ce a declanșat explozia Cambrian?

John Sibbick/Muzeul de Istorie Naturală

Cambrian mările erau pline cu noi tipuri de animale, cum ar fi prădător Anomalocaris (centru).o serie de vârfuri întunecate și stâncoase se ridică la 80 de metri deasupra câmpiilor ierboase din Namibia. Vârfurile îmi amintesc de ceva străvechi — movilele de înmormântare ale civilizațiilor trecute sau vârfurile unor piramide vaste îngropate de veacuri.,formațiunile de piatră sunt într-adevăr monumente ale unui imperiu decolorat, dar nu din nimic tăiat de mâinile omenești. Sunt recife de pinnacle, construite de cianobacterii pe fundul mării de mică adâncime acum 543 de milioane de ani, într-o perioadă cunoscută sub numele de perioada Ediacaran. Lumea antică ocupată de aceste recife era cu adevărat străină. Oceanele dețineau atât de puțin oxigen încât peștii moderni ar fi fondat rapid și ar muri acolo. Un covor lipicios de microbi a acoperit fundul mării la acea vreme, iar pe acea pătură trăiau o varietate de animale enigmatice ale căror corpuri semănau cu perne subțiri, matlasate., Cele mai multe au fost staționare, dar câteva șerpuit orbește peste noroi, pășunat pe microbi. Viața animalelor în acest moment era simplă și nu existau prădători. Dar o furtună evolutivă ar distruge în curând această lume liniștită.

în câteva milioane de ani, acest ecosistem simplu ar dispărea și ar da loc unei lumi conduse de animale extrem de mobile care au prezentat trăsături anatomice moderne. Explozia cambriană, așa cum se numește, a produs artropode cu picioare și ochi compuși, viermi cu branhii cu pene și prădători rapizi care ar putea zdrobi prada în fălcile cu dinți., Biologii au argumentat de zeci de ani asupra a ceea ce a aprins această explozie evolutivă. Unii cred că o creștere abruptă a oxigenului a declanșat schimbarea, în timp ce alții spun că a apărut din dezvoltarea unor inovații evolutive cheie, cum ar fi viziunea. Cauza exactă a rămas evazivă, în parte pentru că se știe atât de puțin despre mediul fizic și chimic din acel moment.dar, în ultimii ani, descoperirile au început să producă câteva indicii tantalizante despre sfârșitul Ediacaranului., Dovezile adunate din recifele Namibiene și din alte situri sugerează că teoriile anterioare erau prea simpliste — că explozia cambriană a apărut de fapt dintr-o interacțiune complexă între mici schimbări de mediu care au declanșat evoluții evolutive majore.unii oameni de știință cred acum că o creștere mică, poate temporară, a oxigenului a trecut brusc un prag ecologic, permițând apariția prădătorilor. Creșterea carnivoriei ar fi declanșat o cursă evolutivă a înarmărilor care a dus la izbucnirea tipurilor și comportamentelor complexe ale corpului care umplu oceanele de astăzi., „Acesta este cel mai important eveniment din evoluția Pământului”, spune Guy Narbonne, paleobiolog la Universitatea Queen ” s Din Kingston, Canada. „Apariția carnivoriei omniprezente, posibilă prin oxigenare, este probabil să fi fost un declanșator major.în lumea modernă, este ușor să uităm că animalele complexe sunt relativ nou-veniți pe Pământ. De când viața a apărut pentru prima dată în urmă cu mai bine de 3 miliarde de ani, organismele unicelulare au dominat planeta în cea mai mare parte a istoriei sale., Înflorind în medii care nu aveau oxigen, s-au bazat pe compuși precum dioxidul de carbon, moleculele care conțin sulf sau mineralele de fier care acționează ca agenți oxidanți pentru a descompune alimentele. O mare parte din biosfera microbiană a pământului încă supraviețuiește pe aceste căi anaerobe.animalele, totuși, depind de oxigen — un mod mult mai bogat de a-și câștiga viața. Procesul de metabolizare a alimentelor în prezența oxigenului eliberează mult mai multă energie decât majoritatea căilor anaerobe., Animalele se bazează pe acest puternic, controlat de ardere a conduce o astfel de energie-e foame inovații ca muschii, sistemul nervos și instrumente de apărare și carnivore — mineralizate scoici, exoskeletons și dinți.având în vedere importanța oxigenului pentru animale, cercetătorii au suspectat că o creștere bruscă a gazului la niveluri aproape moderne din ocean ar fi putut stimula explozia cambriană. Pentru a testa această idee, ei au studiat sedimentele oceanice antice stabilite în perioadele Ediacaran și Cambrian, care împreună au variat de la aproximativ 635 milioane la 485 milioane de ani în urmă.,în Namibia, China și în alte locuri din întreaga lume, cercetătorii au colectat roci care au fost cândva fundul mării antice și au analizat cantitățile de fier, molibden și alte metale din ele. Solubilitatea metalelor depinde puternic de cantitatea de oxigen prezentă, astfel încât cantitatea și tipul acestor metale din rocile sedimentare antice reflectă cât de mult oxigen a fost în apă cu mult timp în urmă, când s-au format sedimentele.,aceste proxy-uri păreau să indice că concentrațiile de oxigen din oceane au crescut în mai multe etape, apropiindu-se de concentrațiile de suprafață ale mării de astăzi la începutul Cambrianului, în urmă cu aproximativ 541 de milioane de ani — chiar înainte de mai multe-animale moderne au apărut brusc și s-au diversificat. Aceasta a susținut ideea de oxigen ca un declanșator cheie pentru explozia evolutivă.dar anul trecut, un studiu major1 al sedimentelor antice de pe fundul mării a contestat această viziune., Erik Sperling, paleontolog la Universitatea Stanford din California, a compilat o bază de date cu 4.700 de măsurători de fier luate din roci din întreaga lume, care acoperă perioadele Ediacaran și Cambrian. El și colegii săi nu au găsit o creștere semnificativă statistic în proporție de oxic să anoxice apă la limita dintre Ediacaran și Cambrian.

