Tag: prekambr

Fantastyczne zwierzęta i jak je znaleźć (5): Ediakar, czyli świat prototypów

Piotr Gąsiorowski2 komentarze

Pozostałe wpisy z tej serii:

Fantastyczne zwierzęta i jak je znaleźć (1): Prolog
Fantastyczne zwierzęta i jak je znaleźć (2): Pierwsza wielka schizma w królestwie zwierząt
Fantastyczne zwierzęta i jak je znaleźć (3): Myxozoa, czyli ewolucja na biegu wstecznym
Fantastyczne zwierzęta i jak je znaleźć (4): Eksplozja kambryjska, której właściwie nie było

Patrz też: Płaskowce, czyli zalety prostoty (autor: Łukasz Sobala)

Istnieje tradycja sięgająca XIX w., którą można streścić tak: prawdziwe życie zaczęło się w kambrze. Do połowy XX w. nie znano żadnych skamieniałości starszych niż kambryjskie. Fakt ten niepokoił na przykład Karola Darwina, bo stopień rozwoju życia widoczny w kambrze zmuszał do przypuszczenia, że  ówczesne organizmy musiały mieć za sobą długą historię rozwoju. Niemniej tak bardzo przyzwyczajono się do braku śladów życia z czasów poprzedzających kambr (zwanych prekambrem), że zaczęto ten brak traktować jako dogmat. Gdyby nawet ktoś był odkrył skamieniałości prekambryjskie, paleontolodzy nie potraktowaliby go poważnie.

A teraz zastanówny się nad wiekiem Ziemi. Dziś wiemy, że uformowała się jako planeta 4,5 mld lat temu, a 4 mld lat temu miała  już oceany i panowały na niej warunki umożliwiające pojawienie się życia. Natomiast kambr zaczął się ok. 540 mln lat temu. Zatem wszystkie skamieniałości znane przed II wojną światową pochodziły z ostatnich 13,5% historii Ziemi jako planety sprzyjającej życiu. Pozostałe 86,5% (czyli ok. 3,46 mld lat) przypada na prekambr. Czyżby przez tak długi okres Ziemia pozostawała martwa? I skąd się wzięło życie kambryjskie, jeśli wcześniej nic nie było?

W 1946 r. australijski geolog Reg Sprigg na zlecenie rządu Australii Południowej badał opuszczone kopalnie srebra i miedzi na wzgórzach Ediacara (w Górach Flindersa), żeby sprawdzić, czy nie dałoby się wznowić ich eksploatacji. Jedząc lunch w miejscu, które poddawał inspekcji, zauważył skamieniałości przywodzące na myśl meduzy. Zdawał sobie sprawę, że skały zawierające te skamieniałości są prawdopodobnie prekambryjskie (dziś wiemy, że mają ok. 555 mln lat). Próbował przebić się z tą tezą do świata nauki, ale jak można się było spodziewać, konserwatywne środowisko przyjęło jego wysiłki z lodowatym chłodem. Dlatego Sprigg opublikował doniesienie o swoim odkryciu lokalnie, ostrożnie opisując swoje „meduzy” jako wczesnokambryjskie (ze znakiem zapytania). Dopiero gdy udało mu się zainteresować skamieniałościami z Ediacary profesora Martina F. Glaessnera, geologa i paleontologa wykształconego w Wiedniu i cieszącego się międzynarodowym autorytetem, opór środowiska został przełamany. Ale do tego czasu zaczęto dokonywać podobnych odkryć także w innych częściach świata.

Dickinsonia costata. Foto: Smith609. Źródło: Wikimedia (licencja CC BY-SA 3.0).

W 1953 r. Stanley Tyler z Uniwersytetu Wisconsin odkrył, że skały krzemionkowe (rogowce) z formacji Gunflint na pograniczu USA i Kanady są stromatolitami, czyli skamieniałym nawarstwieniem mat organicznych tworzonych przez cyjanobakterie, i że badając je pod mikroskopem można w nich zaobserwować liczne i znakomicie zachowane mikroskamieniałości wielogatunkowego zespołu organizmów, które je wytworzyły. W kolejnych latach Tyler badał je wraz z paleobotanikiem Elso Barghoornem z Harvardu. Tym razem o oporze środowiska nie mogło być mowy, bo datowanie skał z Gunflint nie budziło wątpliwości. Miały one ok. 1,88 mld lat, co oznaczało, że cofały udokumentowaną historię życia na Ziemi o grubo ponad miliard lat. Odkrycie to zapoczątkowało coś w rodzaju „gorączki złota” wśród badaczy, którzy, porzuciwszy wcześniejszy sceptycyzm, ruszyli odkrywać skamieniałości prekambryjskie.

