Logo bio-infomedia.ro

Specii străvechi și bizare rescriu evoluția animalelor

Fosile de Fractofusus
Organismele denumite Fractofusus acoperă fundul mării în urmă cu 560 milioane de ani, într-o reconsituire după fosilele descoperite în Newfoundland, Canada. | Foto: CHARLOTTE G. KENCHINGTON

Fosile ale unui animal cu intestine, corp segmentat și alte trăsături sofisticate dezvăluie o revoluție în lumea animală - înainte de explozia vieții din Cambrian.

Acest animal revoluționar a trăit și a murit în noroi. În ultimele sale clipe, s-a târât pe fundul oceanului, lăsând o urmă asemănătoare cu cea a unei anvelope de mașină și, în final s-a oprit. Apoi geologia a intrat în acțiune. În următoarea jumătate de miliard de ani, sedimentele s-au pietrificat, păstrând nealterată scena morții. Creatura fosilizată seamănă cu o funie zdrențuită de câțiva centimetri lățime. Însă ea a fost un pionier al lumii vii.

Acesta este cel mai vechi animal cunoscut care a arătat dovezi fără echivoc ale unor inovații existente simultan: abilitatea de deplasare pe fundul oceanului și corpul format din segmente. De asemenea, a fost printre cele mai vechi organisme care prezentau o parte anterioară și una posterioară bine definite și o parte stângă care era o oglindă a părții drepte. Aceste trăsături se regăsesc la animalele de astăzi, de la muște până la lei.

Paleontologul Shuhai Xiao se minunează de urmele lasăte de această creatură, Yilingia spiciformis, și de felul în care acestea i-au înregistrat mișcările. În biroul său aglomerat de la Virginia Tech din Blacksburg, cercetătorul arată o placă de rășină de culoare bej - o reproducere a fosilei găsite în regiunea Yangtze din China și care se află la un institut de cercetare chinez. Replica înregistrează un moment din viața de acum 550 milioane de ani. Xiao, al cărui echipă a descris formal specia Yilingia anul trecut, a analizat urmele lăsate de creatură imediat înainte de moartea sa. Doar se mișca acolo și a murit brusc, a afirmat acesta.

Yilingia spiciformis
O fosilă din sudul Chinei evidențiează creatura în formă de vierme Yilingia spiciformis (în dreapta) și urma pe care aceasta a lăsat-o pe fundul mării. | Foto: SHUHAI XIAO/VIRGINIA TECH

Dar acesta nu este sfârșitul poveștii acestei creaturi. Deși nu se știe cu exactitate cărui grup de animale i-a aparținut - grupul care include viermii de pământ este una dintre posibilități - Yilingia ne aduce noi detalii despre evoluția animalelor. Însă, cel mai important, Yilingia arată că anumite trăsături animale chintesențiale au apărut cu jumătate de miliard de ani în urmă, mai devreme decât arătau dovezile anterioare.

Yilingia nu este singura creatură din regiune care furnizează unele dintre cele mai vechi dovezi fosilifere ale unor trăsături importante ale animalelor. În anul 2018, Xiao și echipa sa au raportat urme găsite în Cheile Yangtze constând din două rânduri paralele de gropițe. Cercetătorii au sugerat că aceste urme au fost lăsate de un animal de acum 550 de milioane de ani, care era capabil să se îngroape și avea mai multe perechi de apendici - ceea ce l-ar face unul dintre cele mai vechi animale cu picioare cunoscute.

Fosilele descoperite în China provin dintr-o perioadă de dinainte de explozia vieții din Cambrian, când majoritatea grupelor de animale care populează astăzi planeta au apărut pentru prima dată în înregistrările fosile. De multă vreme, oamenii de știință au considerat granița dintre Camprian și Precambrian drept un punct de cotitură în evoluție - o tranziție de la o lume în care au înflorit organismele simple și stranii la o lume în care mările erau pline de creaturi complexe, care au reprezentat strămoșii pentru tot ceea ce a urmat.

Dar numărul tot mai mare de descoperiri arată că perioada de timp chiar de dinainte de Cambrian, cunoscută drept Ediacaran (cu 635-541 milioane de ani în urmă), a fost un punct pivotal în evoluția animalelor - perioadă din care provin cele mai vechi înregistrări fosile ale unor inovații anatomice, cum ar fi intestinele și picioarele și ale unor comportamente complexe, cum ar fi îngroparea.

Explozia vieții din Cambrian este doar a altă etapă a evoluției, a declarat paleobiologul Rachel Woods de la Universitatea din Endinburgh, Marea Britanie. Nu este un eveniment singular. Nu ar fi putut avea loc fără inovațiile din perioadele anterioare.

