Czym było życie na Ziemi miliony lat temu?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Gwałtowny wzrost liczby gatunków biologicznych, zwany „eksplozją kambryjską”, otworzył fanerozoik – eon „wyraźnego życia”. Jednak „sekretne” życie w poprzedniej epoce było również bardzo zróżnicowane, dając początek m.in. gigantycznym formom. Odkrycie tajemnic tej niezwykle starożytnej fauny było możliwe dzięki odkryciom dokonanym w Rosji.

Pierwsze ślady makroskopowych stworzeń wielokomórkowych o miękkim ciele, które można ostrożnie przypisać prekambrowi, znaleziono w latach 60. XIX wieku w regionie Nowej Fundlandii. W XX wieku dokonano znaczących znalezisk w Namibii i Australii. Na terenie naszego kraju w rdzeniu wydobytym ze studni (Ukraina, Krym, Ural) znaleziono odrębne skamieniałości.

Były to drobne odciski, które przypominały albo krążki, albo ciastka, których nawet nie rozpoznano od razu jako odciski żywych istot: niektórzy uważali, że mówimy o śladach procesów geologicznych. Kłopot polegał na tym, że początkowo nie było możliwe wiarygodne określenie wieku skały, a niektórzy badacze przypisywali znaleziska kambrowi, syluru lub ordowiku.

Pewność pojawiła się dopiero w 1957 roku, kiedy odciski istoty zwanej charnia znalezione w Wielkiej Brytanii zostały jednoznacznie datowane na epokę prekambryjską.

Ciekawy jest nie tylko sam fakt odkrycia szczątków dużej grupy zwierząt prekambryjskich, ale również fakt, że ich wygląd i budowa okazały się niezwykle niezwykłe, jakby mówiły o życiu pozaziemskim. Ale to życie, zwane wendyjskim lub ediakarskim, biota, stało się pierwszym masowym pojawieniem się w zapisie kopalnym organizmów wielokomórkowych, zamieszkujących ocean ponad 600 milionów lat temu.

Historia najobszerniejszego i najbardziej wyjątkowego miejsca występowania śladów fauny Wandów rozpoczęła się w 1972 roku, kiedy student-stażysta AV Stiepanow znalazł kilka śladów organizmów na Półwyspie Onega u ujścia rzeki Syuzma (obwód Archangielski) i dostarczył znalezisko do Instytut Geologiczny ANSSSR.

Pracownik instytutu, profesor B. M. Keller, zbadał odciski i zauważył ich podobieństwo do odcisków fauny prekambryjskiej z Namibii. Wkrótce ekspedycja została wysłana do wybrzeży Morza Białego, przez krzaki Syuzma. W miejscu znalezisk dokonanych przez studenta nie udało się nic znaleźć, jednak około pięciu kilometrów w górę rzeki ekspedycja napotkała wychodnię na stromym brzegu.

Nowe odciski znaleziono na wystających blokach piaskowca. W następnym roku przy stromej 15-metrowej „ścianie” odkrywców zastąpiono nową ekspedycję, w skład której wchodził N. M. Chumakov i autor tych linii.

Leżąc i raczkując

Wszystko, co wiemy o faunie Wandów, dotarło do nas w postaci cienkich płaskorzeźb na powierzchni piaskowca. Istnieją zarówno negatywne, jak i pozytywne reprezentacje tych istot.

Wend był królestwem symetrii trzech wiązek. Klasycznym przykładem takiego stworzenia jest Tribrachidium (zdjęcie poniżej). Wobec braku naturalnych wrogów (przedstawiciele fauny wendyjskiej nie zjadali się nawzajem), tribrachidium leżało spokojnie na dnie i aby nie przeoczyć mikrocząsteczek składników odżywczych przynoszonych przez prąd z różnych stron, uzyskało trzy otwory gębowe. Następnie, przez trzy odgałęzienia jelita, do organizmu dostało się pożywienie.

Inny typ zwierząt w Vendian składał się z organizmów o dwustronnej budowie, jednak w przeciwieństwie do późniejszych zwierząt, takich jak trylobity, prawa i lewa część ciał stworzeń Vendian nie miały idealnej symetrii.

