Humigit-kumulang 530 milyong taon na ang nakalilipas, sa simula ng panahon ng Cambrian, isang natatanging kaganapan ang naganap sa Earth - bigla, mabilis at halos sabay-sabay, maraming mga bagong biological na anyo ang lumitaw na naging mga pasimula ng pinakamahalagang uri ng mga modernong organismo hanggang sa tao. Maraming mga biologist ang nahihirapan pa ring tanggapin ang katotohanan ng pagsabog ng Cambrian na ito. Sa isa sa mga karaniwang aklat-aralin sa biology para sa mga unibersidad sa Amerika, halimbawa, mababasa pa rin ng isa ang pahayag na "ang mga anyo na nabuhay sa panahong iyon (Cambrian) ay dapat na nagmula sa mga ninuno na umiral ng hindi bababa sa daan-daang milyon, at kahit bilyon-bilyong taon. bago iyon". Ngunit ito ang misteryo ng pagsabog ng Cambrian, na walang transitional, intermediate form na nag-uugnay sa mga bagong uri ng organismo na lumitaw noon kasama ng bacteria at protozoan algae na naninirahan. mga karagatang panlupa hanggang sa kanila. At ang kawalan ng karaniwang "tulay" na ito ay nagdudulot ng isang mahirap na gawain para sa mga biologist - upang ipaliwanag kung paano maaaring mangyari ang isang mahiwagang evolutionary leap.

Ang Cambrian ay isang natatanging punto ng pagbabago sa kasaysayan ng ebolusyon. Nangangahulugan ito na ang mga sanhi na nagdulot ng kakaibang biological na pagsabog na ito ay dapat ding kakaiba. Ngunit ano ang mga kadahilanang ito? Isa o marami? Anong uri - puro biological? O baka naman pisikal at kemikal o geological? O isa, at isa pa, at ang pangatlo ay magkasama?

Nagkaroon ba ng pagsabog?

Ang isang kamakailang papel ng propesor ng Caltech na si Kirschvink at ng kanyang mga katuwang na sina Ripperdan at Evans, na gumawa ng kahindik-hindik na pag-aangkin na humigit-kumulang kalahating bilyong taon na ang nakalilipas, ang ating planeta ay sumailalim sa isang tunay na pagbagsak sa kalawakan, ay nakakuha ng pambihirang pansin. Ayon sa mga may-akda, sa panahon ng cataclysm na ito, ang ating planeta ay lumiko ng hanggang 90 degrees na may kaugnayan sa axis nito, bilang isang resulta kung saan binago ng mga pangunahing kontinente ng Earth ang kanilang dating lokasyon - sa mga pole - sa kasalukuyang isa.

Siyempre, siyentipiko at sikat na agham ang mga journal ng mundo ay agad na inalertuhan ang kanilang mga mambabasa sa bagong sensational hypothesis. Ngunit ang nakakagulat - ang lahat ng mga mensahe tungkol dito ay nasa ilalim ng mga pamagat tulad ng: "Ang pagliko ng Earth ay nagpapaliwanag sa misteryo ng Cambrian", o "Ang pagbagsak ng planeta - ang mga sanhi ng pagsabog ng Cambrian." Sa katunayan, sa pagtatapos ng kanilang artikulo, direktang iniugnay ng mga may-akda ang mga resulta ng kanilang pananaliksik sa mahusay na evolutionary leap na naganap sa Earth pareho kalahating bilyong taon na ang nakalilipas. Isinulat nila na ang sinaunang planetary cataclysm na natuklasan nila ay maaaring maging paunang impetus na nagdulot ng mahiwagang hakbang na ito.

Ipaalala ko rin sa iyo ang isa pang publikasyong nakatuon sa Cambrian na "biological Big Bang": isang artikulo ng tatlong iba pang Amerikanong siyentipiko, sa pagkakataong ito ay mga biologist - sina Valentin, Yablonsky at Erwin. At kahit na ang pamagat ng artikulo ay mahigpit na siyentipiko: "Ang Pinagmulan ng Plano ng Katawan ng Mga Multicellular Organism," ang subtitle ay walang pag-aalinlangan na ang gawaing ito, masyadong, ay direktang nauugnay sa misteryo ng Cambrian. "Ang mga natuklasan kamakailang mga fossil at isang bagong pag-unawa sa proseso ng pag-unlad," ang isinulat ng mga may-akda, "ay nagbukas ng mga hindi inaasahang posibilidad para sa pagpapaliwanag ng misteryo ng pagsabog ng paglitaw ng mga bagong species sa simula ng panahon ng Cambrian."

Anong mga dahilan ang nagbunga ng walang humpay na panibagong mga pagtatangka na ito na ipaliwanag ang isang ordinaryong, tila, evolutionary leap, dahil ang pagsabog ng Cambrian ay tila isang hindi pa nakikilalang tao? Pagkatapos ng lahat, ang kasaysayan ng ebolusyon ay nakakaalam ng iba, hindi gaanong sakuna at hindi gaanong misteryosong mga kaganapan - halimbawa, ang kabuuan at halos sabay-sabay na pagkalipol ng mga dinosaur na naganap 65 milyong taon na ang nakalilipas, o ang tinatawag na Great Death ("Perm catastrophe", gaya ng tawag dito) - isang masa at ang mabilis na pagkalipol ng mga nabubuhay na organismo sa mga karagatan ng daigdig sa panahon ng Permian, 245 milyong taon na ang nakalilipas, nang humigit-kumulang 95 porsiyento ng lahat noon na marine fauna ay namatay "nang sabay-sabay". Bakit hindi sila nakakaakit ng ganoon katindi at walang humpay na atensyon? Bakit ang pagsabog ng Cambrian ay nagdudulot ng pinakamatindi at walang humpay na kontrobersya sa loob ng mahigit isang daan at limampung taon, halos mula sa mismong sandali ng pagtuklas nito?

Ang sagot ay na sa lahat ng maraming misteryo ng biological na nakaraan ng Earth, ang pagsabog ng Cambrian ay sumasakop sa isang espesyal na lugar. Hindi tulad ng lahat ng iba pang mga sakuna, na palaging nauugnay sa pagkalipol ng ilang mga nabubuhay na species, ang pagsabog na ito ay humantong sa mabilis na paglitaw ng maraming bagong mga biyolohikal na anyo.

Ang pagsilang na ito ng mga bagong anyo ay medyo biglaan. Walang katibayan na naunahan ito ng mahabang akumulasyon ng unti-unting pagbabago at komplikasyon.

Dagdag pa, ang hindi maintindihan na paglitaw ng mga bagong anyo ay hindi umabot sa buong panahon ng Cambrian, o hindi bababa sa isang makabuluhang bahagi nito, ngunit naganap nang halos sabay-sabay, sa loob ng mga tatlo hanggang limang milyong taon. Sa isang sukat ng oras ng geological, ito ay isang ganap na hindi gaanong mahalagang panahon - ito ay isang ikalibo lamang ng kabuuang tagal ng ebolusyon, na tinatawag nating "biological explosion" ang evolutionary leap na ito. Ang mga kahihinatnan ng pagsabog na ito ay may natatanging kahalagahan para sa ebolusyon ng buhay sa ating planeta - hinati nila ang kasaysayan ng ebolusyon na ito sa dalawang hindi pantay na bahagi. Kung ang panahon bago ang Cambrian ay panahon ng nag-iisang dominasyon mga unicellular na organismo, pagkatapos post-Cambrian naging panahon ng mga multicellular form. Sa panahon ng pagsabog ng Cambrian, sa unang pagkakataon sa kasaysayan ng ebolusyon, mga multicellular na organismo ng modernong uri, ang lahat ng mga pangunahing katangian ng mga "plano" na iyon sa katawan, ayon sa kung saan ang mga organismong ito ay itinayo pa rin, ay nabuo, ang mga kinakailangan ay inilatag para sa hinaharap na paglabas ng mga organismo na ito mula sa mga dagat patungo sa lupa at ang kanilang pananakop sa buong ibabaw ng Earth.

Narito kung ano ang hitsura nito, batay sa kasalukuyang pang-agham na pag-unawa. lupa, ayon sa modernong mga pagtatantya, nabuo mga apat at kalahating bilyong taon na ang nakalilipas. Ang unang single-celled na organismo sa mga karagatan nito ay lumitaw mga tatlo at kalahati hanggang apat na bilyong taon na ang nakalilipas. Sa madaling salita, ang buhay sa Earth ay bumangon halos kaagad pagkatapos na lumitaw ang mga kondisyon na kinakailangan para dito - ang paglamig ng planeta, ang pagbuo ng crust ng lupa at mga karagatan. Gayunpaman, ang paggawa nito muna, karamihan mahalagang hakbang, ang ebolusyon sa ilang kadahilanan ay bumagal nang halos tatlong bilyong taon. Parang may harang na hindi nakikita sa harapan niya na hindi niya kayang lagpasan. Sa lahat ng oras na ito, ito ay limitado lamang sa pagbabago at pagpapabuti ng mayroon nang mga species - microscopic bacteria at protozoan algae.

At saka para sa pinakamaikling panahon, ipaalala ko sa iyo - sa tatlo hanggang limang milyong taon, mayroong isang „ bagong buhay“: ang prototype at nangunguna sa makabago.

Kaya ano ang nangyari noon - 530-540 milyong taon na ang nakalilipas?

Ang kakaiba at misteryo ng mga tampok ng Pagsabog ng Cambrian - iyon ang nakaakit ng walang humpay na atensyon ng mga biologist sa nakalipas na daan at limampung taon.

Ang pagiging kumplikado ng problema ay namamalagi, gayunpaman, hindi lamang sa misteryong ito ng Cambrian na "biological Big Bang" at ang mga dahilan na nagbunga nito. Ang parehong mahalagang impetus sa matalim at patuloy na debate sa paligid nito ay ang katotohanan na ang problema ng pagsabog ng Cambrian ay direktang nauugnay din sa Darwinian theory of evolution. Mas tiyak, sinasalungat lang nito. Si Darwin mismo ang unang nakaalam nito. Siya ang unang nagsuggest posibleng paraan palabas mula sa kontradiksyon na ito. Gayunpaman, ang hypothesis na iminungkahi ni Darwin ay hindi nasiyahan sa marami sa kanyang mga tagasunod, at bilang isang resulta evolutionary biologist nahahati sa dalawang naglalabanang kampo, ang pagtatalo sa pagitan ng kung saan ay nangyayari sa loob ng isang siglo at kalahati. Subukan nating ayusin ang kontrobersyang ito.

Ang nakatuklas ng Cambrian Explosion ay si Robert Murchison, isang aristokrata ng Ingles na, sa ilalim ng impluwensya ng kanyang ambisyosong asawa, ay nagpasya na pumasok sa agham. Sa pag-aaral ng mga fossil ng mga sinaunang panahon na matatagpuan sa kani-kanilang mga deposito, natuklasan niya na ang mga patong ng mga deposito na ito ay pinaghihiwalay ng isang matalim na hangganan. Sa ilalim ng limitasyong ito, sila ay lubhang mahirap sa biological na labi at ipinapakita ang nasa lahat ng dako ng mga pinakasimpleng unicellular na organismo - bakterya at algae, at pagkatapos, simula sa panahon ng Cambrian, mga 550 milyong taon na ang nakalilipas, biglang nakakuha ng isang walang uliran na kayamanan ng mga bagong biological na anyo. . Bilang isang mananampalataya at ibinabahagi ang paniniwala ng dakilang Linnaeus na "mayroong eksaktong maraming mga species tulad ng orihinal na nilikha ng Lumikha sa kanila," itinuturing ni Murchison ang kababalaghan na natuklasan niya bilang direktang katibayan ng interbensyon ng kamay ng Diyos sa pag-unlad ng buhay. Malinaw kung ano ang creationist (mula sa salita paglikha- paglikha) ang paliwanag ay hindi tugma sa ideya ng natural na ebolusyon ng mga biological form.

Inilathala ni Murchison ang mga resulta ng kanyang pananaliksik noong dekada thirties ng huling siglo. Pagkalipas ng ilang dekada, ang sikat na akda ni Darwin na "The Origin of Species" ay nai-publish, kung saan sa unang pagkakataon ang teorya ng pag-unlad ng buhay sa Earth, batay sa mga ideya ng namamana na mga pagbabago at natural na pagpili, ay patuloy na ipinakita at pinagtatalunan nang detalyado. . Siyempre, hindi tinanggap ni Darwin ang creationism. Pero nakita niya agad iyon Pagsabog ng Cambrian ay isang hadlang para sa kanyang teorya sa isa pang - hindi gaanong mahalaga - aspeto.

Ang katotohanan ay, ayon kay Darwin, ang ebolusyon ay kailangang mangyari nang unti-unti, maayos at tuluy-tuloy, iyon ay, gaya ng sinasabi nila ngayon, unti-unti. Sa kanyang aklat, napakalinaw niyang isinulat: “Natural na pagpili araw-araw at oras-oras na mga paksa ang lahat ng mga pagbabagong nagaganap sa mundo, kahit na ang pinakamaliit, hanggang sa pinakamahigpit na pagsisiyasat, pagtanggi sa masama, pag-iingat at pagpapabuti ng mabuti ... huwag pansinin ang mga mabagal na pagbabagong ito sa kanilang unti-unting pagbuo at mapapansin lamang ang mga ito kapag ang takbo ng panahon ay sumusukat sa malalaking pagitan ng buong makasaysayang mga panahon.

Malinaw na ang Darwinian gradualism ay hindi tugma sa pagkakaroon ng isang matalim, panandalian at mabilis na kababalaghan gaya ng pagsabog ng Cambrian. Ang gradualism ay nakasalalay sa isang paniniwalang maganda ang pagkakasabi ng sikat na popularizer ng Darwinism, T.H. Huxley: "Hindi pinahihintulutan ng kalikasan ang mga paglukso." Ang kontradiksyon sa data ni Murchison ay labis na nag-aalala kay Darwin kaya sa paunang salita sa pinakabagong edisyon ng kanyang aklat, partikular niyang binanggit ang “Sa kasalukuyan, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito (ang Pagsabog ng Cambrian. - R.N.) ay nananatiling hindi maipaliwanag, at ito ay tunay na maituturing bilang isang nakakumbinsi. argumento laban sa mga pananaw na binuo sa aklat na ito.

Gaya ng nabanggit na, sinubukan ni Darwin na humanap ng paraan para makaalis sa sitwasyon. Marahil, iminungkahi niya, ang Cambrian Explosion ay hindi, sa katunayan, isang tunay na "pagsabog"; baka sa totoo lang naunahan siya mahabang panahon unti-unting akumulasyon ng mga pagbabago sa ebolusyon at pagbuo ng mga bagong biological na anyo; ngunit nabigo lamang si Murchison na makita ang mga antecedent, intermediate form na ito. Ang paliwanag na ito ay naging posible upang mapanatili ang tuluy-tuloy at maayos na kalikasan ng ebolusyon, na ipinostula ni Darwin batay sa empirikal na datos na kanyang nakolekta at, sa kanyang paningin, ang pangunahing katangian ng buong proseso ng ebolusyon.

