9 O Último Big Bang O nacionalismo e a emergência do monolinguismo são brevemente descritos em Nationalism in Europe (1789-1945. - Cambridge University Press, 1998) de Timothy Baycroft. O desaparecimento das línguas mundiais é discutido no livro de David Nettle e Suzanne Romaine

5.2. Explosão Biológica e Falta de Substância

A origem dos artrópodes - "artropodização" (períodos vendiano e cambriano) Na "era pré-molecular" os cientistas tinham três disciplinas científicas à sua disposição, com a ajuda das quais foi possível reconstruir a história evolutiva dos organismos: 1. comparação anatomia, 2.

Explosão cognitiva A hipótese da inteligência maquiavélica surgiu no final da década de 1980 e vem ganhando terreno desde então. Em 2006, Sergey Gavrilets e Aaron Vause da Universidade do Tennessee em Knoxville desenvolveram um modelo matemático que demonstra claramente

10. Explosão cultural Depois que o aumento do tamanho do cérebro abriu as possibilidades para o Homo sapiens conquistar o mundo, a onda humana saiu da África e, geração após geração, varreu o Velho Mundo, varrendo tudo em seu caminho . Cultura, a princípio imperceptível, depois aqui, depois

Surgiram na fronteira do Cambriano quase de repente, não sendo descendentes de uma fauna pré-existente.

No entanto, outros estudos, ambos da década de 1970 e posteriores, observaram que animais complexos semelhantes às espécies modernas surgiram muito antes do início do Cambriano. De qualquer forma, inúmeras evidências a favor da existência de vida muito antes do Cambriano retiraram da agenda a questão da “explosão cambriana”, como fenômeno do súbito surgimento da vida.

A questão das causas e mecanismos do próximo aumento na complexidade e diversidade de formas de vida na fronteira do Cambriano, que não são descendentes da biota desaparecida de Hainan e Vendian, permanece em aberto. Até o momento, os problemas da "explosão cambriana" estão focados em duas questões principais:

• se realmente houve um aumento "explosivo" na diversidade e complexidade dos organismos no início do Cambriano, e
• qual poderia ser a razão para uma evolução tão rápida.

Fontes de informação

Construir uma cronologia precisa dos eventos na fronteira entre o pré-cambriano e o início do cambriano apresenta uma dificuldade significativa. Por isso, a descrição da sequência e inter-relação de certos fenômenos no âmbito da discussão da explosão cambriana deve ser considerada com alguma cautela.

Além dos problemas de datação, o estudo de eventos na fronteira cambriana é dificultado pela própria falta de material paleontológico. Infelizmente, quanto mais distante de nós o período em estudo, menos acessíveis são seus fósseis para estudo. Entre outras coisas, as razões para isso são:

Restos de organismos vivos

Juntamente com os fósseis, os depósitos cambrianos contêm Número alto depósitos que têm marcas preservadas partes moles corpos de vários organismos. Tais gravuras nos permitem estudar detalhadamente animais que não são preservados como fósseis, bem como a estrutura interna e o funcionamento de organismos que geralmente são representados apenas por conchas, espinhos, garras, etc.

No Cambriano, os depósitos mais importantes são: Cambriano Inferior

Cambriano Médio

e depósito do Cambriano Superior

• Orsten (Suécia).

Embora todos esses depósitos tenham preservado de forma excelente os detalhes anatômicos dos organismos, eles estão longe de ser perfeitos. A maior parte da fauna cambriana, talvez, não esteja representada neles, pois os depósitos foram formados em condições específicas (deslizamentos de terra ou cinzas vulcânicas, que preservaram muito rapidamente as partes moles dos corpos). Além disso, os depósitos conhecidos cobrem apenas um período limitado do Cambriano e não afetam momento crucial imediatamente antes de começar. Como os sepultamentos bem preservados são geralmente raros e os depósitos fósseis extremamente raros, é altamente improvável que eles representem todos os tipos de organismos que existiram.

Pegadas fossilizadas deixadas por organismos vivos

As pegadas fossilizadas consistem principalmente em caminhos e tocas deixadas em solo oceânico. Tais rastros são extremamente importantes porque fornecem ao pesquisador dados sobre organismos cujos corpos não foram preservados em fósseis. Muitas vezes, só eles permitem estudar organismos pertencentes a um período do qual não foram preservados os restos de animais capazes de deixar tais vestígios. Embora uma correlação exata de vestígios com os organismos que os deixaram seja geralmente impossível, os rastros podem fornecer as primeiras evidências da existência de animais relativamente complexos (como minhocas, por exemplo).

Observações geoquímicas

Nas rochas geológicas pertencentes ao limite inferior do Cambriano e seu início, observam-se fortes flutuações na composição isotópica de três elementos - estrôncio (87 Sr/ 86 Sr), enxofre (34 S/ 32 S) e carbono (13 C/ 12C).

• extinção em massa. As extinções em massa de organismos devem aumentar diretamente a proporção do isótopo 12 C nos sedimentos e, assim, reduzir a proporção 13 C / 12 C.
• Liberação de metano. No permafrost e na plataforma continental, as moléculas de metano produzidas por bactérias ficam presas em uma "gaiola" de moléculas de água, formando uma mistura chamada clatrato de metano. Sendo produzido por organismos vivos, este metano é enriquecido com o isótopo 12 C. À medida que a temperatura aumenta ou a pressão atmosférica diminui, os clatratos se decompõem. Esse decaimento libera metano armazenado enriquecido em carbono-12 na atmosfera. Na atmosfera, o metano é convertido em dióxido de carbono e água, e o dióxido de carbono reage com minerais para formar rochas carbonáceas com excesso de carbono-12. Como resultado, a composição isotópica dos depósitos geológicos se desloca para 12 C.

