Logo bio-infomedia.ro

Evoluția vieții: mai întâi au fost microbii, apoi viața s-a făcut mare

Canadia spinosa si polichetele
Stânga: conservat în Burgess Shale din Columbia Britanică, viermele Canadia spinosa a făcut parte din explozia biodiversității din Cambrian, care a dat naștere la majoritatea grupelor principale de animale de astăzi. Dreapta: asemănările izbitoare dintre polichetele moderne și rudele lor din Cambrian arată că stilul de viață nu s-a schimbat prea mult în 500 de milioane de ani. | Foto: DAVID LIITTSCHWAGER/ROYAL ONTARIO MUSEUM (stânga) și ELIZABETH MOORE INTERNATIONAL CENTER FOR CORAL REEF RESEARCH & RESTORATION (dreapta)

Cum a reușit viața să evolueze de la organisme minuscule la creaturi mari și complexe? Oamenii de știință caută indicii în fosilele vechi de 570 de milioane de ani.

Pe coasta sud-estică a Newfoundland-ului, în apropierea punctului celui mai estic al Americii de Nord, se află un promontoriu stâncos numit Mistaken Point. Locul și-a atras denumirea după epavele navelor care și-au găsit sfârșitul aici pe timp de ceață, atunci când căpitanii lor au greșit fatal. Astăzi, promontoriul reprezintă cu totul altceva: un set de indicii extraordinare, reinterpretate recent, pentru unul dintre cele mai adânci mistere ale vieții pe Pământ. După ce a susurat mai bine de trei miliarde de ani sub forma unor lucruri minuscule, predominant unicelulare, cum de a reușit viața să erupă sub forma creaturilor complexe - multicelulare, mari și uimitoare? Deși aceste noi forme de viață s-au răspândit la nivelul întregii planete, începând de acum cel puțin 570 de milioane de ani, cele mai vechi dovezi ale existenței lor au fost găsite într-un singur loc: Mistaken Point. Paleontologii merg aici de decenii. Dar ceea ce experții cred că văd acum este ceva radical și nou.

La Mistaken Point, autoritățile locale au stabilit o rezervație ecologică pentru a proteja straturile fosilifere. Aici cercetătorii au descoperit imprimată în piatră o creatură care, la prima vedere, semăna cu scheletul unui șarpe, cu șiruri de coaste și coloană vertebrală pietrificate, de cca. un metru lungime. Dar nu era nici urmă de os, doar țesut moale, mort și îngropat la fundul mării de foarte, foarte mult timp. Nu înota, nu se târa. Nu putea trăi ca organismele de astăzi. Aparținea unei perioade obscure, locuite de creaturi parcă din altă lume, despre care mulți dintre oameni nici nu știu că a existat - Ediacaran.

Fosilă din Ediacaran
EDIACARAN: primele organisme mari și complexe din punct de vedere biologic apar în fosilele de acum 570 de milioane de ani, chiar dinaintea exploziei din Cambrian, în timpul unei perioade misterioase denumite Ediacaran. Cunoscute doar după urmele lăsate de corpurile lor moi în noroiul sau cenușa în care au fost îngropate, organismele din Ediacaran, cum ar fi Fractofusus misrai, nu sunt înrudite cu animalele de astăzi. Corpul lui Fractofusus este compus din numeroase rămurele dispuse în plan, care în cresc suprafața corporală în mod dramatic și îi permit să absoarbă mai bine nutrienții direct din apa de mare. | Foto: DAVID LIITTSCHWAGER/ROYAL ONTARIO MUSEUM

Misterul acestor forme de viață începe în îndepărtatele Flinders Ranges din sudul Australiei, unde un tânăr geolog, Reginald Sprigg, trimis în 1946 să reanalizeze minele abandonate Ediacara, a observat câteva imprimări ciudate expuse în straturile de gresie. Ele i s-au părut că seamănă cu meduzele. Dar nu erau meduze. În plus, mai erau și altele, care nu semănau cu nicio forma de viața cunoscută, în viața sau extinctă.

