211service.com
Evoliucijos trūkstama grandis
Johnas Grotzingeris savo karjerą paskyrė tam, kad išspręstų vieną iš labiausiai diskutuojamų evoliucinės biologijos paslapčių – kas nutiko prieš šimtus milijonų metų ir sukėlė spontanišką gyvybės pliūpsnį, iš kurio atsirado ankstyvieji visų šiandieninių gyvūnų protėviai. 2002 m. sausį jis grįžo į MIT po metų, praleistų Artimuosiuose Rytuose, kur rinko iškastines uolienas, kilusias iš šio vadinamojo Kambro sprogimo. Remdamasis šiomis fosilijomis, instituto Žemės, atmosferos ir planetų mokslų skyriaus sedimentologas Grotzingeris mano radęs atsakymą.
Remiantis iškastiniais įrašais, gyvybė Žemėje atsirado prieš 3,5 milijardo metų mažų fotosintetinių bakterijų pavidalu. Beveik tris milijardus metų planetoje nebuvo nieko didesnio nei bakterijos, planktonas ir mikroskopiniai jūros dumbliai. Tada staiga, maždaug prieš 540 milijonų metų, tamsiose vandenyno gelmėse susikūrė turtinga mažyčių gyvūnų bendruomenė. Nuo ilgų spygliuotų kirminų iki penkiaakių būtybių su žarnomis už burnos – jie visiškai pakeitė vandenyno dugną maždaug prieš 10 milijonų metų – akies mirksniu evoliucijos metu. Tai buvo pirmieji beveik visų pagrindinių gyvūnų grupių atstovai žemėje šiandien ir galbūt dar kitos grupės, kurios jau seniai išnyko.
Mokslininkai pateikė įvairių kambro sprogimo paaiškinimų. Remiantis viena teorija, plėšrūnų atsiradimas galėjo paskatinti sparčios evoliucijos laikotarpį: ankstyvi grobio gyvūnai, stengdamiesi prisitaikyti, įgijo gynybos mechanizmus, pavyzdžiui, kietus kiauklus. Kita galimybė yra ta, kad padidėjęs atmosferos deguonies kiekis paskatino sudėtingesnių kūno struktūrų evoliuciją: deguonis yra būtinas skeleto vystymuisi ir augimui. Norėdamas išsiaiškinti, kas iš tikrųjų atsitiko, 2001 m. sausio mėn. Grotzingeris išvyko į Omaną ieškoti fosilijų uolienose, išgautuose iš naftos telkinių penkių kilometrų gylyje. Šių fosilijų pranašumas yra tas, kad jie yra labai gerai išsilaikę, sako Grotzingeris.
Grąžindamas uolienų pavyzdžius į MIT analizei, Grotzingeris buvo nustebintas tuo, ką pamatė. Kartu su dviem savo kolegomis – geochronologu Samu Bowringu ir geobiologu Rogeriu Summonsu – jis trimis matmenimis atkūrė, kaip vandenyno baseinas būtų atrodęs prieš Kambro periodą, geologinį laikotarpį, per kurį įvyko gyvybės sprogimas. Uolienose esančios fosilijos rodo, kad prieš Kambro periodą vandenyno rifuose buvo pirmieji gyvūnų prototipai su minkštais kriauklėmis. Cloudina , į kirmėlę panašus padaras ir Namacalathus , mažytis gyvūnėlis, panašus į vyno taurę. Tačiau prasidėjus Kambro periodui šie organizmai tiesiog išnyko.
Tyrinėdami anglies izotopus uolienose, Grotzingeris ir Bowringas nustatė, kad prieš pat Kambro periodo pradžią įvyko didelė aplinkos katastrofa: vandenynai staiga nustojo cirkuliuoti. Šis įvykis lėmė didžiulį šių ankstyvųjų gyvūnų išnykimą – galbūt dėl šiltnamio efektą sukeliančių dujų, tokių kaip anglies dioksidas ir metanas, antplūdžio, išleidžiamų iš vandenynų tuo metu, kai vandenynai vėl pradėjo cirkuliuoti. Grotzingeris teigia, kad ankstyvųjų gyvūnų išnykimas išlaisvino žaidimo lauką ir leido atsirasti naujai, įvairesnei ir geriau pritaikytai gyvūnų grupei.