Anatomia comparativa

A cladística é um método de construção de uma "árvore evolutiva" de organismos, na maioria das vezes comparando sua estrutura anatômica. Com a ajuda de tal análise, tanto os organismos modernos quanto os fósseis podem ser comparados entre si para estabelecer o curso de sua evolução. Em vários casos, pode-se concluir que o grupo A deve ter aparecido antes dos grupos B e C, pois são mais parecidos entre si do que com A. Por si só (sem correlação com os dados das escavações paleontológicas), esse método não diz nada sobre o momento em que ocorreram as mudanças, mas é capaz de restaurar a sequência do desenvolvimento evolutivo dos organismos.

Filogenética molecular

Evidência paleontológica

Nesta seção, a principal evidência é ordenada pela época de formação dos depósitos em que foi encontrada, pois a datação é uma questão central no estudo da explosão cambriana. Ao mesmo tempo, deve-se ter em mente a ambiguidade da cronologia dos fósseis pertencentes a esse período.

A revisão dos achados começa muito antes do Cambriano e termina no início do Ordoviciano, pois há uma opinião de que a formação dos principais tipos de fauna moderna começou antes e terminou depois do Cambriano.

Dados filogenéticos moleculares (1,2 - 0,5 Ga)

Ainda há um debate em andamento sobre a interpretação cronológica dos dados filogenéticos moleculares:

De qualquer forma, os dados da filogenética molecular sugerem que a formação dos principais tipos de animais foi um processo muito longo, muito além dos 10 milhões de anos (cerca de 543-533 milhões de anos atrás) da "explosão cambriana".

Traços pré-cambrianos de metazoários

Há evidências paleontológicas indiretas e diretas de que os organismos multicelulares surgiram muito antes do início do Cambriano.

Declínio de tapetes bacterianos (1,25 Ga)

Estromatólito pré-cambriano

estromatólitos modernos. Austrália Ocidental.

Os estromatólitos formam uma parte importante do registro fóssil de cerca de 3 bilhões de anos atrás. Seu apogeu caiu em um período de 1,25 bilhão de anos atrás, após o qual eles começaram a declinar (tanto em número total quanto em diversidade). No início do Cambriano, essa redução já era de cerca de 20%.

A explicação mais comum para o declínio é a suposição de que os microrganismos que compõem os tapetes bacterianos foram predados por outros organismos vivos (o que deve indicar a existência de predadores bastante complexos já cerca de 1 bilhão de anos atrás). Esta suposição é confirmada pelas anticorrelações observadas entre a diversidade e abundância de estromatólitos - por um lado, e a riqueza fauna marinha- com outro. Assim, o declínio repetido de estromatólitos ocorreu no final do Ordoviciano - imediatamente após outro "surto" da diversidade e abundância da fauna marinha. Durante as extinções do Ordoviciano-Siluriano e do Permiano-Triássico, a recuperação de estromatólitos foi novamente observada - com declínios subsequentes à medida que a fauna marinha se recuperava.

O desenvolvimento de meios de proteção entre os akritarchs. Predação precoce (1 Ga)

Acritarcas são fósseis fossilizados de natureza indeterminada, geralmente as conchas de cistos de algas unicelulares e multicelulares. Pela primeira vez eles são encontrados em depósitos que datam de 2 bilhões de anos atrás.

Há cerca de 1 bilhão de anos houve um aumento acentuado em seu número, diversidade, tamanho, complexidade anatômica e, principalmente, no número e tipos de espinhos. O número de arquitarcos diminuiu acentuadamente durante a glaciação global, mas posteriormente se recuperou com a obtenção da diversidade máxima já no Paleozóico.

Suas formas excepcionalmente pontiagudas, que datam de 1 bilhão de anos atrás, podem indicar a existência de predadores já naquela época, grandes o suficiente para esmagá-los ou engoli-los inteiros. Outros grupos de pequenos organismos neoproterozóicos também possuem alguma forma de defesa contra predadores.

Traços deixados por organismos multicelulares (1 bilhão de anos)

Na Índia, sedimentos datados de 1 bilhão de anos atrás contêm fósseis que podem ser vestígios de organismos que se movem através de rochas moles. Os vestígios encontrados foram aparentemente deixados diretamente sob uma camada de tapetes de cianobactérias que cobriam o fundo do mar. Os pesquisadores concluíram que as pegadas devem sua aparência ao peristaltismo de organismos multicelulares de três camadas de até 5 mm de tamanho - ou seja, animais cujo diâmetro era comparável ao das minhocas, e possivelmente tinham um celoma. Outros pesquisadores acreditam que esses e outros achados com mais de 600 milhões de anos foram deixados não por organismos vivos, mas por processos físicos.

Embriões multicelulares de Doushanto (632-550 Ma)

No entanto, a descoberta em 2007 de embriões cercados por uma concha complexa (em rochas com 580-550 milhões de anos) indica que os fósseis em Doushanto nada mais são do que ovos em repouso de invertebrados multicelulares. Além disso, ficou claro que alguns dos acritarcas encontrados nas rochas anteriores de Doushanto (632 Ma) na verdade representam conchas de tais embriões.

Outro fóssil de Doushantuo - Vernanimalcula(de 0,1 a 0,2 mm de diâmetro, idade de cerca de 580 milhões de anos) - é considerado por vários cientistas como os restos de um organismo bilateral de três camadas que tinha um todo, ou seja, um animal tão complexo quanto minhocas ou moluscos. Apesar das dúvidas sobre natureza orgânica esses fósseis, já que todos os 10 espécimes encontrados Vernanimalcula são do mesmo tamanho e configuração, é improvável que tal uniformidade seja resultado de processos inorgânicos.