„orice eveniment de oxigenare trebuie să fi fost mult, mult mai mic decât ceea ce oamenii considerau în mod normal”, concluzionează Sperling. Majoritatea oamenilor presupun „că evenimentul de oxigenare a ridicat, în esență, oxigenul la niveluri esențiale moderne., Și probabil că nu a fost cazul”, spune el.cele mai recente rezultate vin într-un moment în care oamenii de știință reconsideră deja ce se întâmplă cu nivelurile de oxigen din ocean în această perioadă crucială. Donald Canfield, geobiolog la Universitatea din sudul Danemarcei din Odense, se îndoiește că oxigenul a fost un factor limitativ pentru animalele timpurii. Într-un studiu publicat anul month2, el și colegii săi sugerează că nivelurile de oxigen au fost deja suficient de mare pentru a sprijini animale simple, cum ar fi bureți, sute de milioane de ani înainte au apărut de fapt., Animalele cambriene ar fi avut nevoie de mai mult oxigen decât bureții timpurii, recunoaște Canfield. „Dar nu aveți nevoie de o creștere a oxigenului de-a lungul limitei Ediacaran/Cambrian”, spune el; oxigenul ar fi putut fi deja suficient de abundent „cu mult timp înainte”.”rolul oxigenului în originile animalelor a fost puternic dezbătut”, spune Timothy Lyons, geobiolog la Universitatea din California, Riverside. „De fapt, nu a fost niciodată mai dezbătut decât este acum.,”Lyons vede un rol pentru oxigen în schimbări evolutive, dar propria lui locul de muncă3 cu molibden și alte urme de metale sugerează că crește în oxigen înainte de Cambrian au fost în mare parte temporare vârfuri care a durat cateva milioane de ani și, treptat, a pășit în sus (vezi „Când viața accelerat”).