Sprigg nu și-a dat seama că aceste fosile erau vechi de cca. 550 de milioane de ani, cu cel puțin 10 milioane de ani înaintea Cambrianului. Până atunci, oamenii de știință credeam că viața așa cum o cunoaștem noi astăzi își are originile în explozia biodiversității din perioada cambriană. Descoperirea lui Strigg s-a dovedit un prim semnal că perioada pe care o numim Ediacaran, nu Cambrianul care i-a urmat, este punctul de început al complexității biologice a vieții.

Apoi, în 1967, absolventul S.B. Misra a observat straturi de argilit bogate în fosile la Mistaken Point din Newfoundland. Unele dintre aceste fosile păreau să semene cu meduzele găsite în sudul Australiei, altele arătau ca frunzele, iar altele mu semănau cu nimic cunoscut. Alte straturi din apropiere conțineau și ele numeroase și variate fosile, conservate împreună sub forma unor comunități. Multe erau încă acoperite cu o crustă subțire de cenușă vulcanică. Cenușa, cu urmele sale de uraniu radioactiv și plumbul în care acesta se descompune, a permis datarea radiometrică precisă a straturilor de roci. Fosilele de la Mistaken Point, datând de acum 570 de milioane de ani, sunt cele mai vechi dovezi ale existenței pe Pământ a creaturilor mari și cu o biologie complexă.

În prezent există peste 50 de forme de viață cunoscute din Ediacaran, din aproape 40 de localități de pe fiecare continent, cu excepția Antarcticii. Așadar, ce a făcut ca, după miliarde de ani în care numai microbii au populat planeta, creaturile din Ediacaran să crească și să se răspândească pe tot globul? Și ce ne arată dimensiunile lor în ceea ce privește anatomia, modul lor de hrănire și modul lor de viață?

Girafă vs. Ciona savignyi
Încrengătura Chordata: Ar fi greu de găsit două animale așa de diferite precum girafa (stânga) și nevertebratul marin Ciona savignyi (dreapta). Cu toate acestea, ele au un strămoș comun în Cambrian. În timp ce girafa duce noțiunea de coloană vertebrală la extrem, nevertebratul prezintă un notocord central doar pentru o perioadă scurtă de timp, în stadiul său larvar. Cu ajutorul cozii sale musculare, larva înoată câteva zile până când își găsește o suprafața potrivită pentru a se atașa. Apoi își dizolvă și absoarbe propria coadă și se metamorfozează în adult fără coadă și imobil. | Foto: DAVID LIITTSCHWAGER/ROYAL ONTARIO MUSEUM

Înainte care formele de viață din Ediacaran să înflorească, evoluția a avut loc doar la scară microscopică, fiind ținută în șah de insuficiența oxigenului, element care alimentează metabolismul animalelor. Datorită bacteriilor marine care au produs oxigen prin fotosinteză, concentrațiile au crescut acum două miliarde de ani, dar au rămas relativ scăzute timp de încă un miliard de ani. Apoi, între 717 milioane și 635 de milioane de ani în urmă, au avut loc o serie de glaciațiuni, atât de răspândite și de severe încât aproape că au înghețat întreaga planetă. În această perioadă nivelul de oxigen a crescut din nou, din motive puțin înțelese.

Perioada de îngheț s-a încheiat după ce erupțiile vulcanice au aruncat dioxid de carbon în atmosferă, creând în efect de seră care a încălzit planeta și a dezghețat oceanele. O altă glaciațiune de acum 580 de milioane de ani în urmă, care nu a fost la nivel global, a dus la înghețarea Newfoundland-ului și a altor zone. Toate aceste schimbări preced apariția organismelor din Ediacaranul timpuriu în toate înregistrările fosile. Au fost ele cauza a ceea ce s-a întâmplat în continuare? Oare sfârșitul erelor glaciare, creșterea nivelurilor de oxigen disponibile și evoluția unor celule mai complexe au permis Ediacarnului să înflorească, așa cum o fac brândușele primăvara? Poate...