Os depósitos mais recentes de Doushantuo também mostram uma queda acentuada na razão isotópica de carbono 13C/12C. Embora essa mudança seja global, não coincide no tempo com outras Eventos importantes como extinções em massa. Possível explicação consiste em uma "reação em cadeia" da evolução interconectada de organismos e mudanças na composição química da água do mar. Organismos multicelulares, absorvendo ativamente o carbono da água, poderiam contribuir para o aumento da concentração de oxigênio dissolvido na água do mar, por sua vez, propiciando o surgimento de novos organismos multicelulares (como Namapoikia).

Fauna ediacara (610-543 Ma)

raminho

Fósseis multicelulares do período Ediacarano foram descobertos pela primeira vez nas Colinas Ediacaranas na Austrália, e depois em depósitos de outras regiões: Floresta de Charnwood (Inglaterra) e Península de Avalon (Canadá). Esses fósseis têm 610-543 milhões de anos (o período Ediacarano precede o Cambriano). A maioria deles media vários centímetros e era significativamente maior que seus antecessores. Muitos desses organismos não têm análogos com nenhuma das espécies que viveram antes ou depois do período ediacarano. Tem sido sugerido que os representantes mais “estranhos” da fauna ediacara devem ser atribuídos a um reino separado - os “Vendozoa” (Vendozoa). É entre eles que está incluído o charnia - o mais antigo dos achados do período ediacarano (idade - 580 milhões de anos).

No entanto, alguns organismos ediacaranos podem vir a ser os precursores da fauna posterior:

Furos em pias Cloudina. Seleção no sistema "predador-presa"

Em alguns lugares até 20% dos fósseis Cloudina contêm buracos com um diâmetro de 15 a 400 mícrons deixados por predadores. Algum Cloudina foram danificados várias vezes, o que indica sua capacidade de sobreviver a ataques (os predadores não atacam novamente conchas vazias). muito parecido com Cloudina fósseis Sinotubulitos encontrados nos mesmos enterros não contêm buracos. Tal seletividade pode indicar a existência já no período Ediacarano de seleção evolutiva de classes de tamanho, bem como especialização de presas em resposta à predação, que é considerada uma das causas da explosão cambriana.

Aumento da diversidade de vestígios deixados por organismos (565-543 Ma)

Os primeiros fósseis ediacaranos, datados de 610-600 milhões de anos atrás, continham apenas vestígios deixados por cnidários. Cerca de 565 milhões de anos atrás, aparecem traços mais complexos. Para deixá-los, os organismos precisavam de uma bolsa muscular da pele, e sua estrutura geral deveria ser mais complexa do que a dos cnidários ou vermes chatos.

Pouco antes do início do Cambriano (cerca de 543 Ma), muitos novos rastros aparecem, incluindo tocas verticais. Diplocratério e Skolithos), bem como vestígios de possíveis artrópodes ( Cruziana e Rusophycus). As tocas verticais são evidências de que animais semelhantes a vermes adquiriram novos comportamentos e possivelmente novas habilidades físicas. Traços Cruziana e Rusophycus falar sobre a existência de um exoesqueleto nos predecessores imediatos dos artrópodes, embora talvez não tão rígido quanto mais tarde.

Fósseis cambrianos

Fauna de conchas (543-533 Ma)

Fósseis conhecidos como "pequena fauna de conchas" (eng. pequenos fósseis de conchas) foram encontrados em diferentes partes do mundo e datam do final do Vendian (Fase Nemaki-Daldynian) e os primeiros 10 Ma desde o início do Cambriano (Fase Tommotian). Estes incluem uma coleção de fósseis muito diversificada: agulhas, escleritos (placas de armadura), tubos, arqueócias (um grupo de esponjas ou animais próximos a eles), além de pequenas conchas, que lembram muito braquiópodes e moluscos semelhantes a caracóis, embora muito pequeno (1-2 mm de comprimento).

Trilobitas e equinodermos do início do Cambriano (530 Ma)

Fauna Sirius Passet (527 Ma)

O fóssil mais comum do enterro de Sirius Passet na Groenlândia são os artrópodes. Há também uma série de organismos com partes do corpo sólidas (mineralizadas): trilobitas, quiólitos, esponjas, braquiópodes. Equinodermos e moluscos estão completamente ausentes.

Os organismos mais bizarros de Sirius Passet foram Pamdelurion e Kerygmachela. Seus corpos longos e macios, com um par de "barbatanas" largas na maioria dos segmentos e um par de apêndices segmentados nas costas, os tornam semelhantes aos anomalocarídeos. Ao mesmo tempo, as partes externas da superfície superior das "barbatanas" tinham superfícies onduladas, que podem ser brânquias. Sob cada "barbatana" há uma perna curta desossada. Essa estrutura permite associá-los a artrópodes.

Fauna de Chengjiang (525-520 Ma)

Haikouichthys - reconstrução

Anomalocaris - reconstrução

Hallucigenia - reconstrução

Esta fauna foi descrita em vários sítios fósseis no condado de Chengjiang (cidade de Yuxi, província de Yunnan, China). O mais importante é Xisto Maotianshan- um enterro em que fósseis de animais de corpo mole estão muito bem representados. A fauna de Chengjiang pertence ao período de 525-520 milhões de anos atrás - no meio do início do Cambriano, vários milhões de anos depois Sirius Passet e pelo menos 10 Ma antecede o Burgess Shale.

As partes do corpo dos cordados mais antigos (o tipo ao qual todos os vertebrados pertencem) foram encontradas nos fósseis:

Representantes de grupos próximos aos artrópodes foram encontrados nos mesmos depósitos:

Esses organismos provavelmente pertencem ao grupo Lobopódios, a qual dos grupos modernos os Onychophora pertencem.