Vremuri tumultoase

Inovațiile din Ediacaran au venit pe fondul unor cataclisme planetare. În această perioadă, Pământul încă se recupera după un lung și înfiorător capitol, în care gheața acoperea cea mai mare parte a oceanelor. Un meteorit uriaș s-a izbit de Pământ, în zona Australiei de astăzi, și a ridicat cantități uriașe de praf în atmosferă pentru a produce schimbări catastrofale la nivel planetar. Însăși suprafața planetei a fost scindată: în timpul Ediacaranului, un supercontinent s-a rupt în bucăți și un altul a prins contur, pe măsură ce masele de pământ s-au izbit unele de altele. Pe continente nu creștea nicio plantă, iar în oceane nivelurile de oxigen oscilau semnificativ.

Oamenii de știință credeau că viața complexă nu a apărut decât după această perioadă tumultoasă. Pe vremea lui Charles Darwin, încă nu fuseseră descoperite fosile sub straturile de roci care să documenteze explozia vieții din Cambrian. Existența straturilor de rocă fără fosile l-a intrigat pe Darwin, care a sugerat că, dacă teoria sa asupra evoluției este corectă, atunci ar fi trebuit să existe viață și înainte de Cambrian.

"Dilema lui Darwin" a rămas nerezolvată timp de un secol. În anii 1930 și 1940, cercetătorii au găsit imprimări intrigante în roci din Australia și în alte părți, însă nu s-a stabilit cu certitudine dacă aceste roci sunt din Precambrian. Apoi, câțiva copii de școală englezi au produs marea descoperire în ceea ce privește Ediacaranul, în 1957. Jucându-se printr-o carieră locală, aceștia au observat amprente în formă de frunze pe roci vechi. Geologul Trevor Ford de la Universitatea din Leicester, Marea Britanie, a mers pe teren și a stabilit că aceste urme fuseseră lăsate de un organism viu. Articolul lui Ford despre aceste fosile a furnizat dovezi definitive că specii mari și complexe au trăit în Precambrian. Geologul chiar a sugerat că fosila provenea de la o frunză de algă.

Aproape cu siguranță nu era așa. Sugestia lui Ford este printre primele din lista lungă a ideilor greșite despre identitatea organismelor din Ediacaran. Pe măsură ce aceste organisme erau descoperite, oamenii de știință au încercat să le încadreze din punct de vedere taxonomic. Unele dintre fosile erau structuri în formă de turn cu înălțimea de un metru; altele semănau nu niște saltele de aer dezumflate. Ele au fost denumite licheni și alge, fungi și colonii de bacterii.

În cele din urmă, o teorie îndrăzneață a ieșit în evidență dintre celelalte. În anii 1980 și 1990, paleontologul Adolf Seilacher de la Universitatea Tübingen din Germania a sugerat că multe dintre formele de viață din Ediacaran nu erau animale, ci aparțineau unui grup bizar singular, pe care l-a denumit Vendobionta. Aceste organisme au fost un experiment al evoluției care a eșuat atunci când prădători mai feroce au apărut în scenă, a declarat Seilacher. Ideile sale nu au fost bine primite, însă au făcut ca oamenii de știință să-și reconsidere unele ipoteze. La acea vreme a părut o idee strălucitoare, a declarat geobiologul Simon Darroch de la Universitatea Vanderbilt din Nashville, Tennessee, Statele Unite ale Americii. Înainte de aceasta, toată lumea a presupus că sunt meduze, ceea ce a fost chiar și mai greșit.

Acum, majoritatea oamenilor de știință au început să cadă de acord că creaturile din Ediacaran erau, mai degrabă, ca un sac cu forme de viață disparate, decât un grup bine individualizat, așa cum propusese Seilacher.

Este nedrept să le numim un experiment eșuat, a declarat Frances Dunn de la Universitatea Oxford, Marea Britanie. Ele sunt strămoșii multor alte viețuitoare.

Mulți oameni de știință - deși nu chiar toți - acceptă ideea că o parte dintre viețuitoarele din Ediacaran erau, probabil, animale, inclusiv unele care nu semănau cu niciun animal de astăzi.

Această idee se potrivește cu dovezile genetice că animalele (sau metazoarele) au apărut în urmă cu mai mult de 600 de milioane de ani, cu mult înainte de Ediacaran. Nu există fosile concludente care să ilustreze apariția animalelor, dar primele metazoare erau, probabil, mici, moi și simple, inclusiv strămoșii viețuitoarelor moderne, cum ar fi spongierii și coralii. În cele din urmă, animalele și-au dezvoltat simetria stânga-dreapta, intestinele, gura și anusul. Însă nu este ușor de stabilit care fosile sunt de animale și care nu sunt.