Fosile de artropode
Încrengătura Arthropoda: Judecând după numărul de specii și adudența lor, artropodele reprezintă încrengătura dominantă de pe planetă și principala diviziune a regnului animalelor. Definite prin caracteristici comune precum exoscheletul dur și corpul segmentat, artropodele includ peste un milion de specii, printre care creveții, lăcustele, cosașii, crabii etc. Alte câtva milioane se presupune că sunt necunoscute științei. Artropodele au fost cel mai divers grup de animale din Cambrian și Ordovician. Lespedea de calcar de mai sus, veche de 452 de milioane de ani, capturează o menajerie din Ordovician, incluzând diferite echinoderme și trilobiți, cum ar fi Ceraurus, o viețuitoare cu formă de țestoasă (în extremitatea stângă) | Foto: DAVID LIITTSCHWAGER/ROYAL ONTARIO MUSEUM

La fel de enigmatică este legătura lor cu viața de astăzi. Un paleontolog german eminent, Adolf Seilacher, le-a atribuit regnul lor separat, distinct de cel al animalelor, deoarece au o construcție biologică unică și matlasată, foarte diferită de cea a majorității animalelor pluricelulare. Aspectul matlasat se pare că oferă stabilitate structurală, care ar fi putut compensa pentru lipsa scheletului. Aspectul frunzos ajuta la maximizarea suprafeței, pentru o mai bună absorbție a nutrimentelor din apă.

Nutriția ar fi fost problematică pentru viețuitoarele din Ediacaran, deorece dovezile fosilifere nu arată existența gurii la aproape niciuna dintre ele. Nu aveau nici intestine și nici anus, dar nici cap, ochi sau coadă. În unele cazuri exista un punct sau disc de ancorare la unul din capete, care folosea la fixarea de fundul mării și permitea frunzei să adie în curentul de apă. Dar frunza nu era o plantă adevărată și nu se putea hrăni prin fotosinteză, deoarece speciile trăiau la sute de metri adâncime, acolo unde lumina nu putea ajunge.

Dacă nu puteau mânca și nu puteau face fotosinteză, totuși cum se hrăneau? Principala ipoteză este osmotrofia, un nume extravagant pentru un proces de bază: preluarea de nutrieți dizolvați prin osmoză sau absorbția prin membrana lor exterioară. Poate că a fost suficientă pentru lumea lor simplă, dar nu ar fi fost sustenabilă. Alți oameni de știință se concentrează asupra unui alt aspect fascinant al viețuitoarelor din Ediacaran: structura lor fină. La o simplă privire ele apar matlasate, dar la o inspecție mai atentă se observă că au o structură fractală. Aceasta înseamnă modele structurale care se repetă la scară progresiv mai mică. O frunză mai mare era compusă din frunze mai mici, care erau compuse din alte frunze și mai mici și așa mai departe. Forma de bază este reflectată la o scară de trei sau patru ori. Este posibil ca structura fractală să ajute la explicarea faptului că puteau atinge dimensiuni mari. Ea furnizare o oarecare rigiditate, maximiza suprafața de contact cu apa și reflecta structura genetică. În genomul lor putea fi codificat ceva de genul: construiește cu frunzuliță mică, apoi repetă operația de mai multe ori pentru a face o structură mai mare.

Deși viețuitoarele din Ediacaran au dominat ecosistemele din adâncurile mărilor timp de milioane de ani, ele toate au dispărut, fără a lăsă niciun urmaș. Până la începutul Cambrianului în urmă cu 541 de milioane de ani sau imediat după aceea, ele au dispărut aproape în totalitate din înregistrările fosile. De aceea unii oameni de știință au sugerat că speciile din Ediacaran reprezintă experimente eșuate la începuturile evoluției vieții pluricelulare.