Cerca de metade dos fósseis de Chengjiang são artrópodes, alguns dos quais tinham exoesqueletos duros e mineralizados, como a maioria dos artrópodes marinhos posteriores. Apenas 3% dos organismos tinham conchas duras (principalmente trilobitas). Representantes de muitos outros tipos de animais também foram encontrados aqui:

• Priapulids (vermes marinhos escavadores - predadores de emboscada);
• Mandíbula eriçada (invertebrados marinhos que fazem parte do plâncton);
• Ctenóforos (intestinais, aparentemente semelhantes a medusas);
• Equinodermos (estrelas do mar, pepinos do mar, etc.),
• Chiolites (animais misteriosos que tinham pequenas conchas cônicas),

Crustáceos do início do Cambriano (520 Ma)

Burgess Shale (515 Ma)

Artigo principal: Xisto Burgess

Marrella

Pikaia - reconstrução

O Burgess Shale é o primeiro grande cemitério conhecido do período Cambriano, descoberto por Wolcott em 1909. A reanálise de fósseis por Whittington e seus colegas na década de 1970 formou a base do livro de Gould " Vida incrível”, que abriu a explosão cambriana ao público em geral.

Entre as ardósias fósseis de Burgess, os artrópodes são os mais comuns, mas muitos deles são incomuns e difíceis de classificar:

Opabinia - reconstrução

Wiwaxia - reconstrução

Além disso, amostras de organismos exóticos são apresentadas no enterro:

Surgimento de novos ecossistemas e tipos após o Cambriano

Devido a uma grande extinção no limite Cambriano-Ordoviciano, ecossistemas marinhos típicos do Paleozóico foram formados apenas durante a recuperação subsequente da fauna marinha. Os primeiros fósseis relacionados aos briozoários também são descobertos pela primeira vez no período Ordoviciano - bem após a "explosão cambriana".

conclusões

O longo processo de surgimento de multicelulares

Na época de Darwin, tudo o que se sabia sobre fósseis sugeria que os principais tipos de metazoários surgiram e se formaram em apenas alguns milhões de anos - do início ao meio do Cambriano. Até a década de 1980, essas ideias ainda eram válidas.

No entanto, descobertas recentes sugerem que pelo menos alguns organismos bilaterais de três camadas existiam antes do início do Cambriano: Kimberela podem ser considerados moluscos primitivos, e arranhões nas rochas próximas a esses fósseis sugerem um método de alimentação semelhante ao dos moluscos (555 milhões de anos atrás). Se assumirmos que Vernanimalcula tinha um celoma bilateral de três camadas, isso atrasa o surgimento de animais complexos por outros 25-50 milhões de anos atrás. Detecção de furos no casco Cloudina também sugere a presença de predadores avançados no final do período Ediacarano. Além disso, alguns vestígios em fósseis que datam de meados do período Ediacarano (cerca de 565 milhões de anos atrás) podem ser deixados por animais mais complexos do que os platelmintos e que possuem um saco cutâneo-muscular.

Muito antes disso, o longo declínio dos estromatólitos (começando há cerca de 1,25 bilhão de anos) fala do aparecimento precoce de animais difíceis o suficiente para "mordiscar". O aumento da abundância e diversidade de espinhos em acritarcas, ao mesmo tempo, leva à conclusão de que mesmo assim havia predadores grandes o suficiente para que tal proteção fosse necessária. No outro extremo da escala temporal relativa à Explosão Cambriana, deve-se notar a ausência de alguns dos principais tipos da fauna atual até o final do Cambriano, e ecossistemas típicos do Paleozóico - até o Ordoviciano.

Assim, hoje é refutado o ponto de vista, segundo o qual os animais do nível "moderno" de complexidade (comparável aos invertebrados vivos) surgiram em apenas alguns milhões de anos do início do Cambriano. No entanto, a grande maioria dos filos modernos apareceu pela primeira vez no Cambriano (com exceção de moluscos, equinodermos e artrópodes, possivelmente surgindo no período Ediacarano). Além disso, um aumento explosivo na diversidade taxonômica também foi observado no início do Cambriano.

"Explosão" da diversidade taxonômica no início do Cambriano

"Diversidade taxonômica" significa o número de organismos que diferem significativamente em sua estrutura. Ao mesmo tempo, "diversidade morfológica" significa o número total de espécies e não diz nada sobre o número de "desenhos" básicos (muitas variações de um pequeno número de tipos básicos de estrutura anatômica são possíveis). Não há dúvida de que a diversidade taxonômica aumentou dramaticamente no início do Cambriano e permaneceu nesse nível durante todo o período - podemos encontrar animais de aparência moderna (como crustáceos, equinodermos e peixes) quase ao mesmo tempo, e com frequência - e em sepultamentos comuns com organismos como Anomalocaris e Halkiéria, que são considerados "tios" ou "tios-avós" das espécies modernas.

Uma análise mais detalhada revela outra surpresa - alguns animais de aparência moderna, como crustáceos, trilobitas e equinodermos do início do Cambriano, estão em depósitos anteriores a alguns "tios" ou "tios-avós" de grupos vivos que não deixaram descendentes diretos. Isso pode ser o resultado de quebras e variações na formação de depósitos fósseis, ou pode significar que os ancestrais dos organismos modernos evoluíram em épocas diferentes e possivelmente em taxas diferentes.

Possíveis causas da "explosão"

Apesar do fato de que animais de três camadas bastante complexos existiam antes (e possivelmente muito antes) do Cambriano, o desenvolvimento evolutivo no início do Cambriano parece ser extremamente rápido. Muitas tentativas foram feitas para explicar as razões para este desenvolvimento "explosivo".

Mudanças ambientais

Aumentando a concentração de oxigênio

A atmosfera primitiva da Terra não continha oxigênio livre. O oxigênio que os animais modernos respiram - tanto no ar quanto dissolvido na água - é produto de bilhões de anos de fotossíntese, principalmente de microrganismos (como as cianobactérias). Cerca de 2,5 bilhões de anos atrás, a concentração de oxigênio na atmosfera aumentou dramaticamente. Até então, todo o oxigênio produzido pelos microrganismos era totalmente gasto na oxidação de elementos com alta afinidade pelo oxigênio, como o ferro. Até que estivessem completamente presos em terra e nas camadas superiores do oceano, apenas "oásis de oxigênio" locais existiam na atmosfera.