Charakteryzowała je tzw. symetria odbicia zaciekającego, gdy przeciwstawne „promienie” są ustawione naprzeciw siebie w układzie „szachownicy”. Dolne zdjęcie przedstawia odcisk zwierzęcia Dickinsonia. W niektórych organizmach tego typu, na przykład w Andiva, wyraźnie widoczna jest cefalizacja - izolacja regionu głowy, prawdopodobnie z wrażliwymi komórkami.

Chroniony lodem i kredą

Klif na brzegu rzeki stał się dla nas oknem w niewyobrażalnie odległą przeszłość. Przyjeżdżałem tam kilka lat z rzędu i co roku dawałem nam nowe znaleziska. Wiosną topniejący lód oderwał od wybrzeża nowe płyty piaskowe z odciskami epoki Vendian. Wszystko to było po raz pierwszy w Rosji - w takiej ilości, w takiej złożoności i w takiej różnorodności.

Wydawało się, że po niesamowitym sukcesie naukowym trudno było oczekiwać czegoś więcej. Mimo to postanowiliśmy się rozejrzeć: Morze Białe jest duże - nagle na jego brzegach pojawią się nowe, obiecujące miejsca. Wybór padł na Góry Zimowe, położone około 200 km morskiego szlaku od Syuzmy. Tutaj wychodnie nie były kawałkiem skarpy o wysokości 10-15 m, ale wystającymi na powierzchnię osadami warstw gliny i piaskowca o pozornej miąższości około 120 m. Zeszli w głąb ziemi na kolejne 700 m.

Epoka, w której żyjemy, charakteryzuje się niezwykle niskim poziomem oceanu: duża ilość wody jest związana czapami polarnymi. W cieplejszych i dłuższych czasach wody było tak dużo, że między obecnymi morzami Czarnym i Białym nie było lądu.

Pozdrowienia od przodków

Jedna z najbardziej obiecujących hipotez dotyczy wendyjskiego zwierzęcia zwanego Ausia fenestrata - tylko 2 odciski pochodziły od niego z brzegów Morza Białego (dwa kolejne podobne odciski znaleziono w Namibii).

Fenestrata oznacza „fenestrowany” i rzeczywiście, zgodnie z odciskami, wygląd tego zwierzęcia został pierwotnie przywrócony jako rodzaj torby, której powierzchnia jest usiana dużymi otworami. Wyglądał jak gąbka, ale rozmiar dziur nie był zgodny z tą hipotezą. Później pojawiła się kolejna myśl: co by było, gdyby odcisk nie zachował pełnego wyglądu zwierzęcia, a jedynie jego część? Worek z „okienkami” do złudzenia przypominał kosz skrzelowy strunowców przypominających ascydy, należących do typu tunicata (osłonicy).

W Tunicatach kosz znajduje się w środku, pokryty powłoką przypominającą tunikę, składającą się z substancji podobnej do celulozy. Ascydy są spokrewnione z lancetnikami - prymitywnymi zwierzętami strunowymi, które znajdują się u podstawy drzewa wszystkich kręgowców, w tym oczywiście ludzi.

A zatem, jeśli hipoteza dotycząca pokrewieństwa Ausia fenestrata z osłonicami jest poprawna, oznacza to, że w osadach w wieku 550 lat przeszukaliśmy po omacku gałąź ewolucyjną, prowadzącą od fauny Wendy do człowieka.

A 25 000 lat temu równina rosyjska była pokryta lodem aż do szerokości geograficznej Kijowa - była to ogromna masa, która nieustannie zamarzała z góry. A skorupa ziemska zaczęła się uginać pod ciężarem lodu. Kiedy lód odszedł, rozpoczął się odwrotny proces: jakby „wiosna”, skorupa zaczęła wybrzuszać się w górę, unosząc dno starożytnych oceanów ku niebu.

Zimowe góry, do których przybyliśmy, wciąż rosną w górę, podnosząc coraz wyższe warstwy gliny i piasku, które kiedyś nagromadziły się na dnie. I tu ciekawostka: miejscami prawie kilometrowe warstwy tych osadów przebijają rury kimberlitowe – otwory wentylacyjne, którymi magma wydostawała się na powierzchnię.

Te otwory wentylacyjne są wypełnione częściowo przetopioną, częściowo zmienioną materią starożytną. A w nim, co dziwne, znajdują się bloki wapienia, którego nie ma w tej dzielnicy. A w blokach skamieniałości z fauną kambryjską i ordowiku. Skąd to wszystko się bierze?

