Kambro sprogimas: gyvybės filų atsiradimas prieš 541 mln. metų

Kambro sprogimas: kaip prieš 541 mln. metų staiga atsirado daug gyvūnų filų — fosilijų atradimai, evoliucijos paslaptys ir mokslinės diskusijos.

Kambro sprogimo metu fosilijose pirmą kartą pasirodė daugelis gyvūnų filų. Tai įvyko prieš 541 mln. metų (m. e. m.). Tikriausiai dauguma jų buvo išsivysčiusios iki tol, bet tada jos pirmą kartą pasirodė kaip fosilijos.

Atrodo, kad iki maždaug 580 mln. m. dauguma organizmų buvo paprasti. Juos sudarė atskiros ląstelės, kartais susibūrusios į kolonijas. Per kitus 70 ar 80 mln. metų evoliucijos tempas, atrodo, paspartėjo. Kambro periodo pabaigoje jau egzistavo dauguma mums šiandien žinomų filų.

Kambro sprogimas sukėlė daug mokslinių diskusijų. Iš pažiūros greitas fosilijų atsiradimas "pirmykščiuose sluoksniuose" buvo pastebėtas dar XIX a. viduryje, o Čarlzas Darvinas tai laikė vienu iš pagrindinių prieštaravimų jo evoliucijos natūralios atrankos būdu teorijai.

Fosilijų įrodymai ir svarbios radimvietės

Gerai išsaugoti Kambro faunos pavyzdžiai suteikia daug informacijos apie to meto įvairovę. Žymiausios radimvietės yra Kanados Burgess Shale ir Kinijos Chengjiang (Maotianshan) sluoksniai, kuriuose rasta daugybė įvairių kūnų planų — nuo pirmykščių artropodų, moliuskų ir ežiuočių giminaičių iki ankstyvųjų chordatų (pvz., Pikaia tipo organizmai). Šios radimvietės yra vadinamos lagerstätten — retomis vietomis, kuriose išsaugomi net minkštieji audiniai, todėl matome dalykus, kurie įprastose fosilijose nebūtų išlikę.

Kas galėjo sukelti "sprogimą"?

Nėra vieningos sutartos priežasties, tačiau dauguma mokslininkų mano, kad veikė keli deriniai. Pagrindinės hipotezės:

• Atmosferos ir vandenynų deguonies kiekio padidėjimas — didesnis deguonies lygis leido gyventojams augti didesniais kūnais ir palaikyti sudėtingesnes medžiagų apykaitas.
• Genetinis "įrankių rinkinys" — vystymosi genų, pvz., Hox genų, pokyčiai galėjo palengvinti kaupiamą kūno planų įvairovę.
• Plėšrūnų ir grobio santykių „ginklavimosi varžybos“ — atsiradus aktyviems plėšrūnams, susiformavo naujos ekologinės nišos ir selekcinės jėgos spartinančios įvairėjimą.
• Evoliucinių ir ekologinių sąveikų bei buveinių kompleksiškumo padidėjimas — sudėtingesni maisto tinklai ir buveinių struktūros skatino specializaciją ir įvairovę.
• Fosilijų išsaugojimo (taphonomijos) įtaka — anksčiau gyvūnai galėjo būti ir įvairesni, bet nepalikdavo išlikusių pėdsakų; Kambre atsiradusios sąlygos leido geriau išsaugoti minkštus audinius.

Molekuliniai duomenys ir laiko tarpai

Naujesni molekulinės filogenetikos tyrimai (molekuliniai laikrodžiai) dažnai rodo, kad daug gyvūnų grupių galėjo diverguoti anksčiau — Neoproterozojaus periodo metu (prieš 1–0,54 mlrd. metų). Tai reiškia, kad evoliucija galėjo vykti ilgą laiką „užkulisiuose“, o Kambro laikotarpiu matome tik staigų fosilinių formų pasirodymą dėl geresnių išsaugojimo sąlygų ir/ar išlikusių kūnų struktūrų (pvz., kalkinių cheminių skeletų) atsiradimo.

Kas atsirado per Kambro "sprogimą"?