A falta de oxigênio pode impedir o desenvolvimento de grandes organismos complexos por um longo tempo. O problema é que a quantidade de oxigênio que um animal pode meio Ambiente, é limitado pela área de superfície (pulmões e brânquias nos animais mais complexos; pele - nos mais simples). A quantidade de oxigênio necessária para a vida é determinada pela massa e volume do organismo, que, à medida que o tamanho aumenta, cresce mais rápido que a área. Um aumento na concentração de oxigênio no ar e na água pode enfraquecer ou eliminar completamente essa limitação.

Deve-se notar que uma quantidade suficiente de oxigênio para a existência de grandes fornecedores já estava presente no período Ediacarano. No entanto, um aumento adicional na concentração de oxigênio (entre os períodos Ediacarano e Cambriano) poderia fornecer aos organismos energia extra para a produção de substâncias (como o colágeno) necessárias para o desenvolvimento de estruturas corporais fundamentalmente mais complexas, incluindo aquelas usadas para predação e defesa contra ela.

Terra bola de neve

Há evidências abundantes de que no final do Neoproterozóico (incluindo o início do período Ediacarano) a Terra foi submetida a uma glaciação global durante a qual a maior parte dela estava coberta de gelo, e a temperatura da superfície estava próxima do congelamento mesmo no equador. Alguns pesquisadores apontam que essa circunstância pode estar intimamente relacionada à explosão cambriana, uma vez que os fósseis mais antigos conhecidos datam de um período logo após o fim da última glaciação completa.

No entanto, é bastante difícil indicar uma relação causal de tais catástrofes com o crescimento subsequente no tamanho e complexidade dos organismos. Pode ser, Baixas temperaturas aumentou a concentração de oxigênio no oceano - sua solubilidade na água do mar quase dobra quando a temperatura cai de 30 ° C para 0 ° C.

Flutuações na composição isotópica do carbono

Nos depósitos na fronteira dos períodos Ediacarano e Cambriano, há um declínio muito acentuado, seguido por flutuações extraordinariamente fortes na proporção de isótopos de carbono 13C/12C ao longo do Cambriano Inferior.

Muitos cientistas assumiram que a queda original se deve à extinção em massa pouco antes do início do Cambriano. . Também pode-se supor que a própria extinção foi uma consequência do decaimento anterior de clatratos de metano. É amplamente conhecido que a emissão de metano e a consequente saturação da atmosfera com dióxido de carbono provoca um efeito estufa global, acompanhado de diversos desastres ambientais. Um quadro semelhante (uma queda acentuada na proporção 13 C/ 12 C seguida de flutuações) foi observada no Triássico, quando a vida estava se recuperando da extinção em massa do Permiano.

No entanto, é bastante difícil explicar como uma extinção em massa poderia causar um aumento acentuado na diversidade taxonômica e morfológica. Embora as extinções em massa, como o Permiano e o Cretáceo-Paleogeno, tenham levado a um aumento subsequente no número de certos tipos de insignificantes a “dominantes”, porém, em ambos os casos, nichos ecológicos foram substituídos, ainda que por outros organismos igualmente complexos. Ao mesmo tempo, nenhum crescimento abrupto da diversidade taxonômica ou morfológica foi observado no novo ecossistema.

Vários pesquisadores assumiram que cada diminuição de curto prazo na proporção de 13 C/ 12 C no início do Cambriano representa uma liberação de metano, que, devido à pequena efeito estufa e um aumento na temperatura, levou a um aumento na diversidade morfológica. Mas mesmo essa hipótese não explica o aumento acentuado da diversidade taxonômica no início do Cambriano.

Explicações baseadas no desenvolvimento de organismos

Várias teorias são baseadas na ideia de que mudanças relativamente pequenas na forma como os animais se desenvolvem de embriões para adultos podem levar a mudanças dramáticas na forma do corpo.

Surgimento do sistema de desenvolvimento bilateral

Genes Hox vários grupos os animais são tão semelhantes que, por exemplo, você pode transplantar o gene humano de "formação do olho" em um embrião de Drosophila, o que levará à formação de um olho - mas será um olho de Drosophila, graças à ativação do correspondente " genes de trabalho". Isso mostra que a presença de um conjunto semelhante de genes Hox não significa de forma alguma semelhança anatômica de organismos (uma vez que os mesmos genes Hox podem controlar a formação de estruturas tão diferentes como olhos humanos e de insetos). Portanto, o surgimento de tal sistema poderia levar a um aumento acentuado na diversidade - tanto morfológica quanto taxonômica.

Uma vez que os mesmos genes Hox controlam a diferenciação de todos os organismos bilaterais conhecidos, as linhas evolutivas destes últimos devem ter divergido antes que qualquer órgão especializado pudesse se formar. Assim, o "último ancestral comum" de todos os organismos bilaterais deve ter sido pequeno, anatomicamente simples e provavelmente suscetível a decomposição completa não preservados em fósseis. Esta circunstância torna sua descoberta extremamente improvável. No entanto, vários venodobiontes (por exemplo, kimberella, spriggin ou Arkarua), pode ter tido uma estrutura corporal bilateral (de acordo com vários cientistas, não é assim - a simetria dos venodobiontes não é bilateral, mas deslizante, o que os distingue fundamentalmente da maioria dos outros organismos). Assim, tal sistema de desenvolvimento poderia ter surgido pelo menos várias dezenas de milhões de anos antes da explosão cambriana. Nesse caso, algumas razões adicionais são necessárias para explicá-lo.