Ang ilan evolutionary biologist hindi sumang-ayon sa interpretasyon ni Darwin sa bugtong ng Cambrian. (Si Already Huxley, sa kanyang liham kay Darwin sa bisperas ng paglalathala ng The Origin of Species, ay nagbabala: “Hindi mo kailangang dumaan sa isang ganap na hindi kinakailangang kahirapan sa pamamagitan ng pagtanggap na ang kalikasan ay hindi pumapayag sa mga paglukso.”) Ang mga Darwinistang ito ay hindi matanggap ang Darwinian gradualism. sa lahat. Tila sa kanila ay hindi gaanong nagmula sa mga empirical na katotohanan (pagkatapos ng lahat, sinalungat niya ang mga katotohanan ni Murchison!) gaya ng ipinakilala sa biology mula sa labas.

Hindi pa gaano katagal, ang tanyag na modernong biologist at popularizer ng Darwinismo, si Stephen J. Gould, ay nagmungkahi sa koneksyon na ito na hiniram ni Darwin ang kanyang hindi matitinag na paniniwala sa gradualism mula sa kanyang hinalinhan, sikat na founder modernong heolohiya ni Charles Lyell, na kanyang malapit na kasamahan at personal na tagapagturo (Ginawa ni Darwin ang kanyang mga unang hakbang na siyentipiko sa heolohiya). Para kay Lyell mismo, ang sabi ni Gould, ang gradualism ay higit pa sa isang empirical na siyentipikong prinsipyo. Tila sa kanya ang kinakailangang batayan para sa isang tunay na pang-agham na pag-unawa at diskarte. Ayon kay Lyell, ang paninindigan na ang mga indibidwal na yugto ng pag-unlad ay maaaring paghiwalayin sa pamamagitan ng matalas, sakuna na paglukso nang tahasang muling binubuhay ang pananampalataya sa mga supernatural na himala at ang interbensyon ng Diyos sa kasaysayan, sa madaling salita, ay nagbabalik ng kaisipan ng tao sa prescientific, panahon ng relihiyon. (Ang parehong Gould ay nagmamasid na ang tiyak na pagtanggi na ito sa mga paglukso, sakuna, at mga rebolusyon ay bahagyang salamin din ng pangkalahatang diwa ng panahon ng Victoria, kasama ang paniniwala nito sa maayos, unti-unti, at hindi mapigilang pag-unlad.)

Alalahanin natin, gayunpaman, na sa panahon nina Lyell at Darwin ay may isa pang pananaw, na pinaka-masiglang binuo ng Pranses na naturalista na si Georges Cuvier at na ngayon ay tinatawag na "catastrophism". Ayon sa konseptong ito, ang geological (at, bilang isang resulta, biological) na kasaysayan ng Earth ay hindi nabuksan nang maayos, ngunit, sa kabaligtaran, ay puno ng mga jumps at discontinuities ng isang sakuna na kalikasan, na, gayunpaman, ay walang kinalaman. na may mga supernatural na himala o interbensyon ng Diyos, ngunit pumapayag sa medyo natural, makatuwirang paliwanag. Ang pagsabog ng Cambrian ay akmang-akma sa konseptong ito, at ang pangyayaring ito ang nag-udyok sa maraming ebolusyonista na hamunin ang hypothesis ni Darwin, kilalanin ang realidad ng Cambrian Leap, at lumipat sa mga posisyon ng "catastrophism".

Nagkataon na ang misteryo ng Cambrian sa simula pa lang ay nahati Darwinian evolutionists sa dalawang magkasalungat na kampo na may magkaibang pang-unawa sa kurso ng biyolohikal na ebolusyon. Sa isang bahagi ng watershed ay may mga matibay na "gradualista", sa kabilang banda - tulad ng mga matibay na "catastrophists". (Ang ikatlong kampo, na sumasalungat sa mga "gradualismo" at "mga sakuna" sa kanilang kumpletong pagtanggi sa ebolusyon sa pangkalahatan, ay binubuo ng modernong "mga malikhain".

Ang mga tagapagtaguyod ng Darwinian gradualism ay nag-aalok ng iba't ibang posibleng paliwanag para sa kawalan ng Precambrian intermediate form. Ang ilan ay nangangatuwiran na ang mga biyolohikal na anyo na nauuna sa Cambrian ay hindi nabuhay dahil wala silang kalansay o panlabas na kabibi at malambot, mala-jelly (na, nga pala, karamihan ay totoo). Ipinapaliwanag ng iba ang kawalan ng mga transitional form sa mga deposito bago ang Cambrian sa pamamagitan ng purong pisikal na mga kadahilanan, na nangangatwiran na ang mga pre-Cambrian na bato ay sumailalim sa napakalakas na pag-init at presyon na walang biological na labi ang napanatili sa mga ito (na hindi ganap na totoo). Ang iba pa ay naglagay ng palagay na ang buhay bago ang Cambrian ay nabuo sa mga lawa, at ang pagsabog ng Cambrian ay bunga lamang ng mabilis at mabilis na paglipat ng mga biyolohikal na anyo na nabuo na sa mga lawa na ito patungo sa mga dagat at karagatan (ang hypothesis na ito ay nakatanggap ng kakaibang pag-unlad sa ang gawain ni Kirshvink at mga kasamahan na nabanggit sa itaas). Ang lahat ng mga hypotheses na ito ay nagkakaisa sa pamamagitan ng pagnanais na ipakita na ang paglipat mula sa pre-Cambrian forms sa post-cambrian ay makinis at tuloy-tuloy, mga bakas lamang nito, sa isang kadahilanan o iba pa, ay hindi pa natatagpuan o hindi pa napreserba.

Sa katunayan, hindi pa katagal, ang mga mananaliksik ay pinamamahalaang upang matuklasan ang mga unang uri ng mga multicellular na organismo na kaagad na nauna sa Cambrian. Natagpuan ang mga ito sa mga deposito malapit sa pamayanan ng Ediacara ng Australia at samakatuwid ay natanggap ang pangalang "Ediacaran". Halos hanggang sa kamakailan lamang, hanggang sa mga dekada otsenta, ang mga organismong Ediacaran ay binibigyang kahulugan sa diwa ng Darwinian gradualism - bilang isang intermediate link sa kasaysayan ng unti-unting komplikasyon, o ang ebolusyon ng mga biological form mula sa pre-Cambrian hanggang post-Cambrian.

Ngunit mga labinlimang taon na ang nakalilipas, ang isang mas malapit na pagsusuri sa mga labi na ito ay nagpakita na, sa katunayan, wala silang koneksyon sa mga modernong biyolohikal na anyo. Marahil sa pangkalahatan ay kinakatawan nila ang ilang espesyal, dead-end na sangay ng biological evolution, na hindi nagbigay ng anumang pagpapatuloy. Naniniwala ang ilang biologist na ang sangay ng buhay na ito ay nawasak sa isang uri ng sakuna na nauna sa pagsabog ng Cambrian. Sa kurso ng karagdagang kuwento, kailangan nating bumalik sa mahiwagang Ediacaran fauna.

Siyempre, imposibleng ibukod na ang pag-asa ni Darwin at ng iba pang mga "gradualismo" ay mabibigyang katwiran pa rin at ang ilang iba pang mga deposito ay matatagpuan na may parehong kayamanan ng mga biyolohikal na anyo tulad ng sa istante ng Burgess o sa China, ngunit ang mga depositong ito lamang ang maging pre-Cambrian, at ang mga form ay intermediate, bago ang Cambrian. Sa kasong ito, ang Darwinian theory of evolution ay mapangalagaan kasama ng lahat ng gradualism, gradualism at smoothness ng development nito. Ngunit sa ngayon ay wala pang ganitong uri ang natagpuan, at sa batayan na ito mga biologist na "sakuna". higit at mas masiglang iginigiit ang pangangailangang rebisahin ang teoryang Darwinian. Ayon sa kanila, ang pagsabog ng Cambrian (pati na rin ang iba pang katulad na biglaang phenomena, tulad ng mabilis na pagkamatay ng lahat ng mga dinosaur o ang "Perm catastrophe" na binanggit sa itaas) ay nagdidikta ng hindi maiiwasang paglawak ng teorya ng ebolusyon, na magpapahintulot sa hindi lamang makinis, ngunit din "paputok" pagbabago sa biological pagkakaiba-iba, hindi lamang gradualness, ngunit din "leaps" at "catastrophes" sa pag-unlad ng biological mundo. Ang matagal na kontrobersyang ito ay nagkaroon ng partikular na pangangailangan mula noong unang bahagi ng 1970s, nang ang nabanggit na si Stephen Gould at ang kanyang kasamahan, ang paleontologist na si Nick Eldridge, ay nagmungkahi ng isang radikal na bersyon ng naturang pagpapalawig ng Darwinismo - ang tinatawag na "dotted equilibrium" na teorya.

Babalik tayo sa pinakabagong pag-unlad ng teorya ng ebolusyon at ang kontrobersya sa paligid nito, ngunit dapat muna nating tapusin ang ating nagambalang kuwento tungkol sa mga dahilan ng pagpapaliwanag ng pagsabog ng Cambrian ngayon ng mga taong itinuturing itong isang ebolusyonaryong katotohanan, na kung saan pisikal at kemikal o biological hypotheses ay inilagay ngayon upang ipaliwanag ang Cambrian riddle. Pagkatapos ng lahat, para sa Kamakailang mga dekada medyo ilang mga hypotheses ang iminungkahi, at ang mga kamakailang gawa nina Kirshvink at Valentin na binanggit sa simula ng artikulo ay ang pinakahuling panahon sa mahabang seryeng ito. Ang bawat isa sa mga hypotheses na ito ay isang uri ng "logic-fueled time machine" na nagbibigay-daan sa iyong tingnan ang malayong nakaraan ng Earth. Gamitin natin ang kamangha-manghang sasakyan na ito at sa susunod na artikulo ay pupunta tayo sa panahon ng Cambrian - sa mga huling hallucigenies at mga unang trilobite.

Gulung-gulo ang planeta

Ang mga kontinental na plato ng Australia at Amerika, na dating nasa rehiyon ng mga pole, ay lumiko at lumipat patungo sa ekwador sa mga 15 milyong taon - isang hindi gaanong mahalagang panahon sa isang geological scale. Ito ay isang tunay na "sumersault" ng buong planeta.

Ang misteryo ng "biological Big Bang" - ang biglaang at sabay-sabay na paglitaw ng lahat ng modernong biological na uri sa Cambrian - ay patuloy na nakakaintriga sa maraming mga mananaliksik. Dalawa sa mga pinakabagong hypotheses - "oxygen" at "earth somersault" - ipaliwanag ang pagtalon na ito sa ebolusyon sa pamamagitan ng isang matalim na pagbabago pisikal at kemikal kundisyon sa buong planeta. Sa kaibahan, ang mga biologist ay naglagay ng iba pang mga pagpapalagay na nag-uugnay sa pagsabog ng Cambrian sa mga dramatikong pagbabago sa ekolohiya o genetic.

Kabilang sa mga hypothesis na iminungkahi upang ipaliwanag ang Cambrian riddle, ang tinatawag na oxygen hypothesis ay itinuturing na pinakaseryoso hanggang kamakailan. Ito ay batay sa pag-aakalang ang Cambrian Explosion ay sanhi ng isang biglaang pagbabago na nauna rito. komposisyong kemikal atmospera at karagatan ng daigdig.

Physico-kemikal ang mga kondisyon ay nakakaapekto sa rate ng biological evolution - ito ay matagal nang kilala. Maraming mga biologist ang kumbinsido na ang hindi pangkaraniwang mabagal na pagbabago ng mga biyolohikal na anyo sa unang tatlong bilyong taon ng kanilang pag-iral ay dahil sa kakulangan ng libreng oxygen.

Walang oxygen sa pangunahing atmospera ng lupa, dahil agad itong tumutugon sa iba pang mga elemento at nanatiling nakagapos sa kapal at atmospera ng lupa sa anyo ng mga oxide. Ngunit sa pagdating ng unang unicellular algae - halos kalahating bilyon - isang bilyong taon pagkatapos ng pagbuo ng Earth - nagsimula ang proseso ng photosynthesis, kung saan ang carbon dioxide (nasisipsip ng algae mula sa hangin) at tubig, sa tulong ng sikat ng araw, naging libreng oxygen at mga organikong sangkap. Gayunpaman, kahit na dito ang oxygen ay "malas" - matakaw itong nakuha ng bakal na natunaw sa tubig ng karagatan. Ang mga nagresultang iron oxide ay dahan-dahang nanirahan sa sahig ng karagatan, na iniiwan ang siklo ng kemikal, ang mundo, tulad ng sinabi ng isa sa mga geochemist, ay patuloy na kinakalawang, at ang libreng oxygen ay hindi idinagdag dito.

Sa kawalan ng libreng oxygen, ang mga organismo ay pinilit na manatiling anaerobic. Nangangahulugan ito na ang pagproseso ng mga produkto sa kanila, metabolismo, o metabolismo ay naganap nang walang paglahok ng oxygen - dahan-dahan at hindi epektibo. Ito, ayon sa mga biologist, ay humadlang sa ebolusyon ng mga unang organismo. Ang sitwasyon ay medyo nagbago lamang mula sa sandaling ang bakal na natunaw sa mga karagatan ay puspos ng oxygen at ang konsentrasyon ng gas na ito sa atmospera, salamat sa parehong photosynthesis, sa wakas ay nagsimulang unti-unting tumaas. Naging posible nito ang paglitaw ng mga unang aerobic na organismo. Sila ay single-celled pa rin, ngunit ang kanilang metabolismo ay mas mahusay, at samakatuwid sila ay dumami nang mas mabilis at naninirahan sa mga karagatan nang mas makapal. Kaya lumipas ang unang 3.5 bilyong taon, sa pagtatapos kung saan ang nilalaman ng oxygen sa atmospera ay umabot, gaya ng pinaniniwalaan, mga isang porsyento. Sa puntong ito, kinuha ng ebolusyon ang susunod na mahalagang hakbang - lumitaw ang mga unang multicellular na organismo. At pagkatapos, kalahating bilyong taon na ang lumipas, dumating ang pagsabog ng Cambrian at kaagad na inilatag ang pundasyon para sa lahat ng kumplikadong pagkakaiba-iba ng modernong buhay.

Masasabing ang kasaysayan ng biological evolution ay naging - sa isang tiyak na kahulugan - ang kasaysayan ng oxygen. Kaya't hindi ba ang "lukso ng ebolusyon" ng Cambrian ay resulta ng isang biglaang pagtaas ng libreng oxygen sa atmospera?

