovat aika kalliita tuottaa”, Puu sanoo. ”On hyvin vaikeaa keksiä muuta syytä kuin puolustus sille, miksi eläimen pitäisi vaivautua luomaan luuranko itselleen.”Woodin mielestä luurangot tarjosivat suojan vasta kehittyneitä petoeläimiä vastaan., Jotkut Cloudina fossiileja tuolta ajalta edes reikiä niiden puolta, jotka tutkijat tulkita merkkejä hyökkääjät, joka kantoi osaksi olentoja” shells6.

Palaeontologists löytänyt muita vihjeitä, että eläimet olivat alkaneet syödä toisiaan myöhään Ediacaran. Namibiassa, Australiassa ja Kanadan Newfoundlandissa jotkin merenpohjan sedimentit ovat säilyttäneet epätavallisen tunnelilajin, jonka teki tuntematon, matomainen kreatuuri7. Kutsutaan Treptichnus burrows, nämä warrens haara uudestaan ja uudestaan, koska jos saalistaja alapuolella mikrobi matto oli järjestelmällisesti tutkia saalista eläinten päälle., Se Treptichnus burrows muistuttavat moderni priapulid, tai ”penis”, matoja — kyltymätön saalistajat, jotka metsästää huomattavan samalla tavalla moderni meri floors8.

saalistuksen lisääntyminen tällä hetkellä asetti suuret, istumatyöttömät Ediacaraneläimet suureen epäedulliseen asemaan. ”Tyhjän tekemisestä tulee rasite”, Narbonne sanoo.

maailman 3D

hetki siirtyminen Ediacaran Kambri maailma on tallennettu useita kivi paljastumista pyöristetty antiikin jäätiköt etelä-edge of Newfoundland., Tuon rajan alapuolella ovat tikattujen Ediacaran-eläinten jättämät vaikutelmat, jotka ovat viimeiset maan päälle tallennetut fossiilit. Ja vain 1,2 metriä niiden yläpuolella, harmaa siltstone omistaa polkuja naarmuja, uskotaan on ollut valmistettu eläinten kanssa exoskeletons, kävely jatkettu jalat — varhaisimmat todisteet niveljalkaisten Earth”s historia.

kukaan ei tiedä, kuinka paljon aikaa kului siinä välissä rockia — ehkä jopa muutaman vuosisadan tai vuosituhannen, Narbonne sanoo., Mutta aikana, että lyhyen span, pehmeä täyteläinen, paikallaan Ediacaran fauna yhtäkkiä katosi, ajettu sukupuuttoon saalistajat, hän ehdottaa.

Narbonne on tarkasti tutkittu harvat eläimet, jotka selvisivät tämä siirtyminen, ja hänen havainnot viittaavat siihen, että osa heistä oli hankkinut uusia, entistä monimutkaisempia tyyppisiä käyttäytymistä. Paras vihjeitä tulevat jättämiä jälkiä rauhallinen, lieriömäisiä eläimiä, jotka laiduntavat mikrobien matto., Alussa polkuja noin 555 miljoonaa vuotta sitten mutkitella ja criss-cross sattumanvaraisesti, mikä osoittaa, heikosti kehittynyt hermosto, joka ei tunne tai reagoi muiden ruohonsyöjät lähellä — saati saalistajat. Mutta lopussa Ediacaran ja varhain Cambrian, polkuja tullut kehittyneempiä otuksia veistetty tiukempi kierrosta ja aurattu lähekkäin, yhdensuuntaiset linjat läpi sedimenteissä. Joissakin tapauksissa, kurvikas ruokinta trail äkillisesti siirtymiä suora viiva, joka Narbonne tulkitsee kuten mahdolliset todisteet grazer kiertämiseksi, predator9.,

Tämä muutos laiduntaminen tyyli voi olla osaltaan pirstoutuminen mikrobien matto, joka alkoi aikaisin Cambrian. Narbonnen mukaan merenpohjan murros ”saattoi olla syvällisin muutos maan elämän historiassa”10, 11. Matto oli aiemmin peitetty merenpohjaan, kuten pinnoite muovikelmu, jättäen taustalla sedimenttien pitkälti hapettomissa ja kielletty eläimiä. Koska eläimet eivät voineet kaivautua syvälle Ediacaraniin, ”matto tarkoitti sitä, että elämä oli kaksiulotteista”., Kun laiduntamiskyky parani, Eläimet tunkeutuivat matolle ja tekivät sedimenteistä ensimmäistä kertaa asumiskelpoisia, mikä avasi 3D-maailman.

Jäljet varhaisesta Cambrian osoittavat, että eläimet alkoivat penkoa useita senttimetrejä osaksi sedimenttien alla matto, joka annetaan pääsy aiemmin käyttämättömiä ravinteita — sekä turvaa pedoilta. On myös mahdollista, että eläimet kulkivat vastakkaiseen suuntaan., Sperling kertoo, että tarve välttää petoja (ja saalista) on saattanut ajaa eläinten vesipatsaaseen merenpohjan yläpuolella, jossa parannettu happipitoisuus mahdollisti heille uhrata energiaa uinti.

kehittyvien näyttöä siitä, hapen raja-arvot ja ekologia voisi myös valottaa toinen merkittävä evoluution kysymys: milloin eläimet ovat peräisin? Ensimmäiset kiistattomat eläinten fossiilit ilmestyivät vasta 580 miljoonaa vuotta sitten, mutta geneettisten todisteiden mukaan peruseläinryhmät ovat peräisin jo 700-800 miljoonaa vuotta sitten., Mukaan Lyons, ratkaisu voi olla, että happipitoisuus nousi ehkä 2% tai 3% modernin tasoa noin 800 miljoonaa vuotta sitten. Nämä pitoisuudet voivat olla jatkuvia pieniä, yksinkertaisia eläimiä, aivan kuten he tekevät tänään meressä”s happi-huono-alueilla. Mutta eläimet, joilla oli suuret ruumiit, eivät olisi voineet kehittyä ennen kuin happitasot nousivat korkeammalle Ediacaranissa.

sen ymmärtäminen, miten happi vaikutti monimutkaisten eläinten ulkonäköön, vaatii tiedemiehiä kiusaamaan kivistä hienovaraisempia johtolankoja., ”Me” olemme haastaneet fossiilien parissa työskenteleviä ihmisiä sitomaan fossiilinsa läheisemmin meidän happimyrkkyihimme”, Lyons sanoo. Se ei tarkoita, ymmärtää, mitä happipitoisuus oli eri antiikin ympäristöissä, ja yhdistää nämä arvot erilaisia ominaisuuksia näytteillä eläimen fossiileja löytyy samoissa paikoissa.

viime syksynä Woods vieraili Siperiassa tuo tavoite mielessä. Hän keräsi fossiileja Cloudina ja toinen skeletonized eläin, Suvorovella, mistä viimeisinä päivinä Ediacaran., Nämä sivustot antoi hänelle mahdollisuuden kerätä fossiileja monista eri syvyyksistä muinaisen valtameren, enemmän happipitoista pintavettä syvemmälle alueilla. Puu aikoo etsiä malleja, joissa eläimet olivat yhä kovempia luurankoja, onko he olivat hyökkäyksen saalistajat ja onko tämä oli selvä yhteys happipitoisuus, hän sanoo. ”Vasta sitten voit valita tarinan.”