O desenvolvimento da reprodução sexuada

Organismos que não usam a reprodução sexual mudam muito pouco. Na maioria dos organismos que se reproduzem sexualmente, a prole recebe aproximadamente 50% de seus genes de cada pai. Isso significa que mesmo um pequeno aumento na complexidade do genoma pode dar origem a muitas variações na estrutura e na forma do corpo. Grande parte da complexidade biológica provavelmente surge da ação de regras simples em um grande número de células funcionando como autômatos celulares (um exemplo de tal efeito é o jogo Conway of Life, onde formas complexas e comportamento complexo são demonstrados por células agindo apenas sobre regras simples). O possível aparecimento de reprodução sexuada ou seu desenvolvimento significativo durante a explosão cambriana para criaturas muito primitivas e semelhantes pode significar que havia a possibilidade de seu cruzamento interespecífico e mais distante. Isso aumentou drasticamente a variabilidade. Somente com o desenvolvimento do genoma aparecem espécies verdadeiramente isoladas que não se cruzam com outras. Um exemplo de criaturas modernas desse tipo são os corais.

trilha de desenvolvimento

Alguns cientistas sugerem que, à medida que os organismos se tornam mais complexos, as mudanças evolutivas estrutura geral corpo sobrepôs mudanças secundárias na direção de uma melhor especialização de suas partes existentes. Isso reduz a probabilidade de novas classes de organismos passarem pela seleção natural - devido à competição com ancestrais "melhorados". Como resultado, à medida que a estrutura geral (no nível da classe taxonômica) é formada, uma “trilha de desenvolvimento” é formada e a estrutura espacial do corpo é “congelada”. Assim, a formação de novas classes ocorre "mais facilmente" nos estágios iniciais da evolução dos clados principais, e sua evolução posterior ocorre em níveis taxonômicos mais baixos. Posteriormente, o autor dessa ideia apontou que tal "congelamento" não é a principal explicação para a explosão cambriana.

Os fósseis que poderiam apoiar essa ideia são ambíguos. Observou-se que as variações em organismos da mesma classe são muitas vezes maiores nos primeiros estágios de desenvolvimento do clado. Por exemplo, alguns trilobites cambrianos variaram muito no número de segmentos torácicos e, posteriormente, essa diversidade diminuiu significativamente. No entanto, as amostras das trilobitas do Siluriano apresentaram a mesma alta variabilidade na estrutura que as do início do Cambriano. Os pesquisadores levantaram a hipótese de que declínio geral a diversidade está associada a limitações ecológicas ou funcionais. Por exemplo, seria de esperar menos variação no número de segmentos depois que as trilobites (semelhantes aos piolhos modernos) desenvolveram uma estrutura corporal convexa, que é uma maneira eficaz de protegê-la.

Explicações ambientais

Tais explicações focam na interação entre Vários tipos organismos. Algumas dessas hipóteses tratam de mudanças nas cadeias alimentares; outros consideram uma corrida armamentista entre predadores e presas que pode ter causado a evolução de partes rígidas do corpo no início do Cambriano; várias outras hipóteses se concentram em mecanismos mais gerais de coevolução (o exemplo mais famoso é a coevolução de plantas com flores com insetos polinizadores).

"Corrida armamentista" entre predadores e presas

Por definição, a predação pressupõe a morte da presa, o que a torna o fator mais forte e acelerador da seleção natural. A pressão sobre as presas para se adaptarem melhor deve ser mais forte do que sobre os predadores - porque, ao contrário das presas, elas têm a chance de fazer tente novamente(Essa assimetria é conhecida como o princípio "vida versus almoço" - o predador só corre o risco de perder seu almoço, enquanto a presa arrisca sua vida).

No entanto, há evidências (por exemplo, fósseis de acritarcas espinhosas, bem como buracos feitos na concha de claudinídeos) de que a predação estava presente muito antes do início do Cambriano. Portanto, é improvável que ele próprio tenha causado a explosão cambriana, embora tenha tido uma forte influência nas formas anatômicas dos organismos que surgiram durante isso.

Aparecimento de fitófagos

Stanley (1973) sugeriu que o aparecimento de protozoários (eucariotos unicelulares) há 700 milhões de anos, "mordiscando" tapetes microbianos, expandiu grandemente as cadeias alimentares e deveria ter levado a um aumento na diversidade de organismos. No entanto, hoje sabe-se que a "roer" surgiu há mais de 1 bilhão de anos, e a extinção dos estromatólitos começou há cerca de 1,25 bilhão de anos - muito antes da "explosão".

Crescimento em tamanho e diversidade de plâncton

Observações geoquímicas mostram claramente que a massa total de plâncton se tornou comparável à atual já no início do Proterozóico. No entanto, até o Cambriano, o plâncton não contribuiu significativamente para a nutrição dos organismos do fundo do mar, pois seus corpos eram pequenos demais para afundar rapidamente no fundo do mar. O plâncton microscópico foi comido por outro plâncton ou destruído por processos químicos nas camadas superiores do mar muito antes de penetrar nas camadas profundas, onde poderia se tornar alimento para nekton e bentos (organismos nadadores e habitantes do fundo do mar, respectivamente).

Na composição dos fósseis do início do Cambriano, foi encontrado o mesozooplâncton (plâncton de tamanho médio, visível a olho nu), que poderia filtrar o plâncton microscópico (principalmente fitoplâncton - "vegetação" planctônica). O novo mesozooplâncton poderia ter sido a fonte dos restos mortais, além de excretar excrementos na forma de cápsulas grandes o suficiente para afundar rapidamente - eles poderiam ser alimento para nécton e bentos, fazendo com que crescessem em tamanho e diversidade. Se as partículas orgânicas atingissem o fundo do mar, como resultado do soterramento subsequente, elas deveriam ter aumentado a concentração de oxigênio na água enquanto reduziam a concentração de carbono livre. Em outras palavras, o aparecimento do mesozooplâncton enriqueceu as partes profundas do oceano com comida e oxigênio e, assim, possível aparência e a evolução de habitantes maiores e mais diversos do mar profundo.