Ito ang pagpapalagay na ginawa noong 1965 ng dalawang Amerikanong pisiko, sina Berkner at Marshall. Nangangatwiran sila tulad ng sumusunod. Ang mga kumplikadong multicellular na organismo ay nangangailangan ng isang malaking halaga ng oxygen, at sa dalawa sa mga anyo nito nang sabay-sabay - una, sa anyo ng libreng oxygen na kinakailangan para sa paghinga (iyon ay, para sa metabolismo) at pagbuo ng collagen, ang pinakamahalagang elementong ito ng istraktura ng katawan, at pangalawa, sa anyo ng isang ozone layer, na kinakailangan para sa proteksyon mula sa nakakapinsalang solar ultraviolet radiation. Dahil ang mga naturang organismo ay hindi lumitaw hanggang sa panahon ng Cambrian, nangangahulugan ito na ang kanilang hitsura ay naantala ng kakulangan ng kinakailangang konsentrasyon ng oxygen sa kapaligiran. Sa batayan na ito, maaaring ipagpalagay na noong panahon ng Cambrian na unang lumitaw ang gayong mga dami. Ang kakaibang kaganapang ito—ang pagtawid sa "oxygen frontier," ang biglaang pagtaas ng mga antas ng oxygen sa atmospera sa kasalukuyang 21 porsiyento—ay, ayon kay Berkner at Marshall, ang pangunahing sanhi ng pagsabog ng Cambrian.

Sa una, ang "oxygen hypothesis" na ito ay walang sapat na kumpirmasyon. Ngunit literal sa mga nakaraang taon (1994 - 1996) ang sitwasyon ay nagbago nang malaki. Ang dahilan nito ay ang pagtuklas ng American researcher na si Knoll. Ang pag-aaral ng ratio ng dalawang carbon isotopes, C-12 at C-13, sa mga bato ng Precambrian at Cambrian times, si Knoll ay nakatanggap ng hindi maikakaila na katibayan na sa pinakadulo simula ng panahon ng Cambrian ang ratio na ito ay nagbago nang malaki - ang C-12 isotope " sabay-sabay" naging mas kaunti kaysa dati . At ang naturang "carbon jump" ay dapat na sinamahan ng kaukulang "oxygen jump", na eksaktong tumutugma sa palagay ng Berkner-Marshall.

Matapos ang gawain ng Knoll, ang pagkakaroon ng isang "oxygen jump" sa panahon ng Cambrian ay kinikilala ng karamihan sa mga siyentipiko. Ngunit nananatiling hindi malinaw: ano ang maaaring maging dahilan ng "hindi pagbabalik" ng C-12 sa kapaligiran, na humantong sa "paglukso ng oxygen" na ito?

Ang isa pang hypothesis ay iminungkahi ng American geologist na si Moore noong 1993. Ayon kay Moore, ang dahilan ng pagbaba ng C-12 ay matalas na tectonic shifts, tulad ng paggalaw ng mga kontinente, na naganap sa mismong bisperas ng panahon ng Cambrian. Ang ganitong mga pagbabago, sabi ni Moore, ay maaaring humantong sa pagkapira-piraso ng mga karagatan sa mas maliit at saka sarado na mga anyong tubig - mga dagat at lawa, at ito ay dapat na mabawasan ang intensity ng sirkulasyon ng tubig. Bilang resulta, ang mga organikong labi ng algae, kasama ang kanilang carbon, ay nanatili sa sahig ng dagat at hindi tumaas sa ibabaw, kung saan maaari silang mabulok ng bakterya. Kaya, ang carbon ay inilabas mula sa sirkulasyon, na nagpapahintulot sa oxygen na na-synthesize ng algae na mabilis na maipon sa atmospera.

Ang "tectonic hypothesis" ni Moore sa una ay walang aktwal na kumpirmasyon. Ngunit pagkaraan ng tatlong taon, nakatanggap siya ng isang ganap na hindi inaasahang, maaaring sabihin pa ng isa - kahindik-hindik na pag-unlad. Sa kalagitnaan ng nakaraang taon, ang siyentipiko, at pagkatapos ay ang mass press, ay biglang napuno ng mga headline tulad ng: "Ipinapaliwanag ng Earth somersault ang misteryo ng pagsabog ng Cambrian!" Ang pinaka nakakagulat ay ang kilalang "somersault" (o "somersault" ”, gaya ng tawag dito) ay hindi isang uri ng pagmamalabis sa pamamahayag. Tulad ng mga sumusunod mula sa mga teksto, ito ay isang napakaseryoso (bagaman radikal) siyentipikong hypothesis na nagpapaliwanag sa misteryo ng Cambrian nang eksakto sa pamamagitan ng mga "tectonic shift" na napag-usapan lang natin, sa mas malaking sukat lamang - tulad ng isang beses na paglilipat ng ang buong crust ng lupa. "Tumble" talaga!

Ang kanyang trabaho ay naging posible upang bumuo ng isang malinaw na larawan ng mga pagbabagong geological na naganap sa Earth sa simula ng panahon ng Cambrian - 550 - 500 milyong taon na ang nakalilipas. Ang larawang ito ay naging medyo hindi inaasahan at tunay na kahindik-hindik. Ganito, ayon kay Kirshvink, ang noon mga pangyayaring heolohikal.

Ilang sandali bago ang simula ng panahon ng Cambrian, ang hati ng pinaka sinaunang supercontinent, na binubuo ng karamihan sa mga modernong kontinente, ay natapos (binigyan ng mga paleogeologist ang supercontinent na ito ng pangalang Rodinia). Halos kaagad pagkatapos nito, ang hiwalay na masa ng mainland ay nagsimulang muling magtipon, na nagkakaisa sa isang bagong supercontinent - Gondwana. Sa mga huling yugto ng pagbuo ng Gondwana, lumitaw ang isang matalim na kawalan ng timbang sa pamamahagi ng masa ng kontinental na may kaugnayan sa axis ng lupa. Ang makalupang "tuktok" ay nawalan ng katatagan. Ang isang umiikot na katawan ay pinaka-matatag kapag ang mga masa na bumubuo nito ay puro sa ekwador (na nagbibigay dito ng pinakamataas na sandali ng pagkawalang-galaw) o ipinamahagi nang higit pa o hindi gaanong pantay-pantay dito, habang ang Gondwana ay matatagpuan masyadong malapit sa poste.

Ang pagpapanumbalik ng katatagan ng Earth ay nangangailangan ng mabilis na muling pamamahagi ng mga masa ng kontinental. Samakatuwid, ang buong solidong shell ng planeta ay nagsimulang mag-slide pababa sa mantle bilang isang buo, hanggang sa lumipat ito ng siyamnapung degree na may kaugnayan sa axis ng pag-ikot. Gaya ng ipinakita ng datos ni Kirschvink, ang mga kontinental na plato ng Australia at Amerika, na dati ay nasa rehiyon ng mga pole, ay gumawa ng ganitong pagliko at lumipat sa ekwador sa loob ng labinlimang milyong taon - isang panahon ng hindi gaanong sukat na geological (tatlong sampung-libo ng pangkalahatang edad Earth). Ito ay isang tunay na "sumersault" ng buong planeta. Ang resulta nito ay ang axis ng pag-ikot nito, habang pinapanatili ang dating direksyon nito sa kalawakan, ngayon ay umiikot ng 90 degrees kumpara sa solid shell. Muling naging matatag ang pag-ikot ng tuktok ng mundo.

Ayon sa paleomagnetic data ni Kirschvink na nakolekta sa mga bato ng America at Australia, ang parehong mga continental plate na ito (na binubuo ng halos dalawang-katlo ng buong crust ng daigdig) ay gumawa ng kanilang paggalaw na may kaugnayan sa axis ng mundo nang halos sabay-sabay, sa pagitan ng 534 at 518 milyong taon na ang nakalilipas. Ang ganitong mga engrande na heolohikal na kaganapan ay napakabihirang. Sa anumang kaso, sa nakalipas na dalawang daang milyong taon, mula noong katapusan ng panahon ng Permian, tiyak na hindi sila naganap kahit isang beses. Gayunpaman, hindi ibinubukod ni Kirschvink na ang isang bagay na katulad ng geological cataclysm na inilarawan niya ay maaaring maulit ang sarili nito sa pagitan ng mga panahon ng Cambrian at Permian.

Hindi pangkaraniwan ang larawan ni Kirschvink, ito ay lubos na pinatunayan ng data ng may-akda, at bukod pa, nakatanggap kaagad ito ng ilang independiyenteng kumpirmasyon, kaya't ang mga geologist sa kabuuan ay nagpahayag ng kanilang kahandaang tanggapin ito. Ngunit ang larawang ito ay interesado rin sa mga biologist. Tulad ng nabanggit na sa umpisa pa lang, ayon sa mga may-akda, ito ang "somersault" ng planeta na maaaring maging pangunahing sanhi ng Cambrian biological explosion. "Ang mabilis na paggalaw ng mga kontinente," sabi ni Ripperdan, isa sa mga kasamang may-akda ni Kirshvink, "ay hindi maaaring humantong sa pagsasara ng ilan at pagbuo ng iba pang mga palanggana ng tubig - ito lamang ang mga lugar ng buhay noong panahong iyon, sa isang pagbabago sa agos ng karagatan noon, sa biglaang pagbabago ng klima at sa iba pang kaparehong sakuna na phenomena. Ang lahat ng mga sakuna na ito ay dapat magbigay ng lakas sa pag-usbong ng mga bagong anyo ng buhay, inangkop sa mga nabagong kondisyon. Ngunit ito ay tiyak na isang mabilis na paglitaw ng mga bagong anyo na katangian ng "pagsabog ng Cambrian".

Ayon mismo kay Kirschvink, mabilis na pagbabago ang mga lugar sa karagatan, na sanhi ng pag-slide ng mga kontinente, ay dapat na humantong sa medyo madalas at biglaang pagbabago sa mga alon ng karagatan. "Ang bawat pagbabagong iyon ay pandaigdigan," sabi niya. - Sinira nito ang mga umiiral na rehiyonal na ecosystem sa mas maliliit na lugar. Sa maliliit na lugar na ito, mas malamang na mabuhay ang mga bagong anyo ng buhay kaysa sa malalaking rehiyon. Iminumungkahi ng aming data na ang mga kasalukuyang pagbabago ay nangyari noon halos bawat milyong taon o higit pa. Sa loob ng isang milyong taon, nagawa ng ebolusyon na piliin ang pinakamahusay sa mga nakaligtas sa huling cycle at lumikha ng mga bagong sistema ng rehiyon. Ngunit pagkatapos ay nagsimulang muli ang prosesong ito, at kaya isa at kalahati hanggang dalawang dosenang beses sa buong sakuna. Ito ang pinakamahusay na mga kondisyon para sa paglitaw ng mahusay na pagkakaiba-iba ng biyolohikal, lalo na dahil ang lahat ng ito ay nangyari sa ilang sandali pagkatapos ng paglitaw ng mga gene na kumokontrol sa mga pangunahing yugto ng pagbuo ng embryonic ng mga multicellular na organismo.

Tingnan natin ang huling pangungusap. Sa unang sulyap - ang pananaw ng isang hindi kilalang tao - tila misteryoso: ano ang mga "genes na ito na kumokontrol sa mga pangunahing yugto ng pag-unlad ng embryonic", at ano ang kinalaman ng mga ito sa pagsabog ng Cambrian? Gayunpaman, mayroong mga tao na nakarinig sa pariralang ito ang pinakahihintay na pagkilala sa mga radikal na ideyang biyolohikal na iniharap nila sa nakalipas na dalawang taon, na umaasang maakit ang atensyon ng mundong siyentipiko sa kanila. At hindi lamang pagkilala, kundi pati na rin ang isang ganap na malinaw na pahiwatig sa posibilidad na pagsamahin ang mga ideyang ito sa pantay na radikal na mga ideyang geological ng "planetary somersault" sa loob ng balangkas ng bagong pisikal at biyolohikal teorya ng pagsabog ng Cambrian.

Ito ay sa kuwento ng mga biyolohikal na pagpapaliwanag ng Cambrian riddle na aming iniaalay ang huling bahagi ng aming sanaysay.

Ang una sa mga "purely biological" na hypotheses na iniharap upang ipaliwanag ang Cambrian explosion ay ang "reaper hypothesis", na binuo noong 1973 ng American Stephen Stanley. Si Stanley ay nagpatuloy mula sa "thinning principle" na kilala sa ekolohiya. Napagmasdan na ang pagpasok ng mga mandaragit na isda sa isang artipisyal na lawa ay humahantong sa mabilis na pagtaas ng pagkakaiba-iba ng zooplankton sa lawa na ito. At sa kabaligtaran, sapat na upang alisin ang mga sea urchin na kumakain sa kanila mula sa akumulasyon ng iba't ibang algae, dahil ang pagkakaiba-iba na ito ay nagsisimulang bumaba. Sa madaling salita, ang "pagnipis" ng ecological niche "manira-manira" ang pagpapakain sa mga naninirahan dito ay kinakailangan upang mapanatili o mapalawak ang biological diversity nito.

Sa unang tingin, ito ay tila counterintuitive. Tila ang gayong "taga-ani", na puksain ang populasyon ng isang angkop na lugar, ay magbabawas sa bilang ng mga species na naninirahan dito, at ang ilan, ang pinakamaliit, ay magpapawalang-bisa pa nito. Ngunit, tulad ng nakikita natin, pinabulaanan ng katotohanan ang intuitive na pangangatwiran na ito. At dahil jan. Sa anumang angkop na lugar na tinitirhan ng mga tinatawag na pangunahing producer (iyon ay, mga organismo na direktang nakakakuha ng kanilang pagkain - mula sa photosynthesis, at hindi sa pamamagitan ng pagkain ng iba), isa o higit pang mga species ay hindi maaaring hindi maging "monopolist" - kinukuha nila ang lahat ng living space at nutrients ng ang angkop na lugar at hindi pinapayagan ang iba pang mga species na bumuo. Ang "mag-aani" na lumitaw sa ilalim ng mga kundisyong ito ay malamang na makakain sa mga nangingibabaw na species na ito (kung dahil lamang sa kaya nilang ibigay ito ng pinakamalaking dami ng pagkain) at, samakatuwid, ay pangunahing bawasan ang kanilang biomass. Ngunit salamat dito, aalisin niya ang isang bahagi ng living space at sa gayon ay magbibigay ng puwang para sa mga bagong species. At ito ay hahantong sa pagtaas ng biological diversity ng buong niche. Ang parehong prinsipyo, tulad ng makikita mula sa mga halimbawa sa itaas, ay naaangkop sa iba mga sistemang ekolohikal. Inilapat naman ni Stanley ang "thinning principle" para ipaliwanag ang misteryo ng pagsabog ng Cambrian.

Madaling makita na ang pagsabog na ito ay ganap na akma sa scheme na ito. Sa panahon ng pre-Cambrian, ang mga karagatan ng Earth ay halos eksklusibong tinitirhan ng unicellular bacteria at algae ng ilang ilang species. Sa loob ng bilyun-bilyong taon walang sinuman ang "nipis" sa kanila, at samakatuwid ay hindi sila nagkaroon ng pagkakataong mabilis na umunlad. Kung ang ilang single-celled herbivorous na "predator" ay biglang lumitaw sa ganoong kapaligiran, ito ay kinakailangan - ayon sa "pagnipis na prinsipyo" - maging sanhi ng mabilis na paglitaw ng mga bagong species. Ito, sa turn, ay dapat na humantong sa paglitaw ng mga bago, mas dalubhasang "mga manggagapas", na naglilinis ng daan para sa susunod na bagong mga species, upang ang pagkakaiba-iba ng mga biological na anyo ay magsimulang lumaki tulad ng isang snowball - at ito ang sitwasyon ng ang pagsabog ng Cambrian.