Odpowiedź okazała się prosta: nad warstwami gliniasto-piaskowymi przez miliony lat gromadziły się inne osady z późniejszych oceanów, ale wszystkie te osady były następnie wyjadane, zachowując poszczególne fragmenty dna wapiennego w rurach kimberlitowych. Tam spadły grudki wapienia, które zostały wyrzucone przez wybuch wulkanu. Po zniszczeniu osadów dennych mórz kambryjskich i ordowickich natura odsłoniła nam osady prekambryjskiego oceanu.

Co więcej, ze względu na fakt, że złoża te przez miliony lat były przykryte innymi skałami, starożytne warstwy, w których występują naprzemiennie gliny i piaskowce, są bardzo świeże: gliny nie straciły elastyczności, nie ma śladów silnych deformacji, a co za tym idzie Góry Zimowe okazały się wyjątkową lokalizacją z cienkimi i wyraźnymi odciskami fauny Wandyjczyków.

Ascidia i jej „koszyk”

Złom jako narzędzie wiedzy

Kiedy rozpoczęliśmy badania bioty wendyjskiej (nawiasem mówiąc, termin „Wendyjczyk” został zaproponowany w 1952 roku przez akademika BS Sokołowa), mieliśmy tylko kilka próbek odcisków tych tajemniczych zwierząt. Dziś dzięki wyprawom w Góry Zimowe, które nie zatrzymały się nawet w latach 90. XX wieku, w Rosji zebrano kolekcję około 10 000 próbek, a pierwszeństwo w ich opisie należy do rosyjskich paleontologów.

Jest to zbiór o światowym znaczeniu, w skład którego wchodzą w szczególności okazy tych zwierząt, których odciski znaleziono także w Nowej Fundlandii, Uralu, Australii i Namibii.

Jak działa wyszukiwanie odcisków palców? Na wysokości klifu wystaje płyta z piaskowca. Nie jest jasne, czy coś na nim jest, czy nie. Aby się o tym przekonać, trzeba usunąć kilka ton osadu łomami i łopatami oraz uwolnić część powierzchni płyty. Następnie płyta jest rozłupywana i kawałek po kawałku jest opuszczana.

Ciężkie bloki z piaskowca trzeba przeciągać z tyłu. Poniżej, na brzegu, ponumerowano i zestawiono fragmenty płyty. Potem go odwracają. Ewentualne odciski znajdują się po tej stronie płyty, która była skierowana w dół. Ale nadal nie można ich zobaczyć, ponieważ piaskowiec jest pokryty gliną.

Teraz trzeba bardzo dokładnie zmyć glinkę pędzlem i wodą i znaleźć pożądane odciski. Znaleziska należy fotografować w promieniach zachodzącego słońca, aby relief wyglądał lepiej w słabym świetle. Już z tej krótkiej historii jasno wynika, że pobieranie próbek to fizycznie ciężka praca. Jednak trudne warunki ekspedycji rekompensują szalone podniecenie odkrywców, którzy mieli okazję zajrzeć w tajemniczą kartę historii życia na Ziemi.

W świecie nieoczywistości

Paleontolodzy zajmujący się fauną fanerozoiczną często mają do czynienia z prawdziwymi skamieniałościami - muszlami, muszlami, zębami, kośćmi, skamieniałymi jajami. Fauna Wandów narodziła się przed erą aktywnej biomineralizacji tkwiącej w kambrze.

Większość tych dziwnych stworzeń nie miała szkieletów, twardych skorup ani twardych skorup. Ich ciała były miękkie, często podobne do meduz, a niewiele gatunków szczyciło się cienką jak papier tarczą grzbietową lub rurkowatą chitynową pochwą.

Dlatego wszystko, czym zajmują się wendyjscy specjaliści od fauny, to płaskorzeźby na zacementowanym piasku, który niegdyś otaczał galaretowate ciało, które zniknęło niemal bez śladu. Stąd niesamowita trudność w interpretacji tych utworów. Oto tylko kilka przykładów.

Jednym z charakterystycznych rodzajów nadruków są tzw. tarcze radialno-zębowe. Początkowo interpretowano je jako ślady organizmów przypominających meduzy, które otrzymały odpowiednie nazwy, takie jak „cyclomedusa”. Założono, że te meduzy nie pływają swobodnie, ale stale siadają na dnie (jak niektóre współczesne gatunki).