Nectocaris pteryx
Încrengătura Mollusca: la fel ca artropodele, moluștele s-au dezvoltat în Cambrian, apoi s-au diversificat în numeroase forme, inclusiv salata de mare (dreapta). Nectocaris pteryx, fosila de 508 de milioane de ani conservată în Burgess Shale (stânga) are câteva trăsături comune cu calamarii, octopodele sau ale specii de cefalopode. Aceste trăsături includ tentaculele, ochii și pâlnia utilizată pentru propulsie. Moluștele primitive trăiau la fundul oceanului, însă Nectocaris trăia în masa apei. | Foto: DAVID LIITTSCHWAGER/ROYAL ONTARIO MUSEUM

De ce au dispărut subit formele de viață din Ediacaran? Extincția lor a fost absolută sau au avut urmași sub alte forme? Iar dacă dispariția lor nu a fost totală, ce a pus capăt existenței lor așa cum au trăit în Ediacaran, ducându-le în obscuritate?

Răspunsurile la aceste întrebări ar putea fi căutate în urmele fosile, acele fosile care înregistrează comportamentul unui organism (mișcare, mestecare, defecare), cu organismul propriu-zis. Orice fel de astfel de înregistrări ar ieși imediat în evidență în Ediacaran, deoarece organismele din această perioadă nu putea face aceste lucruri. Era un ecosistem foarte static și sesil.

Ediacaranul târziu a fost total diferit, după cum arată fosilele din roci namibiene. O diferență majoră este faptul că apar urme de îngropare. Experții încă nu au căzut de acord cu privire la momentul când au apărut creaturile care săpau tuneluri, dar aceste urme arată marile schimbări dintre Ediacaran și Cambrian. Creaturile vermiforme se agitau pe fundul mării de mult timp, însă acum ele au început să-și sape tuneluri în acesta. Acest fapt dovedește existența unor organisme cu musculatură complexă, care îi permitea să se deplaseze în trei direcții. Dacă se mișcau în acest fel, înseamnă că aveau un capăt frontal și unul terminal, iar la capătul frontal, probabil exista o gură, iar în gură, probabil erau dinți. Acestea erau unelte și capacități extraordinare pentru acea vreme. Viermii se târau la interior și ieșeau la exterior, perturbând straturile microbiene și, probabil, hrănindu-se chiar cu organismele din Ediacaran. Astfel a apărut lumea viermilor.

Apariția viermilor nu a fost singurul factor care a dus la dispariția ediacaranilor și a declanșat explozia vieții din Cambrian. Au mai fost modificări în chimia oceanelor, care au permis acumularea de părți dure (schelete calcaroase, dinți, cochilii), o creștere generalizată a mobilității (nu doar săparea de tuneluri) și o creștere a comportamentelor de prădător. Dar viermii au avut un rol crucial.

Guy Narbonne, de la Universitatea Queen din Ontario, susține importanța îngropării, dar duce lumea viermilor în mai înainte. Pe baza unur analize ale fosilelor de urme din Ediacaranul târziu și din Cambrianul timpuriu, Narbonne a constatat o diferență semnificativă în modul în care viermii își săpau tunelurile. La începutul Cambrianului, animalele care săpau au devenit mai sistematice în căutările lor după hrană și mai musculoase. Se deplasau pe distanțe mai mari și urmăreau resursele mai bine. Aceasta arată evoluția creierului. Explozia din Cambrian a apărut atunci când comportamentul a devenit codificat în genom.

Majoritatea experților sunt de acord de inteligența, chiar sub forma sa exprimată de un vierme primitiv, nu era ceva din arsenalul organismelor din Ediacaran. Genomul acestor creaturi coda repetiția fractală, dar nu și responsivitatea la circumstanțe sau eficiența. Totuși, este o greșeală să declarăm viețuitoarele din Ediacaran drept condamnate. Oamenii au făcut această eroare cu pasărea dodo, pe care au stigmatizat-o. Însă pasărea dodo adevărată, Raphus cucullatus, un animal mare, nezburător și consumator de fructe, a trăit în pace mii de ani, până ce au apărut Homo sapiens și alți prădători. dacă cineva dorește, cineva poate numi creaturile din Ediacaran drept experimente eșuate, însă ele au supraviețuit și s-au dezvoltat în mediul lor peste 30 de milioane de ani.

Source Articol publicat pe: www.nationalgeographic.com
Text: David Quammen
Foto: David Liittschwager/Royal Ontario Museum, Elizabeth Moore International Center for Coral Reef Research & Restoration