Kaya, ayon kay Stanley, ang "trigger" ng pagsabog ng Cambrian ay ang hindi sinasadyang paglitaw ng isang tiyak na "mandaragit" sa kapaligiran ng pinakasimpleng unicellular na organismo ng panahon ng pre-Cambrian. At ang katotohanan na ang pagsabog na ito ay may katangian ng isang matalim na pagtalon ay hindi nagpapakita ng anumang espesyal na misteryo. Eksakto ang parehong karakter ay may pag-unlad ng maraming mga biological system sa pagkakaroon ng isang sapat na libreng espasyo sa pamumuhay at isang sapat na masaganang dami ng pagkain. Kung, halimbawa, ang isang maliit na kolonya ng bakterya ay itinanim sa isang nutrient medium sa isang laboratoryo na Petri dish, ito ay dadami ayon sa parehong batas ng "avalanche", at ang spasmodic reproduction na ito ay titigil lamang kapag ang lahat ng magagamit na espasyo ay napuno at ang mga nutrients ay naubos. Ang mga karagatan ng Cambrian ay isang natural na "Petri dish" para sa mga bagong biological species. Nang mapuno nila ang mga karagatang ito, ang mga kondisyon para sa pagtalon ay nawala at hindi na nangyari muli, na nagpapaliwanag, ayon kay Stanley, ang pagiging natatangi ng pagsabog ng Cambrian.

Ang isang ganap na naiibang biological na paliwanag para sa pagsabog ng Cambrian ay iminungkahi noong 1994-1997. mga Amerikanong biologist Valentin, Erwin at Yablonsky. Sa kanilang opinyon, ang pagsabog na ito ay naganap dahil sa ang katunayan na ang ilang mga primitive na pre-Cambrian na organismo, bilang resulta ng mga random na pagbabago sa genetic, ay may kakayahang kapansin-pansing palawakin ang hanay ng mga posibleng istruktura ng katawan. Sa katunayan, ang isa sa pinakamahalagang katangian ng Cambrian evolutionary leap ay ang biglaang paglitaw ng maraming biological form na may ganap na bagong mga katangian ng katawan. Ang ilan sa mga bagong organismong ito ay nakabuo ng natatanging mga ulo at buntot, ang iba ay may natatanging mga segment at tiyan, ang iba ay may mga paa, ang ilan ay may suot na mga shell, ang ilan ay antennae o hasang - at iba pa. Sa kabuuan, binibilang ng mga mananaliksik ang kasing dami ng 37 bagong plano sa katawan na lumitaw - at, higit pa rito, halos sabay-sabay - sa panahong iyon ng marahas na aktibidad sa ebolusyon. At ang lahat ng mga pangunahing prinsipyo ng arkitektura ng katawan ng mga modernong organismo ay nagmula nang eksakto noon.

Sa ano dito, gayunpaman, ang mga gene? Ang ideya ng koneksyon ng "lukso sa arkitektura" na ito sa mga gene ng mga may-akda ng bagong hypothesis ay sinenyasan ng pinakabagong mga nagawa ng tinatawag na developmental biology. Nalaman na nang mas maaga na sa kurso ng pag-unlad ng embryonic ng anumang multicellular na organismo, ang mga selula nito ay sumasailalim sa pagdadalubhasa - mula sa ilan, halimbawa, ang mga binti ay nakuha, mula sa iba, halimbawa, mga kalamnan, hasang o mata. Nalaman din na ang mga utos para sa espesyalisasyon ng cell ay ibinibigay ng ilang mga gene. Ngunit sa mga nagdaang taon ay itinatag na upang ang pag-unlad ay magpatuloy ayon sa isang tiyak na plano - halimbawa, ang isang mata ay hindi lumalaki kung saan dapat ang isang binti - kinakailangan na ang mga gene na ito ay "nakabukas" sa tiyak na pagkakasunod-sunod, isa-isa, sa tamang oras, at espesyal, tinatawag na mga regulatory genes ang kumokontrol sa ganoong sistematikong pagsasama. Ang pinaka-pinag-aralan sa kanilang mga varieties ay ang mga gene ng „ hox“. Una silang natuklasan habang nag-aaral ng Drosophila.

Napag-alaman na ang mga gene ng pangkat na ito ay kumokontrol sa proseso ng pagtula ng pinakapangunahing at pinaka pangkalahatang mga prinsipyo istraktura ng katawan ng katawan. Ang walong gene ng pangkat na ito, na naroroon sa Drosophila, ay matatagpuan sa isa sa mga chromosome nang sunud-sunod. Gumagana ang mga ito sa parehong sunud-sunod na paraan: ang unang gene ay nagbibigay ng utos na itayo ang ulo, ang pangalawa ay nag-uutos sa pagtatayo ng susunod na bahagi ng katawan kasama ang axis nito, at iba pa, hanggang sa buntot. Nang artipisyal na binago ng mga mananaliksik ang pagkakasunud-sunod ng mga gene na ito, nakakuha sila ng mga langaw na, halimbawa, ay may mga binti na tumutubo sa kanilang mga ulo.

Mga gene ng pangkat hox nag-aral din sa mga palaka. Ipinakita ng pag-aaral na ito na bagama't ang mga palaka at prutas na palaka ay matatagpuan sa dalawang magkaibang sanga ng evolutionary tree (ang mga sanga na ito ay naiiba sa paraan ng pagkabuo ng bibig sa embryo), anim sa kanilang mga gene. hox kapansin-pansing katulad. Halimbawa, ang isa sa kanila sa Drosophila ay naiiba sa analogue nito sa palaka sa pamamagitan lamang ng isang "sign": sa Drosophila ay kinokontrol nito ang hitsura ng tiyan, at sa palaka ay kinokontrol nito ang likod. Kung inilipat mo ito mula sa Drosophila sa isang palaka, kung gayon ang kurso ng pag-unlad ay hindi maaabala sa lahat, tanging ang likod at tiyan ng palaka ang magbabago ng mga lugar. Tila, ang pagkakaibang ito ay lumitaw bilang isang resulta ng mutation. Sa pamamagitan ng pagbilang kung gaano karaming mga pagkakaiba-iba ng mutational ang naipon sa magkatulad na mga gene hox sa panahon ng magkahiwalay na pag-iral ng mga langaw at palaka, at alam ang average na bilang ng mga mutasyon na nangyayari bawat daang taon, tinutukoy ng mga mananaliksik kung gaano katagal na ang nakalipas na ang karaniwang ninuno ng mga palaka at langaw ng prutas ay nabuhay. Ang oras na ito ay naging nakakatakot na malapit sa oras ng pagsabog ng Cambrian - mga 565 milyong taon.

Tulad ng nasabi na natin, ang Drosophila ay mayroon lamang walo hox mga gene, sa mga mammal, halimbawa, mayroong kasing dami ng 38. Ngunit napag-alaman na ang lahat ng 38 gene na ito ay bahagyang binagong mga duplicate ng walong pangunahing mga gene. Tulad ng para sa walong pangunahing gene na ito mismo, sila ay naging magkapareho sa lahat mga modernong uri mga organismo mula sa mga mammal hanggang sa mga insekto. Tulad ng kaso ng palaka at Drosophila, ang pagkakatulad na ito ay naging posible upang makalkula nang eksakto kung kailan ang walong inisyal na hox mga gene na tumutukoy (at tinutukoy pa rin) ang pinaka-pangkalahatang mga prinsipyo ng istraktura ng katawan ng lahat ng mga modernong organismo (mga partikular na pagkakaiba sa istrukturang ito at ang hugis ng kanilang mga katawan - sabihin, sa pagitan ni Marilyn Monroe at langaw-Drosophila- ay nabuo sa pamamagitan ng pagkakaiba sa mga regulatory genes ng iba pang mga grupo na lumitaw sa ibang pagkakataon, sa kurso ng kasunod na ebolusyon).

Ang mga kalkulasyong ito ay humantong sa parehong mga resulta tulad ng paghahambing ng mga gene na ito sa mga palaka at langaw ng prutas. Ito ay naka-out na ang pangunahing genes ng grupo hox, na katulad sa lahat ng modernong organismo, ay nagmula sa mga karaniwang ninuno ng mga organismong ito, na lumitaw humigit-kumulang 565 milyong taon na ang nakalilipas, iyon ay, sa panahon kaagad bago ang pagsabog ng ebolusyon ng Cambrian. Tulad ng alam na natin, ang mga plano ng katawan na nakaligtas hanggang ngayon sa anyo ng pinaka-pangkalahatang mga prinsipyo ng arkitektura ng katawan ng mga modernong organismo ay lumitaw sa panahon ng Cambrian. At ngayon nakita namin na ang mga regulatory genes na responsable para sa mga ito pangkalahatang mga plano, lumitaw ilang sandali bago. Medyo natural na ipagpalagay na ito ang hitsura ng unang kumpletong grupo ng mga gene hox(binubuo ng walong pangunahing gene) ang nagsilbing trigger para sa kakaibang pagsabog ng mga form na tinatawag nating Cambrian explosion.

Sa una, si Valentin at ang kanyang mga kapwa may-akda ay nagtalo na ang kasaysayan ay nabuo bilang mga sumusunod: sa ngayon, ang mga pinakasimpleng organismo lamang ang umiral, kung saan ang buong grupo hox naubos isa lang at wala ng iba genome, sa panahon ng pre-Cambrian ang unang multicellular na organismo ay lumitaw, kung saan ang bilang ng mga gene na ito ay unti-unting tumaas sa lima o anim (sa mga flatworm), at sa panahon ng Cambrian ang bilang na ito ay biglang tumaas sa walo, at ito ay sapat na para sa paglitaw ng isang kapansin-pansing iba't ibang anyo.

Ang isang mas huling bersyon ng kanilang teorya ay mukhang mas kumplikado. Ngayon naniniwala sila na ang hitsura ng buong kinakailangang hanay ng mga regulatory genes ay naganap na sa panahon ng Precambrian, 565 milyong taon na ang nakalilipas. Ngunit para sa lahat ng biological na pundamentalidad ng kaganapang ito, ito ay, gayunpaman, isang kinakailangan lamang, ngunit hindi isang sapat na kondisyon para sa pagsabog ng Cambrian. Posible na kahit na sa isa sa mga gene na iyon, ang unang may-ari nito, ang ilang flatworm, ay walang mata, ngunit isang "eye potency" lamang - isang uri ng light-sensitive spot sa ulo.

Ang mga organismo ay hindi mga mekanikal na laruan na kailangan lamang itulak upang makakuha ng isang awtomatikong sagot, sa halip ay kinailangan ng isang kumplikadong kumbinasyon ng iba't ibang mga kondisyon para sa posibilidad na maging isang katotohanan at para sa isang pagtalon sa ebolusyon na maganap, katulad ng pagsabog ng Cambrian.

Sa madaling salita, maaaring may karagdagang nangyari sa panahon ng Cambrian, na gumanap bilang isang "trigger" para sa paglalagay ng mga gene na ito sa pagkilos, iyon ay, para sa paglikha ng iba't ibang iba't ibang anyo at uri, na napaka katangian ng panahong iyon. . Hindi tinukoy ni Valentin at ng kanyang mga kasamahan kung ano ang maaaring maging "karagdagang trigger". Isinulat lamang nila na "ang mga pagpapalagay ay mula sa isang matalim na pagtaas sa atmospheric oxygen sa itaas ng isang tiyak kritikal na antas sa isang ekolohikal na "lahi ng armas" kung saan ang ebolusyonaryong interaksyon ng mga mandaragit at biktima ay maaaring magbunga ng iba't ibang bagong species."

Sa mga salitang ito ay madaling makilala ang mga parunggit sa "oxygen hypothesis" ni Berkner-Marshall at "predator-reaper hypothesis" ni Stanley. Sa kabilang banda, si Kirschvink, ang lumikha ng "Earth somersault hypothesis," ay naniniwala na ang kanyang paliwanag sa pagsabog ng Cambrian sa pamamagitan ng sabay-sabay na pag-slide ng lahat. mga kontinente sa lupa maaari ding isama sa teorya ng "jump of regulatory genes" na iminungkahi nina Valentin, Yablonsky at Erwin. Samakatuwid, sa pagbubuod, masasabi natin na ang pinakabagong mga teorya ng pagsabog ng Cambrian ay may posibilidad na pagsamahin ang ilang iba't ibang mga hypotheses at sa gayon ay ipaliwanag ang kakaiba at mahiwagang kababalaghan hindi sa anumang dahilan, ngunit sa pamamagitan ng interaksyon ng ilan iba't ibang salik, bilang pisikal at kemikal, pati na rin ang biyolohikal.

Dito maaari tayong gumuhit ng isang linya sa ilalim ng kuwento ng mga misteryo ng pagsabog ng Cambrian at mga pagtatangka na ipaliwanag ang mga ito. Ngunit sa aming listahan ng mga misteryong ito ay may isa pang hindi nalutas na problema.

Gaya ng nasabi na natin, ang Cambrian evolutionary leap ay nagpapakita ng isang pangunahing kahirapan para sa "orthodox" na teorya ni Darwin, kung saan ang ebolusyon ay itinuturing na kinakailangang "smooth" at "continuous". Upang maiwasan ang paghihirap na ito, ang ilang mga biologist ay ganap na itinatanggi ang katotohanan ng pagsabog ng Cambrian, habang ang iba ay nagmumungkahi ng mga radikal na pagbabago sa "orthodox Darwinism." Sa mga nagdaang taon, ang bawat panig ay naglagay ng mga bagong argumento sa pabor nito, at ito ay lalong nagpalala sa pagtatalo sa mga pundasyon ng Darwinismo. Ang kontrobersyang ito ay tiyak na nararapat sa isang hiwalay na kuwento.

"Ang kaalaman ay pahid"

Sa mga sedimentary na bato ng Cambrian (ang unang panahon ng panahon ng Paleozoic), simula sa pinakamababang abot-tanaw, biglang lumitaw ang isang malaking pagkakaiba-iba at kasaganaan ng mga labi ng fossil. Sa pagtatapos ng Cambrian, lumilitaw ang halos lahat ng kilalang uri ng multicellular na hayop. Ang pagsabog na ito ng morphogenesis sa hangganan ng Proterozoic at Paleozoic ay isa sa mga pinaka mahiwagang kaganapan sa kasaysayan ng buhay sa Earth. Dahil dito, ang simula ng panahon ng Cambrian ay isang makabuluhang milestone na madalas sa buong nakaraang panahon kasaysayang heolohikal, ibig sabihin, ang buong cryptozoic, ay tinatawag na "Precambrian".