Mniej więcej w tym samym czasie (1956–1957) kilkoro licealistów z Leicester (Wielka Brytania) podczas wycieczek na wzgórza w pobliskim Charnwood Forest niezależnie od siebie zwróciło uwagę na dziwną skamieniałość, przypominającą liść paproci, w skałach, o których wiadomo było, że są prekambryjskie (570–550 mln lat temu). Dwoje z odkrywców, Tina Negus i Roger Mason, wpadło na pomysł wykonania podobizny skamieniałości techniką frotażu, czyli pocierania ołówkiem kartki papieru przyłożonej do powierzchni skały. Oboje podzielili się swoimi obserwacjami z dorosłymi – z bardzo różnym skutkiem. Tina została wyśmiana przez swoją nauczycielkę geografii („Nie ma skamieniałości prekambryjskich!”), natomiast Roger (obecnie profesor geologii) został potraktowany poważnie przez Trevora Forda, geologa z Uniwersytetu w Leicester, którego znał jego ojciec. Ford opisał rzeczoną skamieniałość i podjął dalsze badania stanowiska Charnwood Forest – a także podobnych formacji w innych częściach świata, bo trochę niespodziewanie dla samego siebie nagle awansował na eksperta od paleontologii prekambru.

A zatem w latach sześćdziesiątych było już jasne, że prekambr nie był czasem martwej Ziemi. Przeciwnie – życie kwitło ponad miliard lat przed „eksplozją kambryjską”, a kilkanaście milionów lat przed początkiem kambru istniały duże organizmy, których skamieniałości utrwaliły się w skałach Ediakary i Charnwood Forest. W kolejnych dziesięcioleciach odkryto wiele różnych prekambryjskich stanowisk paleontologicznych, a przy okazji dokonano podziału tej części historii Ziemi na jednostki chronologiczne – eony, ery i okresy. Prekambr przestał być monotonną pustynią bez punktów orientacyjnych.

Dla historii zwierząt znaczenie ma ostatnia era przed fanerozoikiem (eonem, który zaczął się w kambrze i nadal trwa). Nazywamy ją obecnie neoproterozoikiem i dzielimy na trzy okresy: ton (1000–720 mln lat temu), kriogen (720–635 mln lat temu) i ediakar (635–540 mln lat temu). W tym czasie przodkowie zwierząt, oddzieliwszy się już wcześniej (czyli ponad miliard lat temu) od przodków grzybów, a następnie od innych „bocznych linii” drzewa rodowego, zaczęli się w końcu różnicować w znane obecnie gałęzie ewolucyjne królestwa zwierząt. Datowanie tych rozgałęzień jest trudne przy obecnym stanie wiedzy, ale jedno jest pewne: w ediakarze, nazwanym oczywiście od australijskich wzgórz, istniały już bardzo różnorodne organizmy przypominające zwierzęta.

Do najbardziej znanych skamieniałości z tego okresu należy Dickinsonia costata, opisana przez Sprigga jako coś w rodzaju meduzy. Nie była jednak meduzą ani w ogóle parzydełkowcem. Należała do dużej grupy organizmów ediakarskich nazwanej Proarticulata. Odznaczały się one symetrią dwuboczną i segmentowaną budową ciała, z tym, że segmenty lewej i prawej strony były zwykle przesunięte względem siebie o połowę ich szerokości (tzw. symetria z poślizgiem). Innym znanym rodzajem z tej grupy jest Spriggina floundersi, nazwana na cześć Rega Sprigga i uznana za oficjalną „skamieniałość stanową” Australii Południowej. Ponieważ przypomina wyglądem trylobita, bywała uznawana za przodka stawonogów, z którymi jednak nie ma w rzeczywistości wiele wspólnego poza czysto powierzchownym podobieństwem. Warto zauważyć, że choć niektóre Proarticulata miały rozmiary rzędu kilku milimetrów lub centymetrów, inne osiągały długość ponad 1 m, przewyższając największe znane zwierzęta kambryjskie.