Interpretacja ta panowała, aż w pobliżu dysków zaczęły znajdować odciski jakichś stworzeń podobnych do pióra, po czym narysowano zupełnie inny obraz: "cyclomedusa" to tylko ślady po tzw. dyskach przywiązań. Organizm rozwijał się w następujący sposób: larwa opadła na dno, wyrosła jej podstawa, którą stopniowo zasypywał piasek.

A już od podstawy wyrosła łodyga z bocznymi gałęziami, za pomocą których karmiono zwierzę. Kiedy stworzenie umarło, odcisk dysku pozostawał częściej niż odcisk łodygi, chociaż ten ostatni mógł osiągnąć rozmiary cyklopów dla prymitywnej fauny - do 3 m wysokości przy średnicy dysku około 1 m.

Innym podręcznikowym przykładem jest Dickinsonia. Odciski pozostawione przez to stworzenie przypominają liście roślin żyłkowatych. Więc może to jest roślina? A może grzyb? Albo coś innego? Jeśli to jest zwierzę, to gdzie jest jego pysk, a gdzie odbyt? Autor tych wierszy bronił hipotezy, że mówimy o przedstawicielu fauny, ale przez około dwie dekady musiałem opierać się nieporozumieniom ze strony wielu kolegów.

Jeden z moich głównych argumentów sprowadzał się do tego, że odcisk, który bierzemy za ślad całego zwierzęcia, w rzeczywistości tworzy jedynie cienka, papierowata powłoka, przez którą „prześwitują” elementy wewnętrznej struktury.”. Jednocześnie istnieje kilka odcisków, z których wyraźnie widać, że coś w rodzaju aureoli, podobne do odcisku tkanki miękkiej, wystaje poza strefę prążkowaną.

Jednak dopiero po znalezieniu i zbadaniu śladów pełzania tych stworzeń można było ostatecznie udowodnić, że Dickinsonia należy do zwierząt. Ślady poruszającego się brzucha są bardziej zamazane. Jeśli na końcu ścieżki zginął Dickinsonia, ślad po muszli jest zupełnie inny – jasny. Jest to więc zwierzę: poruszało się samodzielnie, najwyraźniej wchłaniając pokarm z dna w postaci bakterii powierzchnią swojego odwłoka.

Dziwactwa fraktalne i symetrii

Jednym z pierwszych okazów wendyjskiej fauny opisanych przez krajowych naukowców była Vendia. Odcisk został znaleziony w rdzeniu ze studni w regionie Archangielska. Zwierzę miało obustronną, dwustronną budowę ciała z wyraźną segmentacją, co pozwalało nawet nazwać to stworzenie „nagim trylobitem” (prawdziwe trylobity pojawiły się, jak wiadomo, w kambrze).

Ale nawet wtedy B. M. Keller zauważył, że lewa i prawa część segmentów nie są naprzeciw siebie, ale jakby w szachownicę. Zjawisko to, które nazwałem „symetrią odbicia pasa”, okazało się bardzo powszechne wśród zwierząt wendyjskich, co jest kolejną zagadką, ponieważ w kambrze nie obserwuje się niczego podobnego.

Najwyraźniej taka dziwna symetria dwustronnych stworzeń wiąże się z pewnymi osobliwościami wzrostu i rozwoju organizmu - być może istniał tak zwany wzrost spiralny, charakterystyczny na przykład dla roślin i polegający na naprzemiennym podziale jednej lub drugiej grupy komórek.

U rankomorfów - organizmów pierzastych typu cyclomedusa (o których była mowa powyżej) - obserwuje się nie tylko symetrię odbicia spojrzenia, ale także fraktalność struktury. Rurki wychodzą z głównej łodygi, która następnie rozgałęzia się w ten sam sposób, a nowe gałęzie ponownie się rozgałęziają.

Charnia jest jedną z od dawna znanych form fauny Wendy. Należy do tak zwanych organizmów pióropodobnych i najprawdopodobniej jest zwierzęciem prowadzącym przywiązany tryb życia. Czarnia, podobnie jak inne podobne formy, przypominała swoim wyglądem krzewy paproci wyrastające z dna morskiego.