Bagaman maraming mga uri ng Metazoa ang nabuo na sa Late Proterozoic, ang mga libing ng mga kinatawan ng mga pangkat na ito sa Late Proterozoic na mga deposito ay bihira, na ipinaliwanag sa pamamagitan ng kawalan ng isang matigas na balangkas sa karamihan ng mga hayop na Precambrian. Sa unang bahagi ng Cambrian, ang gayong balangkas ay higit na lumitaw iba't ibang grupo hayop. Kasabay nito, ang mga skeletal tissue at skeletal anatomy ay ganap na naiiba sa iba't ibang grupo: mula sa flexible jointed chitinous shell ng arthropods hanggang sa monolithic calcareous shell ng mollusks at brachiopods.

Isang kahanga-hangang fossil fauna, kabilang ang iba't ibang hayop, na parehong pinagkalooban ng balangkas at "malambot ang katawan", ay natuklasan noong unang bahagi ng 1980s. sa Middle Cambrian Burgess Shale in British Columbia Sa Canada. Kasama sa fauna na ito ang humigit-kumulang 120 genera, kabilang ang mga kinatawan ng mga espongha, coelenterates, annelids-polychaetes, mollusks, arthropods, echinoderms, hemi-chordota, chordates, brachiopods at iba pang mga grupo, kabilang ang mga misteryosong organismo ng hindi kilalang taxonomic affiliation. Kabilang sa mga ito, ang malalaking Anomalocans na mandaragit ay namumukod-tangi, na umaabot sa 2 m ang haba at nagtataglay ng kakaibang anyo: isang pahabang naka-streamline na katawan, malalaking stalked na mga mata, isang pares ng magkasanib na perioral appendage, na malamang na nagsisilbing manghuli ng biktima; jaw apparatus ng maraming movable plates, ventral fin, nahahati sa isang bilang ng sunud-sunod na lobes.

Marami sa pinakamahalagang kaganapan sa kurso ng Precambrian at post-Cambrian evolution ay ipinaliwanag ng hypothesis na iniharap noong 60s. L. Berkner at L. Marshall, na batay sa mga regular na pagbabago sa mga kondisyon sa tirahan ng mga sinaunang organismo. Iniuugnay ng hypothesis na ito ang pag-unlad ng buhay sa Earth sa mga pagbabago sa nilalaman ng oxygen sa atmospera ng Earth.

AT modernong kapaligiran Ang lupa ay naglalaman ng humigit-kumulang 21% na oxygen.

Gayunpaman, ang kapaligiran ng oxygen, na napakayaman sa elementong ito, sa lahat ng mga planeta ng solar system, ay natatangi sa Earth. Hindi ito sinasadya: ang mataas na aktibidad ng kemikal ng oxygen ay humahantong sa katotohanan na sa ilalim ng mga kondisyon ng planeta, ang oxygen sa isang libreng estado ay hindi maaaring umiral nang mahabang panahon: nakikilahok sa iba't ibang mga reaksiyong kemikal, lumiliko ito na nakagapos sa anyo ng mga oxide at iba pang mga compound. Ang kasaganaan ng oxygen sa kapaligiran modernong lupa- ang resulta ng photosynthesis na isinasagawa sa loob ng 3 bilyong taon ng mga berdeng halaman. Sa mga proseso ng photosynthesis mula sa carbon dioxide at tubig, gamit ang enerhiya ng sikat ng araw, ang mga organikong sangkap ay synthesize (pangunahing bioproduction) at ang libreng oxygen ay inilabas.

Sa pangunahing kapaligiran ng Earth, ang dami ng libreng oxygen ay hindi maaaring lumampas sa 0.001 ng kasalukuyang nilalaman nito. Ang maliit na halaga ay inilabas bilang resulta ng photodissociation ng tubig sa pamamagitan ng ultraviolet rays; mabilis na pumasok ang oxygen sa iba't ibang kemikal na reaksyon at muling natagpuan ang sarili sa isang estadong nakagapos ng kemikal.

Upang palabasin ang enerhiya na kailangan sa mga proseso ng buhay, ang anaerobic dissimilation (fermentation) ay orihinal na ginamit:

C6H12O6 → 2CH3CH2CH + 2CO2 + 210 kJ/mol

Sa isang kapaligirang walang oxygen, ang paglaganap ng buhay ay mas limitado kaysa ngayon. Sa modernong kapaligiran, ang matigas na ultraviolet radiation ay nasisipsip ng ozone screen - isang layer ng ozone (O3), na nabuo sa taas na halos 50 km mula sa oxygen (O2) sa ilalim ng impluwensya ng solar radiation at ipinamamahagi pangunahin 15- 60 km mula sa ibabaw ng lupa. Sa oxygen-free na kapaligiran ng maagang Proterozoic, walang ozone screen, at ang buhay ay maaaring umunlad lamang sa ilalim ng isang layer ng tubig na halos 10 m ang kapal. Ang mga layer ng tubig sa ibabaw, na nakatanggap ng pinakamalaking dami ng solar radiation energy, ay hindi naa-access. sa mga organismo. Natural, ang mga kontinente ay ganap ding walang buhay.

Sa pagdating ng photosynthesis, nagsimulang ilabas ang oxygen sa atmospera.

C6H12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + 2880 kJ/mol

– kumpara sa 210 kJ/mol na inilabas sa panahon ng fermentation. Ito ay isang malaking pagbabago sa pag-unlad ng buhay.

Sa mga modernong organismo, ang tinatawag na facultative aerobes, na maraming bacteria at ilang yeast fungi, kapag bumababa ang oxygen content sa ibaba ng Pasteur point, ginagamit ang fermentation, kapag tumaas ang nilalaman nito sa itaas ng puntong ito, respiration (Pasteur effect).

Ang paglipat sa aerobic dissimilation sa ebolusyon ng mga sinaunang organismo, siyempre, ay hindi naganap kaagad - nangangailangan ito ng pagbuo ng naaangkop na mga sistema ng enzymatic - ngunit ang mga species na nakakuha ng kakayahang huminga ay nakatanggap ng isang malaking pakinabang ng enerhiya at, bilang isang resulta, ang pagkakataon na tumindi nang husto ang metabolismo at lahat ng mga proseso ng buhay (bilang ito ay naging sistema ng enzyme cellular respiration lumitaw sa pamamagitan ng isang bahagyang pagbabago ng sistema ng enzyme ng photosynthesis, dahil ang dalawang prosesong ito ay nakabatay sa halos parehong pagkakasunud-sunod ng mga reaksiyong kemikal, na pumupunta lamang sa magkasalungat na direksyon; Dapat itong isaalang-alang na halos lahat mga reaksiyong biochemical nababaligtad. Ito ay isang kinakailangan para sa karagdagang progresibong ebolusyon at malamang na nag-ambag sa pagpapabilis ng mga pagbabagong ebolusyon.

Ito ay pinaniniwalaan na ang akumulasyon ng oxygen ay nagpatuloy ng paputok, sa loob ng halos 20 libong taon.

Ngunit ang tagumpay ng Pasteur point sa pag-unlad ng kapaligiran ng Earth ay minarkahan hindi lamang sa pamamagitan ng paglitaw ng posibilidad ng aerobic dissimilation. Kapag ang nilalaman ng oxygen sa atmospera ay 0.01 ng kasalukuyang, isang ozone screen ay nabuo, na maaari nang maprotektahan ang itaas na mga layer ng tubig sa mga reservoir mula sa matigas na ultraviolet radiation (mga 1 m lamang ng tubig ang kinakailangan upang "tumulong"). Ito, una, ay nagpapahintulot sa mga organismo na makabisado ang mga itaas na layer ng mga anyong tubig, ang pinakamayaman enerhiyang solar; bilang isang resulta, ang kahusayan ng photosynthesis ay tumataas nang husto, bioproduction at ang pagpapalabas ng libreng pagtaas ng oxygen. Pangalawa, ang arena ng buhay ay lubos na lumalawak: ang mga kondisyon sa mga anyong tubig ay higit na magkakaibang sa mababaw na kalaliman kaysa sa mga mahusay. Ang pag-unlad ng iba't ibang mga kondisyon sa isang kapaligiran na mayaman sa enerhiya ay hindi maaaring hindi humantong sa isang matalim na pagtaas sa pagkakaiba-iba ng mga anyo ng buhay, sa isang tunay na pagsabog ng morphogenesis.

Ayon sa mga kalkulasyon nina Berkner at Marshall, ang Pasteur point sa ebolusyon ng kapaligiran ng Earth ay naipasa humigit-kumulang 620 milyong taon na ang nakalilipas; ayon sa ilang iba pang mga siyentipiko, marahil mas maaga - sa pagitan ng 700-1000 milyong taon na ang nakalilipas. Ngunit, sa anumang kaso, ang Pasteur Point ay naipasa sa Late Proterozoic, sa ilang sandali (sa geological na kahulugan ng salita) bago ang hangganan ng Lower Cambrian. Nakikita ito nina Berkner at Marshall bilang susi sa paglutas ng misteryo ng Lower Cambrian na pagsabog ng morphogenesis sa ebolusyon ng mga organismo, na sumunod sa pagkamit ng punto ng Pasteur sa atmospera at lohikal na sumusunod mula sa mga kahihinatnan ng kaganapang ito (pagtindi ng metabolismo, pag-unlad. ng maraming bagong magkakaibang tirahan, tumaas na photosynthesis, tumaas na bioproduction, pinabilis ang ebolusyon ).

Matapos maabot ang nilalaman ng oxygen sa atmospera na katumbas ng 0.1 ng modernong isa (ang pangalawang punto ng Pasteur), ang ozone screen ay nagagawa nang ganap na protektahan ang mga organismo mula sa pagkilos ng matitigas na ultraviolet radiation. Mula sa puntong ito, ang mga organismo ay maaaring magsimulang bumuo ng lupa bilang isang tirahan. Ayon sa mga kalkulasyon nina Berkner at Marshall, dapat mangyari ito sa pagtatapos ng Ordovician (mga 420 milyong taon na ang nakalilipas). Sa katunayan, ang hitsura ng mga unang organismo sa lupa ay nagsimula noong mga panahong ito. (Ayon sa isang bilang ng iba pang mga siyentipiko, ang nilalaman ng oxygen sa atmospera na katumbas ng 10% ng modernong isa ay naabot na sa simula ng Cambrian, mga 580 milyong taon na ang nakalilipas).

Ang kasalukuyang nilalaman ng oxygen sa atmospera ay naabot sa pagtatapos ng panahon ng Permian.

Ang hypothesis ng Berkner at Marshall ay kaakit-akit hindi lamang para sa lohika at pagkakapare-pareho nito, kundi pati na rin para sa pag-asam ng karagdagang pag-unlad ng mga ideyang ito. Tulad ng nabanggit na natin, sa pagliko ng Lower Cambrian, sa pinakadulo iba't ibang grupo ang mga organismo ay bumuo ng isang matigas na balangkas na nagpapadali sa kanilang fossilization. Ang pagbuo ng balangkas ay maaari ding direktang bunga ng pagtaas ng nilalaman ng oxygen sa atmospera. Gaya ng ipinakita nina R. at E. Raffa, na may mababang nilalaman ng oxygen sa kapaligiran ang laki ng katawan ng mga multicellular na hayop ay hindi maaaring malaki (dahil sa mababang antas ng metabolismo at enerhiya ng mga organismo); gas exchange sa panlabas na kapaligiran, marahil, ay isinasagawa diffusely, sa pamamagitan ng ibabaw ng katawan; habang ang kapal ng mga dingding ng katawan ay hindi lalampas sa ilang milimetro. Para sa mga naturang organismo, hindi na kailangan ng isang sumusuporta sa panloob na kalansay, at ang proteksiyon na panlabas na mga pormasyon ng kalansay ay mapipigilan ang palitan ng gas. Ang K.Tove ay dumating sa konklusyon na sa ilalim ng mga kondisyon ng mababang nilalaman ng oxygen sa kapaligiran, ang mga hayop na Precambrian ay hindi maaaring magkaroon ng mahusay na binuo connective tissue formations na bumubuo ng batayan para sa pag-unlad ng skeleton. Ang lakas ng mga istruktura ng connective tissue ay batay sa nilalaman ng collagen protein sa kanila, na kinabibilangan ng amino acid hydroxyproline. Ang pagbuo nito ay posible lamang sa isang sapat na mataas na nilalaman ng oxygen sa kapaligiran. Dahil dito, sa mababang nilalaman ng oxygen, ang synthesis ng collagen ay biochemically hampered, at ang mga organismo ay hindi maaaring magkaroon ng malakas na connective tissue structures, at samakatuwid ay isang skeleton, at isang mataas na binuo muscular system (na kung saan ay epektibo lamang sa pagkakaroon ng naaangkop na mga istrukturang sumusuporta).

Pinag-aralan nina D. Rhodes at J. Morse ang pamamahagi ng iba't ibang hayop sa mga modernong reservoir na may mababang nilalaman ng oxygen sa tubig (sa Gulpo ng California at sa Black Sea). Ang isang malinaw na ugnayan ay natagpuan sa pagitan ng nilalaman ng oxygen sa tubig at ang likas na katangian ng benthic fauna (benthos). Kapag ang nilalaman ng oxygen ay mas mababa sa 0.1 ml bawat 1 litro ng tubig, walang mga multicellular na hayop sa benthos; sa 0.3-1 ml/l may mga maliliit na malambot na katawan (skeletal) na hayop na bumabaon sa silt; Sa wakas, sa mas mababaw na mga layer na may nilalamang oxygen na higit sa 1 ml / l, nabubuhay ang iba't ibang uri ng mga hayop na may calcareous skeleton. Ang mga datos na ito ay nagbibigay ng isang uri ng buhay na paglalarawan ng konsepto ng Berkner at Marshall.

Isa-isahin natin ang ilang resulta. Ang paghihiwalay ng karamihan sa mga uri ng hayop ay malamang na naganap sa Late Proterozoic, 550-800 milyong taon na ang nakalilipas. Ang mga primitive na kinatawan ng lahat ng mga grupo ng metazoans ay maliit, kalansay na mga hayop. Ang patuloy na akumulasyon ng oxygen sa atmospera at ang pagtaas ng kapangyarihan ng ozone screen sa pagtatapos ng Proterozoic ay nagpapahintulot sa mga hayop na madagdagan ang laki ng kanilang katawan. Ang mga organismo ay nakakuha ng pagkakataon na kumalat nang malawak sa mababaw na kalaliman ng iba't ibang anyong tubig, na nag-ambag sa isang makabuluhang pagtaas sa pagkakaiba-iba ng mga anyo ng hayop (Vendian fauna).

Gayunpaman, sa Late Vendian, ang sinaunang fauna ng metazoans na ito ay sumailalim sa isang makabuluhang pagkalipol, na sinamahan ng isang bagong makabuluhang pagbaba sa laki ng katawan ng mga organismo na nakaligtas sa pagkalipol. Marahil ito ay pinadali ng isang napakalakas na glaciation (ayon sa ilang mga mapagkukunan, ang average na taunang temperatura ng Earth ay bumaba sa oras na ito sa halos 5 ° C). Sa pagtatapos ng Vendian, ang mga glacier ay umatras, at ang mga kondisyon ay muling naging paborable para sa malawakang dispersal ng mga organismo.