Tai nebuvo rezultatas, kurį Grotzingeris manė rasiantis. Mūsų pradinė teorija buvo ta, kad visos įvairios Kambro faunos atsiradimą labiau lėmė kietų kriauklių išradimas, dėl kurio šie organizmai staiga buvo išsaugoti iškastiniuose šaltiniuose, sako jis. Neturėjau supratimo, kad sugalvosime išnykimo istoriją.
Dešimtojo dešimtmečio pradžioje Grotzingeris atrado prekambro fosilijas Cloudina ir Namacalathus Namibijoje. Tačiau prieškambro ir kambro ribos fosilijos yra prastai išsaugotos, o ankstyvųjų būtybių likimas liko mįslė. Grotzingeris spėjo, kad tai tik pereinamieji gyvūnai tarp pirmųjų gyvūnų prototipų ir įvairios Kambro faunos. Tačiau, remdamasis savo duomenimis iš Omano, jis mano, kad Kambro sprogimą paskatino ankstyvųjų gyvūnų išnykimas. Tai puiki istorija, bet priešingai nei tikėjausi, sako jis.
Grotzingerio atradimas iš tikrųjų yra rūkantis ginklas, sako Andrew Knollas, Harvardo universiteto evoliucijos biologas, prieš kelerius metus vienas iš pirmųjų, pasiūliusių išnykimo teoriją, paaiškinusią Kambro sprogimą. Ir nors Knollas ir daugelis kitų mokslininkų rado įrodymų apie didelį aplinkos pokytį ties prekambro ir kambro riba, nė vienam nepavyko šio įvykio tiesiogiai susieti su ankstyvųjų prototipų gyvūnų išnykimu. Nauji Omano duomenys pirmą kartą sujungia šiuos du įvykius ir sukuria išnykimo teoriją, sako Grotzingeris, visiškas „slam dunk“.
Nauji įrodymai taip pat atitinka kitų pagrindinių išnykimų modelius gyvūnų evoliucijos istorijoje. Pavyzdžiui, dinozaurai ir žinduoliai kartu egzistavo prieš 150 milijonų metų. Tačiau per visą tą laiką žinduoliai niekada neišlipo iš ekologinės dėžės, į kurią buvo įsprausti dinozaurai, sako Knoll. Vietoj to, jie liko kaip žiurkėnai, slankiojantys aplink medžius. Tačiau dabar pagrindinė teorija teigia, kad kai meteoras atsitrenkė į žemę prieš 65 milijonus metų ir sunaikino dinozaurus, žinduoliai išgyveno. Šioje naujoje, atviroje aplinkoje jie greitai vystėsi, išaugo ir užpildė tuščias ekologines nišas. Panašūs žinduolių variantai tikriausiai buvo sukurti per genetines mutacijas anksčiau, tačiau dinozaurų valdymo metu jie būtų pašalinti natūralios atrankos būdu. Po dinozaurų išnykimo didesni žinduoliai išgyveno.
Visada egzistuoja įtampa tarp genetikos ir aplinkos galimybių, sako Grotzingeris, neseniai išrinktas į Nacionalinę mokslų akademiją. Nors genai diktuoja, kaip atrodo organizmas, anot jo, fizinės jėgos formuoja rūšies evoliucijos eigą. Ir kai tos jėgos yra didelės, jos gali atverti duris visiškai naujoms gyvybės formoms.
Norėdami patikrinti Omano rezultatus, MIT tyrėjai dabar persikėlė į Kiniją, kur rado uolienų, datuojamų iki Prekambro ir Kambro ribos. Kinijoje yra daug tinkamo amžiaus uolienų, o jų išsaugojimas atrodo įspūdingas, sako Bowringas. Ateinančiais metais ketiname pateikti daug įdomių duomenų. Daugiau fosilijų ir senovės aplinkos parašų ir toliau atskleis, kaip tie intriguojantys padarai, klestėję Kambrijos vandenynuose prieš šimtus milijonų metų, atkeliavo į žemę.