Przez długi czas spierano się, czy Proarticulata na pewno były zwierzętami. Istniały hipotezy konkurencyjne, uznające je za olbrzymie protisty lub nawet porosty (grzyby żyjące w symbiozie z zielenicami lub cyjanobakteriami). Kwestię te rozstrzygnęły badania ostatnich lat. W 2018 r. w skamieniałościach dickinsonii odkryto ślady cholesteroli, związków wytwarzanych tylko przez zwierzęta. Poznano także dokładniej schemat wzrostu osobników przez tworzenie nowych segmentów dodawanych na jednym końcu osi ciała. Taki rozwój łączy Proarticulata ze zwierzętami dwubocznie symetrycznymi (Bilateria) albo przynajmniej z grupą Parahoxozoa, do której zalicza się także parzydełkowce i płaskowce. Do tych ostatnich upodabnia dickinsonię silne spłaszczenie ciała i tryb życia. Wygląda na to, że Proarticulata nie posiadały przewodu pokarmowego i żerowały na matach mikroorganizmów na dnie morza w taki sposób, w jaki to robią dzisiejsze płaskowce. Kto wie – może właśnie płaskowce są ostatnimi żyjącymi przedstawicielami Proarticulata o uproszczonej anatomii?

Inna ważna skamieniałość z tego okresu to Charnia masoni z Charnwood Forest. Nazwa gatunkowa upamięta nastolatka, który zwrócił na nią uwagę paleontologów. Charnia jest typowym przedstawicielem Rangeomorpha, dużej grupy osiadłych, często głębokowodnych organizmów ediakarskich o strukturze fraktalnej (dlatego wyglądają jak pióra lub jak liście paproci). Od centralnej osi odchodziły naprzemiennie na lewo i prawo rurkowate boczne odgałęzienia, które tworzyły własne drobniejsze gałązki itd. – ten schemat mógł się powtarzać nawet czterokrotnie. Charnię uznano początkowo za „glon”, potem porównywano ją z koralowcami z rodziny piórówek („piór morskich”). Obecnie nie ma pewności, czy Rangeomorpha (organizmy pokaźnych rozmiarów, dochodzące do 2 m długości) były zwierzętami w ścisłym sensie, ale w każdym razie wydają się bliższe zwierzętom niż innym królestwom. Takich tajemniczych grup organizmów było w  ediakarze więcej. Niektóre z nich wyglądają na zwierzęta, ale o budowie ciała nieprzypominającej niczego znanego (np. trójpromieniście symetryczne Trilobozoa). Ediakar był najwyraźniej okresem eksperymentów ewolucyjnych, z których nie wszystkie się powiodły. Część grup pospolitych w tym okresie wymarła na pograniczu ediakaru i kambru.

Charnia masoni. Leicester Museum & Art Gallery (domena publiczna).

Obok tych zagadkowych zwierząt lub prawie-zwierząt w ediakarze żyły także niewątpliwe parzydełkowce (jak Auroalumina attenboroughi)*, gąbki i zwierzęta dwubocznie symetryczne, np. Kimberella  quadrata, przypominająca mięczaki (choć niekoniecznie blisko z nimi spokrewniona). Ciekawym przypadkiem jest Yilingia spiciformis, odkryta w 2019 r. w południowych Chinach. Znaleziono 35 okazów, których skamieniałości zachowały się wraz ze śladami pełzania. Budowa ciała yilingii nie pozostawia wątpliwości, że było to zwierzę dwubocznie symetryczne, aczkolwiek podobnie jak w przypadku kimberelli brak na razie dość danych, żeby ją przypisać do konkretnego typu. Skoro jednak istniały w tym czasie Bilateria, parzydełkowce i gąbki, to musiały istnieć także jakieś wczesne formy żebropławów. Należy mieć nadzieję, że w miarę dalszych badań uda się sklasyfikować przynajmniej niektóre z organizmów uchodzących obecnie za enigmatyczne i lepiej zrozumiemy ten rozdział życia na Ziemi, o którym osiemdziesiąt lat temu nie mieliśmy w ogóle żadnych informacji.

Przypis i morał

*) Auroalumina attenboroughi ze stanowiska w Charnwood Forest została nazwana na cześć Davida Attenborough, który chodził do tej samej szkoły, co Roger Mason, tyle że o kilka roczników wcześniej. Młody David także zbierał skamieniałości, jednak nie zainteresował się skałami prekambryjskimi, ponieważ wiedział, jak inni entuzjaści paleontologii w tym czasie, że „skamieniałości prekambryjskie nie istnieją”. A oto morał: Jeśli coś uchodzi za pewnik naukowy wyłącznie dlatego, że tak twierdzą autorytety na mocy swojego subiektywnego przekonania, to w taki pewnik nie mamy obowiązku wierzyć.

LInki: więcej o organizmach ediakarskich