Ang pagsabog ng formative evolution sa unang bahagi ng Cambrian sa loob ng humigit-kumulang 15 milyong taon ay humantong sa paglitaw sa fossil record ng mga kinatawan ng halos lahat ng kilalang uri ng mga organismo. Sa panahon ng Paleozoic, na tumagal ng higit sa 300 milyong taon, nagkaroon ng mga makabuluhang pagbabago sa pisikal at heograpikal na mga kondisyon: topograpiya ng lupa at seabed, ang pangkalahatang ratio ng lugar ng mga kontinente at karagatan, ang posisyon ng mga kontinente, klima at marami. iba pang mga kadahilanan. Ang mga pagbabagong ito ay tiyak na kailangang makaapekto sa pag-unlad ng buhay.

Sa parehong aklat na "The Origin of Species", isinulat ni Charles Darwin: "Kung maraming uri ng hayop na kabilang sa parehong klase ang nagsimulang umiral. sabay-sabay, kung gayon ito ay magiging isang kamatayang suntok sa teorya na nagbibigay ng ebolusyon mula sa isang karaniwang ninuno sa pamamagitan ng natural na pagpili.

Ang mga modernong siyentipiko, na pinag-aralan nang detalyado ang mga labi ng fossil, ay kumbinsido na ang mga nabubuhay na nilalang ay biglang lumitaw sa Earth. Sa tinatawag na Cambrian layer, natagpuan ang mga labi ng trilobites, sponge, worm, starfish, snails, floating crustaceans, cephalopods, arthropods, atbp. Ang unicellular at bacteria ay natagpuan din dito at medyo mas mababa. Ang pagkakaroon ng anumang mga multicellular na organismo na mas maaga kaysa sa Cambrian punto ng pagtatalo. Kaya't maliwanag na maraming mga species, na naiiba sa isa't isa, at mayroon nang perpektong mga organismo, ay umiral nang sabay-sabay at walang mga ninuno kung saan sila maaaring nagmula. Sa geology, ang phenomenon na ito ay tinatawag na Cambrian Explosion.

kanin. Mga naninirahan sa panahon ng Cambrian

Siyanga pala, mahirap ding sagutin ng mga ebolusyonista ang tanong kung bakit sa makabagong kalikasan, gayundin sa kalikasan ng panahon ng Cambrian (na diumano ay mahigit 500 milyong taon na ang nakalilipas), mayroong mga espongha, bulate, isdang-bituin, kuhol, lumulutang na crustacean, atbp.? Bakit hindi sila umunlad sa mas matataas na anyo sa mahabang panahon? Kung ang ebolusyon ay isang positibo, hindi maiiwasang pataas na paggalaw ng lahat ng nabubuhay na bagay, kung gayon bakit hindi nito nahawakan ang lahat ng nilalang? Ito ay magiging mas lohikal kung sa kasalukuyan ay isang korona na lamang ng ebolusyon ang nananatili sa planeta - ang tao!

Bakit ang mga amoeba, insekto, isda, amphibian, reptile, mammal, unggoy at tao ay nabubuhay pa rin sa Earth sa parehong oras? Marahil para sa parehong dahilan na ang isda ng coelacanth ay umiiral pa rin: ito ay nabuhay nang matagal na ang nakalipas, patuloy na nabubuhay ngayon. Kahit na subukan mong maniwala sa ebolusyon, kailangan mong sagutin ang tanong: huminto ba ang ebolusyon ngayon o hindi? Gayunpaman, ang pagsagot sa tanong na ito ay nagtataas ng iba pang mga tanong na hindi pa nasasagot.

Kung ipagpalagay natin na ang lahat ng nabubuhay na nilalang, mula sa simple hanggang sa kumplikado, ay nasa proseso pa rin ng ebolusyon, pagkatapos ay kailangan nating ipaliwanag kaagad kung bakit walang buhay na transitional form sa kanila. Kung iniisip natin na ang ebolusyon ay natapos na at ang mga nilalang na umabot sa pagiging perpekto ay tumigil sa kanilang pag-unlad matagal na ang nakalipas, at ang iba ay nalipol sa pamamagitan ng natural na pagpili, kung gayon hindi maipaliwanag na katotohanan bakit walang sapat na patay na intermediate link sa ebolusyon. Ngunit ang mga labi ng transisyonal na anyo ay dapat nasa trilyon at kahit sextillion, na naipon sa bituka ng daigdig diumano sa milyun-milyong taon.

Tungkol sa pinakabagong data na nalaman tungkol sa malayong panahon na ito, sa kanyang aklat na The Birth of Complexity. Evolutionary biology ngayon: di-inaasahang mga pagtuklas at mga bagong tanong,” isinulat ni Alexander Markov, isang kilalang biologist at popularizer ng agham. Sa katunayan, kakaunti ang nalalaman ng agham ngayon tungkol sa panahon ng Cambrian, dahil ang mga kaganapan na pag-uusapan natin ay naganap 542 milyong taon na ang nakalilipas. Noong mga naunang panahon (Archaean at Proterozoic eon) agham sa lahat - hanggang kamakailan, halos walang alam. Ito ay naiintindihan, dahil ang Precambrian strata ay talagang mukhang halos patay na, ang mga bakas ng anumang buhay ay halos hindi nahulaan sa kanila. Ngunit ang pagsabog ng Cambrian ay nailalarawan lamang ng biglaang paglitaw ang pinaka magkakaibang mga anyo ng buhay na lumitaw na parang mula sa wala. Minsang tinawag ni Darwin ang panahong ito na isang katotohanang hindi akma sa kanyang teorya ng unti-unting pagbabago sa ebolusyon.

Hindi alam noon ni Darwin na sa panahon ng pagsabog ng Cambrian, maraming anyo ng mga buhay na organismo ang biglang nagsimulang makakuha ng solidong mineralized na balangkas. Gayunpaman, mayroon pa ring buhay sa Precambrian (cryptozoic), kaya naman tinawag itong panahon ng "nakatagong buhay". Alam ng agham ngayon na marami sa mga grupo ng mga hayop na matatagpuan sa Cambrian strata ay nanirahan sa Cryptozoic. Kaya lang, karamihan sila ay mga nilalang na malalambot ang katawan na walang matigas na shell o skeleton. Ngunit ang misteryo ng pagsabog ng Cambrian ay nananatili pa rin, ito lamang na ngayon ang pag-uusap ay hindi tungkol sa kung ano kumplikadong mga hugis Ang buhay ay lumitaw nang wala saan, ngunit tungkol sa kung bakit napakarami sa kanila ang biglang nakakuha ng isang mineral na kalansay. "Maaaring ito ay dahil sa mga pagbabago sa mga kondisyon sa kapaligiran. Halimbawa, ang isang matalim na pagbaba sa kaasiman ng tubig ay maaaring humantong sa ganoong epekto, bilang isang resulta kung saan ang calcium carbonate, ang pinakakaraniwang materyal na bumubuo ng balangkas sa mga hayop, ay naging hindi gaanong natutunaw sa tubig ng dagat at mas madaling namuo," ang isinulat ni Alexander. Markov. Ngunit mayroong maraming iba pang mga hypotheses.

Pinag-uusapan ni Markov ang tungkol sa isang relatibong kamakailang pag-aaral na nauugnay sa mga kaganapang naganap sa panahon ng Pagsabog ng Cambrian at sa comparative genomics, at sa maagang ebolusyon ng mga hayop.

Upang magkaroon ng carbonate skeleton ang mga hayop, hindi sapat na maging paborable ang kapaligiran. Kinakailangan din na magkaroon ng mga espesyal na gene at enzyme sa tulong ng kung saan ang mga buhay na organismo ay makokontrol ang proseso ng pagbuo at paglaki ng mga kristal na calcium carbonate sa ilang bahagi ng kanilang katawan at sa kinakailangang bilang. Ang mga carbonic anhydrase enzyme ay gumaganap ng napakahalagang papel sa pagbuo ng naturang mga balangkas; pinapabilis nila ang reaksyon ng pag-convert ng carbon dioxide na natunaw sa tubig sa bikarbonate ng halos isang milyong beses. Ang mga carbonic anhydrase ay karaniwang karaniwan sa kaharian ng hayop. Bilang karagdagan sa katotohanan na nag-aambag sila sa pagbuo ng balangkas, nagsasagawa sila ng maraming iba pang mga pag-andar. Hanggang kamakailan lamang, hindi alam kung kailan at sa anong pagkakasunud-sunod ng mga nabubuhay na organismo ang nakakuha ng carbonic anhydrases. Gayunpaman, hindi pa katagal, pinag-aralan ng mga eksperto sa Australia at Aleman ang mga skeletal enzyme sa isang primitive archaic sponge, isang buhay na fossil na nabubuhay sa ating planeta nang higit sa 200 milyong taon - Astrosclera wileyana. Batay sa pag-aaral na ito, natukoy ng mga siyentipiko na ang lahat ng marami at magkakaibang mga carbonic anhydrase ng hayop ay nagmula sa iisang protina na may huling karaniwang ninuno ng lahat ng hayop.

"Ang 'huling karaniwang ninuno ng lahat ng mga hayop' ay walang alinlangan na nabuhay nang matagal bago ang Cambrian skeletal revolution. Lumalabas na ang mga hayop sa una ay mahusay na inihanda (paunang inangkop) para sa pagbuo ng balangkas ng mineral - mula pa sa simula mayroon silang mga enzyme na maaaring kapansin-pansing mapabilis ang pagbuo ng calcium carbonate, "isinulat ni Markov. Marahil, ang mga naturang enzyme ay ginagamit ng malambot na katawan na mga hayop na Precambrian hindi para sa pagbuo ng balangkas, ngunit para sa iba pang mga layunin (ang katotohanan na ang carbonic anhydrases ay gumaganap ng iba pang mga function sa katawan ay nabanggit sa itaas). Nang ang kapaligiran ay nagsimulang pabor sa biomineralization, ang iba't ibang mga hayop ay nakapag-iisa na nakinabang mula dito, na bumubuo ng kanilang mga skeleton at shell sa tulong ng mga enzyme na ito.

Yastrebov S.A.

("HiZh", 2016, No. 10)

Vendian Prelude

Ang panahon ng Snowball Earth ay natapos 635 milyong taon na ang nakalilipas. Nagsimula ang huling panahon ng Proterozoic - ang Ediacaran (635-542 milyong taon na ang nakalilipas). Ngayon ay magiging mas maginhawa para sa atin na subaybayan ang oras hindi sa bilyun-bilyong taon, ngunit sa milyun-milyon - malinaw na ipinapakita nito kung paano bumibilis ang mga kaganapan. Bagaman, marahil, ang punto ay mas malapit sila sa atin at mas maraming bakas ng mga ito ang napanatili. Noong nakaraan, ang mga Ediacarans ay tinawag na Vend, bilang parangal sa mga sinaunang Slavic na tribo - ang Veneds (ang pangalan ng lungsod ng Venice ay nagmula rin sa kanila). Sa kasamaang palad, ngayon ang magandang pangalan na ito ay napanatili lamang bilang isang hindi mahigpit na kasingkahulugan.

Ang pangunahing kaganapan ng Ediacaran (dapat idagdag ng isa: mula sa aming anthropocentric na pananaw) ay dapat na tinatawag na hitsura ng mga multicellular na hayop. Hindi madaling makipag-date sa kaganapang ito. Sa paleontological record ng Ediacaran mayroong sapat na katibayan ng paglipat sa multicellularity ng uri ng hayop - gayunpaman, mas maaga sila, mas kontrobersyal ("Nature", 2014, 516, 7530, 238-241, tingnan din ang artikulo ni Alexander Markov, http://elementy. ru/novosti_nauki/431720). Sa ikalawang kalahati ng Ediacaran, ang mga vendobionts ay lumilitaw sa kasaganaan - malaki, hanggang sa isang metro ang haba. mga misteryosong nilalang na may flat disc-shaped o hugis-dahon na katawan, na binubuo ng maraming paulit-ulit na "segment" ng parehong uri. Ang mga "Segment" ay nasa mga panipi dito dahil ang pagse-segment ng mga venodobionts ay halos tiyak na walang kinalaman sa pagse-segment ng mga tunay na metazoan. Ang terminong "vendobionts" ay nilikha ng paleontologist ng Aleman na si Adolf Zeilacher, na itinuturing ang mga nilalang na ito bilang isang napakaespesyal na anyo ng buhay - higanteng multinucleated na mga selula ("Planetary Systems and the Origins of Life", Cambridge University Press, 2007, 193-209 ). Sa katunayan, may dahilan upang maniwala na ang mga vendobionts ay sa maraming aspeto ay mas malapit hindi sa mga multicellular na hayop, ngunit sa amoeba o fungi (nga pala, ang malalaking multinucleated na mga cell ay hindi karaniwan sa kanilang dalawa). Sinubukan nilang lumabas malaking sukat, na sa una ay humantong sa tagumpay, ngunit natapos sa kabiguan: sa pagtatapos ng Ediacaran, ang Vendobionts ay nawala.

Sa kabilang banda, dapat itong isaalang-alang na ang mga venodobionts ay napaka-magkakaibang. Ito ay hindi isang katotohanan na maaari silang ituring na hindi bababa sa ilang pagtatantya bilang isang solong grupo. Ito ay higit pa sa isang antas ng ebolusyon. At sa kabila ng katotohanan na ang karamihan sa mga venodobionts ay hindi nag-iiwan ng anumang mga inapo, ang mga modernong hayop ay maaaring direktang nagmula sa ilan sa kanila - halimbawa, lamellar at ctenophores ("Ebolusyon at Pag-unlad", 2011, 13, 5, 408-414). Walang hindi kapani-paniwala tungkol sa mga ugat ng Ediacaran ng mga sanga ng ebolusyon na ito.

Tinatawag ang pinakamatandang hindi mapag-aalinlanganang fossil multicellular na hayop Kimberella quadrata. Isa itong bilateral na simetriko na nilalang na hanggang 15 sentimetro ang haba, gumagapang sa kahabaan ng seabed. Ang likas na katangian ng mga pagbabago sa hugis ng katawan ng mga natagpuang kimberell (at marami sa kanila ang natagpuan, sa iba't ibang parte liwanag) kasama ang mga yapak ay nag-iiwan ng walang alinlangan na sila ay aktibong gumagapang, nag-uunat, nagkontrata at nakayuko sa tulong ng mga kalamnan. Ang mga katangian ng Kimberella ay isang pahabang ngunit siksik na katawan na may binti (muscular undersurface) at isang mantle (isang tupi na nasa hangganan ng katawan). Ayon sa mga tampok na ito, ito ay halos kapareho hindi sa sinuman, ngunit sa mga mollusk (Paleontological Journal, 2009, 43, 601, doi: 10.1134/S003103010906001X). Ito ay pinaniniwalaan na si Kimberella ay mayroon pang radula, isang "dila" na katangian ng mga mollusc na may chitinous na ngipin, na inangkop para sa pag-scrape ng algae (PALAIOS, 2010, 25, 565-575, doi: 10.2110/palo.2009.p09-079r). Sa isang paraan o iba pa, ito ay sa lahat ng mga account ay isang tunay na multicellular na hayop.