Informații din fosile

Deși fosilele din Ediacaran au intrigat cercetătorii timp de decenii, noile metode de cercetare au scos la iveală informații anterior nedetectabile. Un exemplu năucitor sunt organismele din genul Dickinsonia. Rotunte și aplatizate, acestea seamănă cu niște covorașe de baie segmentate de câțiva milimetri grosime, deși puteam ajunge la 1,5 m în lungime. Structura lor stranie a dus la teoria că erau protiste - un grup divers de organisme predominant unicelulare, care include protozoarele și unele alge - sau licheni, deși mulți cercetători suspectau că erau animale.

În încercarea de a pune capăt disputei, geobiologul Ilya Bobrovskiy de la Instititul de Tehnologie din California și colegii săi au abordat problema din punct de vedere biochimic. Bobrovskiy a utilizat pensete pentru a colecta pelicule subțiri de materie organică - resturi din specimenele de Dickinsonia care au trăit în urmă cu peste 550 de milioane de ani. Analiza moleculelor de grăsime din aceste biofilme a arătat că acestea erau produși de degradare ai colesterolului, care se găsește în membranele celulare ale animalelor. Dickinsonia era un animal, într-adevăr, a declarat Bobrovskiy.

Dickinsonia
Dovezile arată că Dickinsonia, un animal iconic din perioada Ediacaran, era un animal. | Foto: ZEYTUN TRAVEL/ALAMY

Dickinsonia era un animal simplu, fără a arăta dovezi că ar fi avut gură sau intestine. Însă anul acesta, oamenii de știință au evidențiat ceea ce ar putea fi cel mai vechi animal care le avea pe amândouă. Denumit Ikaria wariootia, acest animal a trăit cam în aceeași perioadă cu specimenele de Dickinsonia studiate de Bobrovskiy, poate chiar mai devreme.

Această descoperire a rezolvat o veche dilemă din Ediacaran: cine a făcut găurile înguste și răsucite găsite în sedimentele din Ediacaran. Acestea sunt atât de mici - doar de 1,5-2 mm lățime - încât trebuie să fi fost create de organisme eluziv de mici. Nu am crezut niciodată că le-am putea vedea, a declarat paleontologul Mary Droser, de la Universitatea din California, Riverside. Apoi a pus mâna pe un scaner 3D cu laser.

Droser și colegii săi au folosit un scaner pentru a evidenția sute de pete mici lângă găurile răsucite. Reconstrucția acestor imagini 3D a arătat că micile pete erau, de fapt, organisme. Ele erau mai mici decât un grăunte de orez, dar aveau o simetrie stânga-dreapta, un capăt anterior și unul posterior, iar trăsăturile găurilor sugerau că aceste creaturi își puteau controla direcția de deplasare. Analize anterioare au arătat că undele dintre aceste găuri duceau în corpurile îngropate ale altor organisme, sugerând că Ikaria era un gunoier - cel mai vechi cunoscut. Echipa lui Droser a sugerat că, pentru a susține comportamentul de gunoier al creaturii, aceasta probabil că avea gură, anus și intestine.

Mai multe dovezi ale faptului că viețuitoarele din Ediacaran aveau intestine provin de la organismele tubiforme denumite cloudinide, care au apărut acum 550 de milioane de ani. Folosind imagistica de înaltă rezoluție cu raze X pentru a studia cloudinidele, oamenii de știință au descoperit o structură cilindrică lungă, despre care cred că este cel mai vechi intestin fosilizat. Echipa a găsit această trăsătură la un cloudinid din genul Saarina. Forma intestinului și alte trăsături arată că Saarina ar putea fi un anelid străvechi - un grup de animale care include viermii de pământ de astăzi.

Animale diferite

Noile moduri de abordare au scos la iveală dovezi că chiar și cele mai stranii organisme din Ediacaran erau animale. Un astfel de exemplu sunt creaturile "frunzoase", care erau formate dintr-o colecție de rămurele în miniatură ce amintesc de frunzele de ferigă. Unele organisme frunzoase semănau cu salata, în timp ce Charnia masoni arăta ca o frunză de palmier înfiptă în nisipul mării. Charnia și alte organisme înrudite cu aceasta aveau o organizare pseudo-fractală: fronda era formată din mai multe ramuri, care, la rândul lor, erau alcătuite din sub-ramuri și așa mai departe.

Dunn și colegii săi au împrumutat unelte de la biologia dezvoltării pentru a studia aceste ciudățenii. Cercetătorii au remarcat că frondele organismului Charnia aveau, invariabil, același contur: mai late la bază și mai ascuțite la vârf, fără rămuri scurte la mijloc. Acesta uniformitate, un produs al modului de creștere al organismelor, nu este regăsită la alge și plante. În ciuda aspectului lor ca din altă lume, aceste organisme sunt mai înrudite cu animalele decât cu orice altceva.