Nik Spencer/Natura

Modern oglinzi

Sperling a căutat perspective în Ediacaran oceane prin studierea oxigen epuizate regiuni moderne în mările de pe glob., El sugerează că biologii au adoptat în mod convențional o abordare greșită pentru a se gândi la modul în care oxigenul a format evoluția animalelor. Prin punerea în comun și analiza datelor publicate anterior cu unele dintre propriile sale, el a descoperit că viermii mici supraviețuiesc în zonele de pe fundul mării unde nivelurile de oxigen sunt incredibil de scăzute — mai puțin de 0,5% din concentrațiile medii globale ale suprafeței mării. Pânzele alimentare în aceste medii sărace în oxigen sunt simple, iar animalele se hrănesc direct cu microbi. În locurile în care nivelul de oxigen pe fundul mării este puțin mai mare-aproximativ 0.,5-3% din concentrațiile la suprafața mării-animalele sunt mai abundente, dar pânzele lor alimentare rămân limitate: animalele încă se hrănesc cu microbi, mai degrabă decât unul pe celălalt. Dar undeva între 3% și 10% din nivelurile de oxigen, prădătorii apar și încep să consume alte animale4.implicațiile acestei descoperiri pentru evoluție sunt profunde, spune Sperling.Creșterea modestă a oxigenului despre care crede că a avut loc chiar înainte de Cambrian ar fi fost suficientă pentru a declanșa o mare schimbare., „Dacă nivelul de oxigen ar fi fost de 3% și ar fi crescut peste pragul de 10%, aceasta ar fi avut o influență uriașă asupra evoluției timpurii a animalelor”, spune el. „Există doar atât de mult în ecologia animalelor, stilul de viață și dimensiunea corpului care pare să se schimbe atât de dramatic prin aceste niveluri.”

apariția treptată a prădătorilor, condusă de o creștere mică a oxigenului, ar fi însemnat probleme pentru animalele Ediacaran care nu aveau apărare evidentă. „Te uiți la forme moi, în mare parte imobile, care probabil și-au trăit viața absorbind nutrienți prin piele”, spune Narbonne.,studiile asupra acelor Recife Namibiene antice sugerează că animalele au început într-adevăr să cadă pradă prădătorilor până la sfârșitul Ediacaranului. Când paleobiologul Rachel Wood de la Universitatea din Edinburgh, Marea Britanie, a examinat formațiunile de rocă, a găsit pete în care un animal primitiv numit Cloudina a preluat părți din reciful microbian. În loc să se răspândească pe fundul oceanului, aceste creaturi în formă de con au trăit în colonii aglomerate, care și-au ascuns părțile vulnerabile ale corpului de prădători — o dinamică ecologică care apare în Reef-urile moderne5.,Cloudina a fost printre primele animale despre care se știe că au crescut exoschelete greu mineralizate. Dar nu erau singuri. Alte două tipuri de animale din acele Recife aveau de asemenea părți mineralizate, ceea ce sugerează că mai multe grupuri fără legătură au dezvoltat cochilii scheletice în același timp. „Scheletele sunt destul de costisitoare pentru a produce”, spune Wood. „Este foarte dificil de a veni cu un alt motiv decât de apărare pentru ce un animal ar trebui să deranjez pentru a crea un schelet pentru sine.”Lemnul crede că scheletele au oferit protecție împotriva prădătorilor nou evoluați., Unele fosile Cloudina din acea perioadă au chiar găuri în laturile lor, pe care oamenii de știință le interpretează ca fiind semnele atacatorilor care au purtat în creaturile” scoici6.paleontologii au găsit alte indicii că animalele au început să se mănânce reciproc de către Ediacaranul târziu. În Namibia, Australia și Newfoundland din Canada, unele de mare-etaj sedimente au păstrat un tip neobișnuit de tunel făcut de un necunoscut, cu un vierme creature7. Numite vizuini Treptichnus, aceste warrens se ramifică din nou și din nou, ca și cum un prădător chiar sub covorul microbian ar fi cercetat sistematic animalele de pradă deasupra., La Treptichnus burrows se aseamănă cu cele moderne priapulid, sau „penis”, viermi — prădători vorace, care vânează într-un mod remarcabil de similare pe mare modern, floors8.creșterea prădării în acest moment a pus animalele mari, sedentare Ediacaran într-un mare dezavantaj. „Stând în jurul valorii de a nu face nimic devine o răspundere”, spune Narbonne.

lumea în 3D

momentul tranziției de la Ediacaran la lumea cambriană este înregistrat într-o serie de aflorimente de piatră rotunjite de ghețari antice de la marginea de sud a Newfoundland., Sub această limită sunt impresiile lăsate de animalele Ediacaran matlasate, ultimele astfel de fosile înregistrate pe Pământ. Și doar 1.2 metri deasupra lor, siltstone gri deține trasee de zgârieturi, crezut că au fost făcute de animale cu exoschelete, mersul pe jos pe picioare articulate — cele mai vechi dovezi de artropode din istoria Pământului.nimeni nu știe cât timp a trecut în acea stâncă intervenind — poate doar câteva secole sau milenii, spune Narbonne., Dar în această perioadă scurtă, fauna Ediacaran staționară, moale, a dispărut brusc, condusă spre dispariție de prădători, sugerează el.