Nabuhay si Kimberella 555 milyong taon na ang nakalilipas ("Science", 2000, 288, 5467, 841-845). At sa parehong oras, maraming fossil footprint ng mga hayop na tila aktibong gumagapang sa ilalim ay lumilitaw sa unang pagkakataon (“Philosophical Transactions of the Royal Society B”, 2008, 363, 1496, doi: 10.1098/rstb.2007.2232). Dapat pansinin na ang "tunay na multicellular na hayop" ay hindi isang napakahigpit na termino; dito sapat na ang sumang-ayon na tawagin natin ang mga hayop na may kalamnan, bibig at bituka. Ang Vendobionts, sa abot ng makakaya ng isa, ay wala nito. Kumain sila sa pinakamagandang kaso microscopic algae, ngunit malamang na mga substance lang na natunaw sa tubig dagat (“Trends in Ecology & Evolution”, 2009, 24, 1, 31-40). Sa dulo lamang ng Ediacaran ay lumitaw ang mga multicellular na nilalang na maaaring aktibong maghanap ng biktima at makuha ito sa malalaking piraso upang matunaw ito sa loob. Ang mga Vendobionts ay walang pagtatanggol bago ang gayong mga halimaw - hindi nakakagulat na ang kanilang "ginintuang edad" ay natapos doon. Nagsimula ang isang ganap na naiibang panahon sa kasaysayan ng mga komunidad ng benthic.

"Big Bang ng Buhay"

Ang katapusan ng panahon ng Ediacaran ay kasabay ng hangganan ng dalawang eon - ang Proterozoic at ang Phanerozoic; at dito kailangan natin ng kaunting paliwanag. Ang "Phanerozoic" ay literal na nangangahulugang " puro buhay". Ito ang panahon kung saan nabibilang ang karamihan sa mga fossil na pinag-aralan ng mga paleontologist. Ang lahat ng nakaraang panahon, kabilang ang Proterozoic, Archean, at Catarchean, ay sama-samang tinutukoy bilang Cryptozoic - "nakatagong buhay". Ang Phanerozoic, sa turn, ay nahahati sa tatlong panahon, ang mga pangalan na malamang na pamilyar sa karamihan sa atin: Paleozoic, Mesozoic at Cenozoic. Ang ibig sabihin ng "Paleozoic" ay "sinaunang buhay", "Mesozoic" - " karaniwang buhay", "Cenozoic" - "bagong buhay". Ang bawat isa sa mga panahong ito ay nahahati sa mga panahon. Ang panahon kung saan nagsimula ang Paleozoic (at sa gayon ang buong Phanerozoic) ay tinatawag na Cambrian. Tulad ng maraming iba pang panahon ng geological, nakuha ng Cambrian ang pangalan nito mula sa heograpiya: Ang Cambria ay ang Romanong pangalan para sa Wales, isang bansang Celtic sa kanluran ng Britain. Alinsunod dito, ang isang napaka-karaniwang kasingkahulugan para sa Cryptozoic ay ang Precambrian.

Upang makita nang tama ang pananaw, tandaan natin ang sumusunod: ang buong Phanerozoic ay (bilog) lamang tungkol sa 1/9 ng panahon ng pagkakaroon ng Earth, at ng kasaysayan ng buhay dito. Ang natitirang 8/9 ay Precambrian. Ito ay isa pang bagay na sa mga kaganapan sa Phanerozoic ay napaka-puro.

Noong 1845, iminungkahi ng mahusay na Scottish geologist na si Roderick Murchison na tawagan ang lahat ng oras bago ang simula ng Cambrian na panahon ng Azoic, iyon ay - literal - walang buhay. Ang pangalang ito ay hindi nagtagal: ipinakita na ng mga paleontologist noong ika-19 na siglo na may mga bakas ng buhay sa kapal ng mga batong Precambrian ("The Journal of Geology", 1927, 35, 8, 734-742). At ngayon alam na nating sigurado na ang buhay ay nasa Earth sa panahon ng karamihan ng Precambrian, at maaari tayong makipag-date sa maraming Precambrian. mga pangunahing kaganapan- halimbawa, ang oxygen revolution o ang paglitaw ng multicellularity.

Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng Phanerozoic at Precambrian na buhay ay ang napakalaking kasaganaan ng mga multicellular na hayop, ang karamihan sa mga ito ay nabibilang na sa mga modernong uri. Lumilitaw sa Cambrian ang mga espongha, ctenophores, coelenterates, lahat ng uri ng bulate, arthropod, mollusc, brachiopod, echinoderms, hemichordates, at chordates. biglaang hitsura Ang mga hayop na ito sa talaan ng fossil ay tinatawag na pagsabog ng Cambrian. Sa mas lumang mga layer, walang mga labi ng mga ito (hindi bababa sa, sila ay hindi malabo at hindi mapag-aalinlanganan na tinutukoy). Ang Cambrian ay ang panahon ng kapanganakan ng isang fauna na malapit sa moderno. Ang pagsabog ng Cambrian ay nagkaroon ng ganoong epekto at nangyari nang napakabilis na madalas itong tinatawag na "evolutionary Big Bang" - sa pagkakatulad sa Big Bang kung saan isinilang ang Uniberso.

Ang Cambrian Explosion ay tinatawag ding "skeletal revolution". Sa katunayan, maraming mga grupo ng mga hayop na lumitaw sa sandaling iyon ay nakakuha ng mga solidong kalansay, at sila ay ganap na naiiba at sa magkaibang batayan: halimbawa, literal na walang pagkakatulad sa pagitan ng sponge spicules, mollusk shell at arthropod chitinous shell. Ang ganitong pagkakasabay ay hindi maaaring hindi sinasadya. Gayunpaman, ang "Cambrian explosion" at ang "skeletal revolution" ay hindi magkasingkahulugan. Una, hindi lahat ng hayop ng Cambrian ay may matitigas na kalansay (halimbawa, ang mga unang chordate ay wala nito). Pangalawa, kahit na sa Precambrian, kung minsan ay matatagpuan ang mga halatang istruktura ng kalansay - halimbawa, hindi malinaw kung sino ang kabilang sa mga tubo ng tirahan ("Kalikasan", 2006, 2, 37-40). Sa pangkalahatan, ang konsepto ng "Cambrian explosion" ay mas tiyak, at hindi nakakagulat na mga kontemporaryong may-akda makipag-usap pa tungkol sa kanya.

Nagkaroon ba ng pagsabog?

Ngunit ang tanong ay: mayroon ba talagang pagsabog ng Cambrian? Mayroong isang opinyon na maraming mga modernong grupo ng mga hayop ang lumitaw sa malalim na Precambrian, ngunit sa loob ng mahabang panahon ay halos walang mga labi ng fossil, at samakatuwid ay paleontologically "invisible" ("Science", 2011, 334, 6059, 1091-1097, doi: 10.1126/agham .1206375). Ang mga dahilan para dito ay maaaring iba: maliit na sukat hayop, kakulangan ng solidong kalansay o sadyang hindi angkop para sa libing pisikal na kondisyon. Ang hypothesis ng "mahabang nakatagong ebolusyon ng Precambrian" ay mahusay na suportado ng mga sistematikong molekular, iyon ay, sa pamamagitan ng paghahambing ng mga pagkakasunud-sunod ng amino acid at nucleotide ng mga protina at mga gene ng iba't ibang mga hayop (siyempre, ang mga modernong - hindi ang mga protina o DNA ay nanatili mula noong Cambrian. ). Ang mga muling pagtatayo na ginawa lamang batay sa molecular data ay madalas na sumusubaybay sa mga ugat ng modernong mga uri ng hayop hindi kahit sa Ediacaran, ngunit sa nakaraang panahon, ang cryogenic (Systematic Biology, 2013, 62, 1, 93-109). Pagkatapos ay lumalabas na ang pagsabog ng Cambrian ay hindi isang ebolusyonaryong kaganapan bilang isang artifact ng pangangalaga. Sa pagliko ng Cambrian, ang mga ebolusyonaryong sanga ng mga hayop ay "nagpakita" lamang, na nakakuha ng mga solidong kalansay at nagsimulang ilibing sa sedimentary strata; ngunit sila ay bumangon nang mas maaga.

Gayunpaman, kapag ang molecular biological data ay obhetibong inihambing ang hakbang-hakbang sa paleontological data, ang hypothesis ng isang "mahabang nakatagong Precambrian evolution" ay hindi tumatayo sa maingat na pagsusuri ("Current Biology", 2013, 23, 19, 1889-1895). At lumalabas na ang pagsabog ng Cambrian ay hindi isang artifact. Karamihan sa mga pangunahing ebolusyonaryong sangay ng mga hayop ay talagang lumitaw sa agarang temporal na paligid ng hangganan ng Cambrian (magbigay o tumagal ng ilang milyong taon). Mayroon ding mga mathematical models na nagpapatunay na ang mga "trunks" ng mga evolutionary tree ng mga modernong uri ng hayop na nakalubog sa Precambrian ay dapat maikli ("Philosophical Transactions of the Royal Society B", 2016, 371, 1685, doi: 10.1098/rstb.2015.0287). . Ang oras ng kanilang pag-iral ay isang bagay ng milyun-milyong taon, marahil ang unang sampu-sampung milyon, ngunit tiyak na hindi daan-daan. Sa pangkalahatan, sa sandaling ito ay mayroon kaming sapat na mga batayan upang isaalang-alang ang hypothesis ng isang "mahabang nakatagong Precambrian evolution" sa halip na hindi tama, at ang pagsabog ng Cambrian ay isang katotohanan, dahil, sa katunayan, ay sumusunod nang direkta mula sa paleontological data.

Upang pahinain ang pagka-categorical, idinagdag namin: ang konklusyon na ginawa namin, siyempre, ay may ari-arian ng falsifiability. Nangangahulugan ito na posible na magbalangkas ng malinaw na mga kondisyon kung saan ito ay pabulaanan. Halimbawa, para dito ay sapat na upang makahanap ng hindi bababa sa isang mapagkakatiwalaang makikilalang alakdan (o alupihan, o suso) ng edad na cryogenian. Ngunit hanggang ngayon ay hindi pa ito nangyari, at ang posibilidad na mangyari ito ay bumababa bawat taon.

Mga sanhi ng pagsabog

Kaya, sa simula ng Cambrian, maraming bagong malalaking ebolusyonaryong sangay ng mga hayop ang lumitaw nang kakaiba nang mabilis. Hindi na ito naulit, bago o mula noon. Kahit pagkatapos ng sakuna malawakang pagkalipol(na tatalakayin mamaya) mundo ng hayop ay naibalik dahil sa pagtaas ng pagkakaiba-iba ng mga umiiral na malalaking grupo sa halip na sa pamamagitan ng paglitaw ng mga bago. Iyon ang dahilan kung bakit ang pagsabog ng Cambrian ay kinakailangang nangangailangan ng paliwanag.

Totoo, ang "mabilis" ay hindi nangangahulugang "agad". Ang mga bagong grupo ng mga hayop ay hindi lumilitaw nang sabay-sabay sa buong puwersa, tulad ng mga aktor pagkatapos tumaas ang kurtina. Ang pagsabog ng Cambrian ay, bagaman lubos na na-compress sa oras, ngunit unti-unti pa rin; bilis mga proseso ng ebolusyon ito ay medyo masusukat, at may mga ganoong pag-aaral. Ang Cambrian ay tumagal ng humigit-kumulang 57 milyong taon (542-485 milyong taon na ang nakalilipas), habang sa simula pa lamang (unang anim na milyong taon) ang marine fauna ay medyo mahirap pa rin. Ang mga bagong pangkat ng mga hayop ay talagang mabilis na lumilitaw doon ayon sa mga pamantayan ng kasaysayan ng Earth, ngunit hindi kaagad.

Tungkol saan ang lahat? Sa isang siglo at kalahati na lumipas mula noong natanto ng mga siyentipiko (kabilang si Charles Darwin) ang misteryo ng pagsabog ng Cambrian, iba't ibang mga paliwanag para sa kaganapang ito ang iminungkahi, mula sa genetic hanggang sa kosmiko. Ang isang modernong artikulo sa pagsusuri sa paksang ito ay tinatawag na "Beyond the Cambrian Explosion: From the Galaxy to the Genome" (“Gondwana Research”, 2014, 25, 3, 881-883, doi: 10.1016/j.gr.2014.01.001 ) . Halimbawa, ang trend patungo sa mass formation ng mga mineral skeletons - ang sikat na "skeletal revolution", ito rin ay "biomineralization" - sa simula ng Cambrian ay niyakap hindi lamang ang isang malawak na iba't ibang mga multicellular na hayop, kundi pati na rin ang unicellular eukaryotes, at ilang algae. Iminumungkahi nito mismo na ito ay dahil sa isang pandaigdigang pagbabago sa kemikal na komposisyon ng panlabas na kapaligiran, iyon ay, sa kasong ito, tubig sa dagat. Sa katunayan, ipinakita na sa simula ng Cambrian, para sa ilang purong geological na mga kadahilanan, ang konsentrasyon ng calcium (Ca2+) sa tubig-dagat, isang ion na kinakailangan upang lumikha ng mga solidong kalansay na walang katulad, ay tumaas ng halos tatlong beses (Geology , 2004, 32, 6, 473-476). Ang mineral na batayan ng mga skeleton ng hayop ay kadalasang calcium carbonate (mga shell ng mollusk, karayom ​​at tasa ng coral polyps, sponge spicules), at kung minsan ay calcium phosphate (mga buto ng vertebrates).

Ang problema ay ang pagpapaliwanag ng skeletal revolution ay hindi katulad ng pagpapaliwanag sa mismong pagsabog ng Cambrian. Ang skeletal revolution ay nagtustos lamang ng matitigas, mineralized na mga tisyu sa ilang mga hayop na umiiral na sa oras na ito ay nagsimula. At hindi ito nalalapat sa kanilang lahat. Sa mga lokal na Cambrian na iyon, ang uri ng pangangalaga na nagpapahintulot sa paglilibing ng mga non-skeletal na nilalang, agad na natagpuan na ang isang malaking bahagi ng Cambrian fauna ay medyo "malambot ang katawan". Kaya hindi ito tungkol sa mga kalansay. Ang kababalaghan na dapat ipaliwanag una sa lahat ay ang natatanging acceleration ng ebolusyon ng mga multicellular na hayop, na napakabilis (sa dulo ng Ediacaran - ang simula ng Cambrian) ay lumikha ng maraming bagong malalaking grupo, kalansay man o hindi.

Sa sumusunod na kuwento, magpapatuloy tayo mula sa senaryo na maikling binalangkas noong unang bahagi ng 1970s ng American paleontologist na si Stephen Stanley. Siyempre, ang paleontology ay isang napakabilis na pag-unlad ng agham; Ang apatnapung taong gulang na mga gawa dito ay palaging nangangailangan ng mga pagbabago, at ipakikilala namin ang mga pagbabagong ito sa kurso ng pag-uusap. Totoo, sa katunayan, ito ay magiging higit pa sa isang karagdagan. pangunahing ideya Si Stanley ay nagtagumpay sa pagsubok ng oras nang mahusay. Ang kabuuan ng mga katotohanang alam sa ngayon ay ganap na akma dito.