Finalmente, o surgimento de fitófagos entre o mesozooplâncton poderia formar um nicho ecológico adicional para predadores de mesozooplâncton maiores, cujos corpos, mergulhando no mar, levaram ao seu enriquecimento adicional com alimentos e oxigênio. Talvez os primeiros predadores entre o mesozooplâncton tenham sido larvas de animais bentônicos, cuja evolução posterior foi resultado de um aumento geral da predação nos mares do período ediacarano.

Muitos nichos vazios

James W. Valentine fez as seguintes suposições em vários artigos: mudanças abruptas na estrutura corporal são "embaraçosas"; a mudança é muito mais provável de existir se encontrar pouca (ou nenhuma) competição pelo nicho ecológico que visa. Este último é necessário para que o novo tipo de organismo tenha tempo suficiente para se adaptar ao seu novo papel.

Essa circunstância deve levar ao fato de que a implementação de grandes mudanças evolutivas é muito mais provável nos estágios iniciais de formação do ecossistema, devido ao fato de que a diversificação subsequente preenche quase todos os nichos ecológicos. No futuro, embora novos tipos de organismos continuem a surgir, a falta de nichos vazios impede sua disseminação no ecossistema.

O modelo de Valentine explica bem a singularidade da explosão cambriana - por que aconteceu apenas uma vez e por que sua duração foi limitada.

Notas

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No mesmo livro “A Origem das Espécies”, Charles Darwin escreveu: “Se numerosas espécies pertencentes à mesma classe começassem a existir simultaneamente, então isso será um golpe mortal para a teoria que prevê a evolução de um ancestral comum por seleção natural.

Os cientistas modernos, tendo estudado em detalhes os restos fósseis, estão convencidos de que os seres vivos apareceram na Terra de repente. Na chamada camada cambriana foram encontrados restos de trilobitas, esponjas, vermes, estrelas-do-mar, caracóis, crustáceos flutuantes, cefalópodes, artrópodes, etc., unicelulares e bactérias também foram encontrados aqui e um pouco mais abaixo. A presença de qualquer organismo multicelular anterior ao Cambriano é um ponto controverso. Assim, é evidente que muitas espécies, distintas entre si e já tendo organismos perfeitos, existiram ao mesmo tempo e não têm ancestrais dos quais possam descender. Em geologia, esse fenômeno é chamado de Explosão Cambriana.

Arroz. Habitantes do período Cambriano

A propósito, também é difícil para os evolucionistas responder inequivocamente à pergunta por que na natureza moderna, bem como na natureza do período cambriano (que supostamente foi há mais de 500 milhões de anos), existem esponjas, vermes, estrelas do mar, caracóis, crustáceos flutuantes, etc.? Por que eles são para isso um longo período não evoluiu para formas superiores? Se a evolução é um movimento ascendente positivo e inevitável de todas as coisas vivas, então por que não atingiu todos os seres? Seria mais lógico se atualmente apenas uma coroa da evolução permanecesse no planeta - o homem!

Por que amebas, insetos, peixes, anfíbios, répteis, mamíferos, macacos e humanos ainda vivem na Terra ao mesmo tempo? Talvez pela mesma razão que o peixe celacanto ainda existe: viveu há muito tempo, continua a viver hoje. Mesmo que você tente acreditar na evolução, terá que responder à pergunta: a evolução parou hoje ou não? No entanto, responder a esta pergunta levanta outras questões que permanecem sem resposta.

Se presumirmos que todas as criaturas vivas, das mais simples às mais complexas, ainda estão em processo de evolução, teremos que explicar imediatamente por que não existem formas transicionais vivas entre elas. Se imaginarmos que a evolução terminou e as criaturas que atingiram a perfeição pararam seu desenvolvimento há muito tempo, e o resto foi exterminado pela seleção natural, então restará fato inexplicável por que não existem elos intermediários mortos suficientes na evolução. Mas os restos de formas transicionais deveriam estar na casa dos trilhões e até sextilhões, sendo acumulados nas entranhas da terra supostamente por milhões de anos.

Para facilitar o estudo, a história do nosso planeta e a vida nele foram divididas em períodos de tempo, cujos limites são mudanças geológicas na crosta terrestre - os processos de construção de montanhas, ascensão e queda da terra, mudanças na forma dos continentes, as mudanças climáticas globais.

Os períodos cronológicos mais longos da história da Terra são chamados de eras (duraram centenas de milhões de anos). As eras são subdivididas em períodos.

Os cientistas obtêm todas as informações sobre o passado da Terra examinando as evidências geológicas da crônica mundial. As entranhas do planeta consistem em várias camadas de rochas rochosas e sedimentares, que se formaram sob a influência contínua de condições externas que determinaram o aparecimento da Terra em um passado distante. As formações geológicas preservaram e carregaram por milhões de anos informações sobre organismos vivos que habitaram os oceanos e a terra em diferentes períodos geológicos. Graças a isso, hoje temos a oportunidade de imaginar a aparência da Terra no passado distante e traçar a evolução da vida ao longo de 3,5 bilhões de anos a partir do momento de sua aparição.

Pesquisando rochas e fósseis antigos, os cientistas descobriram dois fenômenos inexplicáveis ​​no passado geológico e biológico da Terra. O primeiro fenômeno é chamado de Desacordo Mundial, e é um contato pedras de diferente períodos geológicos não seguindo um após o outro. Tal contato viola a sequência lógica das camadas, segundo os periódicos cronológicos de várias etapas históricas da geologia. Deve-se notar que o contato ilógico de rochas é encontrado em todos os lugares. Isso se deve à mistura das estruturas da crosta terrestre como resultado da atividade tectônica e dos processos de erosão. No entanto, a Inconformidade Global não pode ser explicada por isso, pois é onipresente e reflete um contato descoordenado entre rochas de aproximadamente 2,9 bilhões de anos e depósitos cambrianos jovens que se formaram há aproximadamente 500 milhões de anos.