Per Kambro laikotarpį į fosilijų įrašą įėjo daug pagrindinių gyvūnų grupių, tarp kurių:

• Artropodai (Žmogaus akims pažįstami tarakonai, vėžiagyviai giminės)
• Moliuskai
• Ekinodermai (pvz., jūrų ežiai ir jų protėviai)
• Chordatai (ankstyvieji stuburinių pirmtakai)
• Cnidaria (medūzos, koralai) ir kitos pagrindinės grupės

Reikšmė ir dabartinės diskusijos

Kambro sprogimas išlieka vienu iš gyvybės istorijos kertinių įvykių — jis iliustruoja, kaip greitai gali atsirasti morfologinė įvairovė ir kaip sudėtingos ekologinės sistemos gali susiformuoti palyginti trumpu geologiniu laikotarpiu. Tačiau mokslininkai pažymi, kad „sprogimas“ nėra vien tik staigus atsiradimas iš nieko — tai rezultatų derinys: giluminės evoliucijos priešistorė, genetiniai pokyčiai, ekologinės sąveikos ir geochemijos pokyčiai, taip pat fosilijų išsaugojimo ypatumai.

Tyrimai tęsiami: paleontologija, genomika ir vystymosi biologija (evo-devo) kartu padeda aiškinti, kaip ir kodėl atsirado toks didelis gyvybės planų įvairovės šuolis prieš ~541 mln. metų.

Gyvenimas prieš milijardą metų

Daugiau informacijos žr. "Akritarchas" ir "Stromatolitas".

Stromatolitai - stambūs stulpai, kuriuos pastatė cianobakterijų ir kitų mikroorganizmų kolonijos, yra pirmosios fosilijos. Jų įrašai prasideda maždaug prieš 3,5 mlrd. metų, o maždaug nuo 2700 m. pr. m. e. jie buvo labai paplitę. Maždaug po 1250 m. m. e. m. jų smarkiai sumažėjo, o šį sumažėjimą tikriausiai lėmė ganomi ir griaužiami gyvūnai.

Prekambro jūros įvairovėje vyravo mažos fosilijos, vadinamos akritarchais. Šiuo terminu apibūdinamos beveik visos mažos organinės sienelėmis padengtos fosilijos - nuo mažų metazoanų kiaušinėlių dėžučių iki įvairių rūšių žaliųjų dumblių cistų. Atsiradę apie 2000 m. m., akritarchai išgyveno pakilimą apie 1000 m. m. m., jų skaičius, įvairovė, dydis, formos sudėtingumas ir ypač dyglių dydis bei skaičius didėjo. Pastarąjį milijardą metų vis labiau dygliuotos jų formos gali reikšti padidėjusį poreikį apsisaugoti nuo plėšrūnų. Kitos neoproterozojaus epochos smulkiųjų organizmų grupės taip pat turi apsaugos nuo plėšrūnų požymių. Atrodo, kad taksonų ilgaamžiškumo matavimas rodo, jog maždaug šiuo laikotarpiu padaugėjo plėšrūnų. Tačiau apskritai evoliucijos tempas prekambryje buvo labai lėtas, daugelis cianobakterijų rūšių išliko nepakitusios milijardus metų. Žinoma, bakterijas daugiausia apibūdina jų biochemija, ypač genomai. Jų biochemijos pokyčiai paprastai nepalieka jokių pėdsakų iškastiniuose įrašuose.

Jei plėšrieji organizmai, kurie ganėsi ant bakterijų ir akritarchų, iš tiesų buvo metazoanai, tai reiškia, kad Kambro gyvūnai neatsirado "iš niekur" kambro periodo pradžioje; jų protėviai egzistavo šimtus milijonų metų.

Šiuolaikiniai stromatolitai Hamelin Pool Marine Nature Reserve, Vakarų Australijoje.


Stromatolitai (Pika formacija, vidurinis kambro periodas) netoli Heleno ežero, Banfo nacionalinis parkas, Kanada.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra Kambro sprogimas?

K: Kiek laiko reikėjo, kad atsirastų dauguma šiandien žinomų filų?

K.: Kada pirmą kartą pastebėta, kad "pirmykščiuose sluoksniuose" sparčiai atsiranda fosilijų?

K: Kas įžvelgė, kad toks greitas fosilijų atsiradimas prieštarauja jų teorijai?

K: Kokio tipo organizmai egzistavo iki 580 mya?

K: Ar buvo kokių nors įrodymų, kad gyvūnai evoliucionavo prieš jiems pasirodant fosilijose?

Paieška pagal raidę