Cercetătorii care au studiat Ediacaranul au mai descoperit și alte ciudățenii frunzoase după ce au început să folosească metodele de cercetare ecologică moderne. O astfel de metodă este analiza spațială, care implică cartografierea ultra-precisă a unui grup larg de organisme ce au fost conservate în mediul lor de viață - informații care sunt rareori disponibile în paleontologie. Însă oamenii de știință au la dispoziție exact acest fel de date în Newfoundland, Canada, unde există mii de amprente frunzoase. Printre acestea există exemplare care datează de acum 571 de milioane de ani în urmă, fiind cele mai vechi organisme cunoscute care sunt suficient de mari pentru a putea fi observate fără mărire.

Printre cei mai abundenți rezidenți ai Newfoundland-ului din acea perioadă se numără cei care aparțin genului Fractofusus, ai cărui reprezentanți arătau ca niște movile de frunze în formă de farfurie răsturnată. La fel ca vărul său Charnia, Fractofusus ar fi putut fi un animal fără un analog modern. Analiza spațială a arătat că multe specimene mari de Fractofusus sunt înconjurate de grupuri de specimene mai mici.

Dickinsonia
Rocile din Newfoundland, Canada, conservă unele dintre cele mai vechi specii din Ediacaran, inclusiv unele care se asemănau cu frunzele de ferigă. | Foto: ALICE J. MICHEL (CC BY-SA 4.0)

Într-un articol publicat anul acesta, oamenii de știință au descris filamente fosilizate lungi și subțiri, unele chiar de patru metri lungime, existente între organismele frunzoase din Newfoundland. Aceste filamente ar fi putut avea rol în reproducere, dar și în transportul nutrimentelor sau în comunicare. Poate că aceste organisme acționau mai mult în interesul comun decât în interesul individual, a declarat paleontologul Alex Liu de la Universitatea din Cambridge, coautor al articolului.

Înainte de Big Bang

Pe măsură ce dovezile privind inovațiile din Ediacaran se tot acumulează, un grup de cercetători folosesc aceste descoperiri pentru a pune la îndoială o piatră de hotar din istoria evoluției: explozia vieții din Cambrian. În trecut, cercetătorii numeau acest eveniment Big Bang-ul evoluției - un episod singular, fără preludiu, care a schimbat totul brusc. Însă alți cercetători consideră că organismele din Ediacaran sunt fondatorii acestei revoluții. Explozia de noi specii din Cambrian nu a apărut din nimic, a declarat Wood. Trebuie să fi provenit din ceva din Ediacaran.

Un punct de vedere general acceptat este acela că multe organisme din Ediacaran au dispărut la granița dintre Ediacaran și Cambrian, în urmă cu 540 milioane de ani. Însă în timp ce excava într-un sit îndepărtat din Siberia, Wood și echipa sa au găsit fosile de tipul celor din Cambrian în roci de vârsta Ediacaranului.

Wood și co-autorii au folosit aceste informații într-un articol publicat în anul 2019, în care au mai remarcat faptul că animalele din Ediacaran capabile să se îngroape în sedimente au supraviețuit până în Cambrian. Abilitatea de îngropare a constituit o piatră de hotar pentru acea perioadă, ducând la formarea unor noi nișe ecologice. Dar organismele din Ediacaran au fost cele care au făcut primul pas, afirmă autorii. Explozia vieții din Cambrian a fost doar o etapă din evoluția diversității animalelor.

Toate aceste informații spun o nouă poveste despre evoluția animalelor - însă nu este sigur dacă aceasta va prinde. Unii paleontologi afirmă cu argumentul folosit de Wood reduce prea mult importanța exploziei vieții din Cambrian - care a marcat apariția unui număr vast de viețuitoare ce pot fi integrate în grupele de animale moderne. Xiao este de acord că unele animale din Ediacaran au supraviețuit până în Cambrian, însă imaginea de ansamblu este că o dispariție în masă a avut loc la granița dintre cele două perioade.

Cu toate acestea, în ciuda tuturor acestor dispute, unii cercetători consideră că răspunsurile sunt imediat după colț. Cercetători ulterioare în privința biomarkerilor ar putea stabili cu certitudine dacă organismele din Ediacaran erau, cu adevărat, animale. Ultimele tehnici de investigare, cum ar fi analiza spațială, sunt, de asemenea, foarte promițătoare. Prin intermediul acestora s-ar putea stabili, în sfârșit, ce se întâmpla în oceanele din Ediacaran.

Source Articol publicat pe: www.nature.com
Text: Traci Watson
Foto: www.nature.com