O segundo fenômeno relativo ao passado biológico da Terra é chamado de "Explosão Cambriana". Os paleontólogos deram esse termo ao súbito crescimento rápido na diversidade de espécies de organismos vivos no período cambriano (no início da era paleozóica). Aconteceu para período cronológico em 30 milhões de anos (aproximadamente 542-510 milhões de anos atrás). Por um período de tempo tão insignificante para os padrões paleontológicos, o número espécies aumentou centenas de vezes. De repente, uma grande variedade de variedades de organismos de concha apareceu, surgiram os primeiros cordados e protorácidos (os chamados trilobites).

A prova mais famosa e estudada da existência desses dois fenômenos científicos localizada nos EUA. isto Grand Canyon deitado no Colorado Plateau, Arizona. Um lugar favorito para turistas de todo o mundo. Foi lá que os paleontólogos encontraram o maior número de formas de vida fossilizadas, tão diferentes dos organismos de corpo mole que viviam no período pré-cambriano ediacarano.

Há muito tempo, cientistas de todo o mundo procuram uma pista para os fenômenos do período cambriano. Recentemente, surgiu nos meios científicos uma teoria que explica a natureza do surgimento da Discórdia Global e da "Explosão Cambriana" e estabelece a relação entre esses dois fatos únicos da história planetária.

Cerca de 600 milhões de anos atrás, grandes mudanças começaram a ocorrer nas profundezas da Terra, causando tremendas mudanças na superfície do planeta. Houve um movimento placas litosféricas, que destruiu o continente outrora único - Gondwana, muitos vulcões simultaneamente explodiram ondas de lava. Terremotos generalizados geraram enormes tsunamis. A superfície da terra foi várias vezes submetida a inundações pelas águas dos oceanos, o que foi o principal motivo da formação da Discórdia Mundial.

Camadas sedimentares mais jovens e localizadas superficialmente são destruídas pela água e fatores relacionados várias vezes mais lentamente do que rochas mais antigas e profundas. Foi durante os períodos de inundação dos continentes que ocorreu a erosão e degradação das rochas sedimentares, a exposição de rochas antigas, que foram submetidas a uma rápida erosão. Os produtos da destruição das rochas se dissolveram em bilhões de toneladas nas águas dos oceanos pré-históricos. A concentração de potássio, cálcio, magnésio, ferro, fosfato, íons sulfato aumentou repentinamente. O equilíbrio ácido-base dos oceanos do mundo mudou drasticamente para o lado alcalino.

O principal princípio da vida diz que, para existir, um organismo vivo deve manter constantemente a constância do ambiente interno. Os descendentes primitivos de corpo mole de organismos modernos tiveram que evoluir rapidamente para resistir mudança drástica condições de vida. O salto momentâneo na evolução da vida antiga foi uma resposta forçada a um aumento repentino na concentração de vários sais na água do mar. O resultado desse salto evolutivo foram os mecanismos de mineralização, que direcionaram a evolução dos animais antigos de forma diferente.

Esta teoria é apoiada pelo aparecimento simultâneo de um esqueleto mineral em organismos não relacionados durante o período Cambriano. As três principais variedades de sais minerais determinaram a direção da evolução da vida - são o fosfato de cálcio, a base mineral do esqueleto dos cordados, o carbonato de cálcio e o óxido de silício, que são o material das conchas das primeiras criaturas de concha. Cálcio, silício e fosfatos são os principais componentes das formações cambrianas que formaram as áreas de discordância mundial.

As formas de vida jovens recém-emergidas tinham uma vantagem sobre as primitivas de corpo mole, desprovidas de órgãos duros. Os novos organismos tinham dentes para ataque e defesa, conchas para defesa, cordas e esqueletos duros que lhes permitiam se mover propositalmente e em velocidades mais altas pela água. Os mecanismos de mineralização subitamente adquiridos permitiram que as criaturas jovens se multiplicassem em números sem precedentes e suplantassem as antigas formas de vida. A massa das primeiras criaturas com órgãos minerais foi a base para a formação de camadas geológicas do período cambriano, que se formaram nas antigas camadas de rochas.

Formas de vida com esqueletos minerais começaram a se formar já no Pré-Cambriano, mas foram as anomalias geológicas que formaram a Inconformidade Mundial que aceleraram muitas vezes esse processo e lhe deram um caráter explosivo. O gatilho dos processos que criaram o surgimento da maior parte das espécies animais modernas foi a rápida mineralização dos oceanos do mundo. Os processos geológicos determinaram a evolução biológica por milhões de anos.

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02.12.2016

Olá a todos novamente! Neste post tentarei falar sobre um evento único na história da vida na Terra. Falaremos sobre a explosão cambriana, ou como também é chamada, a radiação cambriana. A explosão cambriana é o evento mais brilhante no registro paleontológico do planeta, quando em um período de tempo relativamente curto (várias dezenas de milhões de anos) há um aumento acentuado no número de restos fósseis de seres vivos e, à primeira vista , como se do nada, quase todos os tipos modernos de animais aparecem (cordados, artrópodes, moluscos, equinodermos, etc.).

Teve predecessores, mas Cloud conseguiu captar a ideia da explosão cambriana com a maior eloquência e sofisticação geológica. Além de sua grande liderança e orientação de uma geração de paleontólogos, ele desenvolveu uma abordagem integrativa à paleontologia, agregando habilidades em paleogeografia, estratigrafia de carbonatos e sedimentologia de carbonatos. Sua carreira posterior em Universidade da Califórnia, Santa Bárbara, expandiu seus interesses para a astrobiologia e a origem da vida. Suas observações como paleontólogo o levaram a caracterizar o registro fóssil Fanerozóico como uma série de erupções evolutivas, sendo a Cambriana a maior de todas.