Rozgałęzienia naczyń wystające z głównej łodygi miały strukturę fraktalną, co jest jedną z charakterystycznych cech fauny Wendy. W Vendian były też stworzenia rurkowate, podobnie „trzymające się” na dnie.

Oprócz obustronnych stworzeń o szybującej symetrii odbicia, w Vendian odnotowuje się ciekawe organizmy o trójwiązkowej symetrii, co jest również nietypowe dla kolejnych epok. Należą do nich np. tribrachidium, którego odcisk przypomina wpisaną w okrąg swastykę z trzema promieniami (najprawdopodobniej są to ślady kanałów przewodu pokarmowego prowadzących do trzech otworów gębowych).

Obejmuje to również ventogiruses - są to jajowate stworzenia ze złożonym systemem wewnętrznych jam opartych na trzech komorach.

Zimno dla gigantów

Im więcej danych na temat różnorodności fauny Wandów dostarcza nam zapis kopalny, tym ostrzejsze jest pytanie o miejsce bioty Wandów na drzewie ewolucyjnym. Kim byli przodkowie tego niesamowitego życia wodnego i czy można znaleźć jego potomków wśród zwierząt kolejnych epok?

Oczywiście organizmy wendyjskie nie były pierwszymi zwierzętami wielokomórkowymi. W National Glacial Park w Montanie (USA) i Australii znaleziono łańcuchy odcisków wielokomórkowych stworzeń, które żyły 1600-1200 milionów lat temu. Uważa się, że odciski, które wyglądają jak naszyjnik z małych koralików, pochodzą od kolonialnego zwierzęcia morskiego typu polipa hydroidalnego.

To życie jest o miliard lat starsze od Wendyjczyków, ale … nie znaleziono jeszcze żadnych innych przedwendyjskich śladów organizmów wielokomórkowych, zwłaszcza jakichkolwiek form przodków. To skłania do myślenia, że być może pojawienie się wielokomórkowości u zwierząt nie było jednorazowym skokiem ewolucyjnym, ale pewnego rodzaju strategią. Na przykład, nawet dzisiaj istnieją wiciowce, które albo żyją jako oddzielne organizmy jednokomórkowe, albo gromadzą się w koloniach, które działają jak jeden organizm. Jeśli gąbka wciera się w poszczególne komórki na sicie, komórki mogą się ponownie połączyć.

Przeprowadzano nawet eksperymenty, podczas których przy zmianie parametrów środowiska (temperatura, zasolenie) komórki zarodka organizmu wielokomórkowego rozpadały się, stając się jednokomórkowe. Jest więc możliwe, że nie ma ciągłej linii organizmów wielokomórkowych od „koralików” od Montany do fauny Wandów, ale generacje form jednokomórkowych mogą leżeć między nimi.

Wendyjski gigantyzm prawdopodobnie znajduje swoje wytłumaczenie w szczególnych warunkach naturalnych tego środowiska i tamtej epoki. Faktem jest, że najbogatsze stanowiska tej fauny znajdują się tam, gdzie na dnie nie nagromadziły się węglany. I to jest właściwość basenów zimnej wody - to w nich główne osady to muły, glina i piasek.

Zimna woda zawiera więcej tlenu, stale się miesza, wydobywając z dna organiczne składniki odżywcze. Zwierzęta wendyjskie nie zjadały się nawzajem – pobierały mikrocząsteczki z wody lub z dna, co zapewniało im długie życie i zdolność do rozwijania się w duże formy.

Jednak najprawdopodobniej to ocieplenie na planecie i zmniejszenie liczby zimnych mórz spowodowało wyginięcie fauny Wandów. W kambrze widzimy zupełnie inne życie – w szczególności przystosowane do życia w wodzie o mniejszej zawartości tlenu. Ale proces biomineralizacji rozpoczął się aktywnie, a zwierzęta zaczęły nabywać mocne szkielety, muszle i muszle.

Na pytanie, czy wśród zwierząt kambryjskich istnieją dziś potomkowie fauny Wendy, należy odpowiedzieć pozytywnie, choć pozostaje ono przedmiotem gorących dyskusji naukowych. W szczególności znajdujemy tych potomków wśród mięczaków, stawonogów, koelenteratów. Istnieje wiele wymarłych klas zwierząt, które żyły w kambrze, ale mają korzenie w Vend.