Magsimula muli. Sa mga panaklong, tandaan namin: upang magpasya kung ano ang eksaktong dapat kunin bilang "simula", kapag nag-parse ng anuman makasaysayang proseso ay hindi isang madaling gawain, dahil ang mga kadena ng sanhi-at-epekto ay maaaring umabot sa nakaraan nang halos walang katiyakan, na nakalilito sa isang pabaya na mananaliksik. Sa aming kaso, ang "simula" ay ang Ediacaran biota. Ano ang kanyang kinakatawan?

Sa ekolohiya, kaugalian na iisa ang mga organismo na bumubuo sa kapaligiran, ang aktibidad kung saan tinutukoy ang istraktura ng buong komunidad. Ang mga naturang organismo ay tinatawag na edificators.

Halimbawa, sa isang modernong kagubatan ng oak, ang edificator ay oak, sa isang maliit na tahimik na pond ito ay maaaring maging duckweed, atbp. Kaya, sa mga dagat ng Ediacaran, ang mga edificator ay ang "mga alpombra" ng filamentous algae na sumasaklaw sa ilalim - kaya -tinatawag na algal mat (PALAIOS, 1999, 14, 1, 86-93, doi: 10.2307/3515363). Sa mga "karpet" na ito ay nabuhay na pamilyar sa amin ang mga vendobionts. Karamihan sa kanila ay humantong sa isang nakalakip na pamumuhay; kung paano sila kumain ay hindi ganap na malinaw, ngunit malamang - biswal, pagsuso ng mga natunaw na sangkap mula sa tubig kasama ang buong ibabaw ng katawan. Ang ilang mga marine protozoa ay kumakain pa rin sa ganitong paraan, halimbawa, malalaki - hanggang 20 sentimetro! - multinuclear xenophyophores, katulad ng higanteng amoeba. Ang mga Vendobionts ay maaaring maging malapit sa kanila sa mga tuntunin ng pamumuhay.

Mayroong iba pang mga bersyon. Noong 1986, iminungkahi ng paleontologist na si Mark McMenamin na ang mga vendobionts ay ecological analogues ng modernong pogonophores - deep-sea annelids na walang bibig at bituka. Ang mga pogonophores ay naninirahan sa karagatan sa lalim kung saan hindi tumatagos ang sikat ng araw. Ngunit may mga hot spring na naglalabas ng hydrogen sulfide (H 2 S) sa tubig. Ang katawan ng pogonophora ay pinalamanan ng symbiotic bacteria na nag-oxidize ng hydrogen sulfide sa sulfur at ang nagresultang enerhiya ay ginagamit upang ayusin ang carbon dioxide, tulad ng sa photosynthesis. Ang prosesong ito ay nagpapakain sa bakterya at sa uod kung saan sila nakatira. Ito ay mas madali para sa Vendobionts: madalas silang nakatira sa mababaw na tubig, kung saan may sapat na sikat ng araw para sa photosynthesis, at nakakakain sila ng symbiotic unicellular algae na pumupuno sa kanilang katawan. Ito ay totoo rin, may mga modernong bulate at mollusc na gumagawa ng ganoon - gayunpaman, para sa kanila ang mapagkukunang ito ng pagkain ay karagdagang. Ngunit bakit hindi ito ang pangunahing? Ang mundo ng mga Vendobionts, kung saan walang kumakain ng sinuman, tinawag ni McMenamin ang "Hardin ng Ediacara", na may malinaw na parunggit na nakakatawa sa Halamanan ng Eden (PALAIOS, 1986, 1, 2, 178-182, doi: 10.2307/3514512) . Ang malaking kawalan ng hypothesis na ito ay mahirap pa ring subukan; bukod pa rito, malinaw na hindi ito mailalapat sa lahat ng venodobionts nang walang pagbubukod - ang ilan sa kanila ay nanirahan sa dagat na mas malalim kaysa sa antas kung saan ang sapat na liwanag ay tumagos para sa photosynthesis ("Proceedings of ang Pambansa Academy of Sciences USA, 2009, 106, 34, 14438-14443). Ngunit sa huli, sa iba't ibang kondisyon maaari silang kumain ng iba.

Ang kabalintunaan ay ang konsepto ng "Hardin ng Ediacara" ay tila malapit sa katotohanan na may anumang makatotohanang palagay tungkol sa paraan ng nutrisyon ng mga vendobionts. Hindi mahalaga kung ang algae ay naninirahan sa kanila o hindi. Sa mundo ng Ediacaran, wala talagang kumain ng sinuman (bukod sa mga single-celled na bagay, ngunit unicellular eukaryotes makakain nila ang isa't isa.) Napakahalaga na hanggang sa isang tiyak na punto sa mga pamayanan ng Ediacaran ay hindi lamang mga mandaragit (na kakain ng iba pang mga hayop), kundi pati na rin ang mga "herbivore" (na kakamot ng algae o kung hindi man ay aktibong kakain sa kanila). Kaya, walang nakagambala sa paglaki ng mga algal mat.

Nabago ang lahat nang ang pagtaas ng konsentrasyon ng oxygen sa tubig dagat (na, ayon sa geological data, ay unti-unti sa buong Ediacaran) pinahintulutan ang ilang multicellular na nilalang na pabilisin ang kanilang metabolismo nang sapat upang magsimula ng isang tunay na aktibong pamumuhay. May mga "harvester" - malalaking hayop na may sistema ng propulsyon at bibig, na gumagalaw kasama ang mga algae mat at kinain ang malalaking bahagi ng mga ito. Isa sa mga "picker" na ito ay ang kimberella na pamilyar sa amin. Sa mga tuntunin ng pamumuhay at bilis ng paggalaw, ang unang Ediacaran algae-eating na hayop ay malamang na kahawig ng mga modernong snail; para sa amin ito ay mukhang hindi nakakapinsala, ngunit "mula sa punto ng view" ng mga naninirahan sa Ediacaran, ang hitsura ng gayong mga nilalang ay isang tunay na sakuna. Ang mga banig ng seaweed ay agad na tumigil sa pagiging solid; ang mga hayop ay hindi lamang nag-scrap sa kanila mula sa itaas, ngunit kumain din mula sa ibaba, na pinagkadalubhasaan ang pagtagos sa lupa para dito (tinatawag ng mga zoologist ang gayong mga aksyon na "pagmimina"). Dito rin nakuha ng mga vendobionts, na sa dulo ng Ediacaran ay nawala na lang.

Mula sa sandaling iyon, nagsimulang gumana ang isang pangkalahatang pattern, na itinatag ng mga ecologist sa mahabang panahon at na-verify iba't ibang paraan, hanggang sa mga direktang eksperimento: sa ilalim ng presyon ng isang mandaragit, ang pagkakaiba-iba ng biktima nito ay tumataas kumpara sa isang komunidad kung saan walang mga mandaragit sa lahat ("Proceedings of the National Academy of Sciences USA", 1973, 70, 5, 1486- 1489). Kung ang mga naunang benthic na komunidad ay puspos ng napakakaunting dominanteng species ng algae, ngayon ang balanse ay bumagsak at nagsimula ang mabilis na ebolusyon. Samantala, ang set ekolohikal na mga niches na magagamit sa mga hayop ay pinalawak din. Ang mga aktibong ground beetle ay lumitaw, inangkop upang patuloy na manirahan sa mga burrow, na dumadaan sa ilalim ng lupa sa pamamagitan ng mga bituka at kumukuha ng mga sustansya mula dito; ito ay kung gaano karaming mga sea worm ang nabubuhay pa - mga sandworm, halimbawa. Sa kauna-unahang pagkakataon, nagsimulang maghukay ang mga bulate na kumakain sa lupa hindi lamang pahalang, kundi pati na rin ang mga patayong daanan sa seabed, na nagdulot ng pagyaman sa lupa ng oxygen at sa gayon ay higit na pinapadali ang kolonisasyon nito ng ibang mga hayop. Ang mga kaganapang ito ay tinawag na "substrate revolution" (GSA Today, 2000, 10, 9, 1-7, ftp://rock.geosociety.org/pub/GSAToday/gt0009.pdf). Kaya, ang mga umuusbong na hayop ay hindi lamang sinakop ang mga yari na ecological niches, ngunit aktibong lumikha din ng mga bago, na ginagawang isang autocatalytic (self-accelerating) ang proseso.

Ang ilang mga naninirahan sa ilalim na ibabaw ay nagsimulang palawakin ang kanilang mga ekolohikal na niches hindi patungo sa lupa, ngunit, sa kabaligtaran, patungo sa haligi ng tubig. Bilang isang resulta, lumitaw ang zooplankton - isang komunidad ng maliliit na hayop na nasuspinde sa tubig at naaanod kasama nito. Bilang isang patakaran, ang mga kinatawan ng zooplankton ay nagpapakain sa pamamagitan ng pag-filter ng tubig at pag-strain ng phytoplankton mula dito, iyon ay, unicellular algae na matatagpuan sa parehong haligi ng tubig (mayroon nang marami sa mga ito sa oras ng pagsabog ng Cambrian). At sa katunayan, sa unang bahagi ng Cambrian, ang unang planktonic filter feeders ay lumitaw sa paleontological record - branchiopods ("Paleobiology", 1997, 23, 2, 247-262). Ang mga hasang, tulad ng lahat ng mga crustacean, ay mga may-ari ng magkasanib na mga paa, na orihinal na inilaan para sa paglalakad sa lupa, iyon ay, kasama ang ilalim. Samakatuwid, walang alinlangan na ginugol nila ang mga unang yugto ng kanilang ebolusyon sa ibaba, at lumingon sa planktonic na pamumuhay sa ibang pagkakataon.

Ang mga kahihinatnan ng paglitaw ng zooplankton ay naging pandaigdigan. Ang katotohanan ay ang mga plankter na hayop ay sinasala hindi lamang ang algae mula sa tubig, kundi pati na rin ang anumang suspensyon kung saan maaaring mayroong kahit ilang nutrients. Ang mga ito ay pangunahing nakakalat na labi ng mga patay na organismo. Matapos i-filter ang suspensyon at pagsuso ng mga kapaki-pakinabang na molekula mula dito, ang mga plankter (pangunahin ang mga crustacean ay naiiba dito) ay maingat na "i-pack" ang natitira sa kanilang mga bituka sa mga siksik na bukol - mga fecal pellet na mabilis na lumubog at napupunta sa ilalim. Transportasyon ng pellet suspension - ang pinakamahalagang salik, na nagpapababa ng labo ng tubig sa karagatan. Kaya, pagkatapos ng paglitaw ng mga planktonic filter feeder, ang tubig ay naging transparent, ang ilaw ay tumagos dito sa mas malalim, at ang konsentrasyon ng oxygen sa loob nito ay tumaas (bahagi nito ay dati na ginugol sa oksihenasyon ng parehong patay na suspensyon). Ang unang kadahilanan ay nadagdagan ang lalim ng zone kung saan posible ang photosynthesis, ang pangalawa ay nagpabuti ng mga kondisyon para sa benthic fauna. Ayon sa lahat ng data, ang transparent na oxygenated na Phanerozoic na karagatan ay naiiba nang husto mula sa maputik na karagatan ng Precambrian ("Geobiology", 2009, 7, 1, 1-7). Kasabay nito, tumaas din ang konsentrasyon ng oxygen sa atmospera. Naturally, sa ilalim ng mga bagong kondisyon, ang pagkakaiba-iba ng parehong mga halaman at hayop ay tumaas pa. Isa pang autocatalytic loop ang sarado.

Ang pagdating ng mandaragit

Ang lahat ng mga hayop na napag-usapan natin sa ngayon ay nasa pinakadulo sa pinakamalawak na kahulugan"mga herbivore". Kinain nila ang alinman sa mga photosynthetic na organismo, o, sa pinakamasama, patay na labi ng isang tao. Kasabay nito, ang sariling biomass ng "mga herbivores" ay isang mahalagang (at hanggang sa ilang mga punto ay ganap na hindi inaangkin) na mapagkukunan para sa mga hayop na kumakain ng iba pang mga hayop, iyon ay, para sa mga mandaragit. Noong una, walang mga mandaragit na umiral. Ngunit sa pagkakaroon ng mga katangian ng aktibong buhay tulad ng nervous system, kalamnan at oral apparatus, ang kanilang hitsura ay isang oras lamang. Ang unang malalaking mandaragit, na tiyak na dalubhasa sa pagpapakain sa iba pang mga multicellular na hayop, ay lumilitaw mga 520 milyong taon na ang nakalilipas; ito ay mga dinocarids - mahusay na lumalangoy na mga nilalang na nauugnay sa mga arthropod ("Gondwana Research", 2014, 25, 896-909, doi, 10.1016/j.gr.2013.06.001). Ang pinakatanyag na kinatawan ng mga dinocarids ay anomalocaris, isang payat, naka-segment na nilalang na halos isang metro ang haba na may kumplikadong faceted na mga mata at malalakas na magkadugtong na malapit sa bibig na mga paa na malinaw na nagsisilbing hulihan ang gumagalaw na biktima. Sa pinakadulo simula ng Cambrian, walang ganoong mga mandaragit. Ang "Skeleton Revolution" ay walang alinlangan sa ilang paraan ay isang tugon sa kanilang hitsura; ang pagbabago ng kemikal na komposisyon ng tubig dagat ay naging mas madali. At ang hitsura ng mga skeleton, sa turn, ay naglunsad ng pagbuo ng mga bagong ekolohikal na niches. Tamang-tama ang isinulat ni Stephen Stanley na ang mga biyolohikal na dahilan ay sapat na upang ipaliwanag ang pagsabog ng Cambrian; Ang mga kadahilanan na kumikilos sa biosphere mula sa labas ay maaaring makaapekto sa rate ng ito o ang prosesong iyon, ngunit ang lahat ng mga pangunahing kaganapan ay maaaring ipaliwanag nang wala ang mga ito. Ang pagsabog ng multicellular na pagkakaiba-iba ng hayop ay natural na resulta ng isang serye ng mga autocatalytic na proseso na itinakda sa pamamagitan ng paglitaw ng mga unang "herbivore" (tulad ng Kimberella) at nagaganap sa antas ng mga komunidad, sa madaling salita, mga ecosystem. Sa labas ng ekolohiya, talagang imposibleng ipaliwanag ang pagsabog ng Cambrian.

Sa pagdating ng mga mandaragit, ang proseso ng pagbuo ng mga bagong anyo ng buhay ay nagsimulang bumagal nang kaunti. Ang isang repertoire ng ecological niches ay nabuo, halos lahat ng mga ito ay naipamahagi na at inookupahan na. Siyempre, nagpatuloy ang pagpapalawak ng mga komunidad - mas mabagal lang. Halimbawa, pagkatapos lamang ng pagtatapos ng panahon ng Cambrian ay lumitaw ang mga spadefoot mollusc, na sumasakop sa isang medyo kakaibang angkop na lugar ng mga burrowing predator ("Mga Pagsulong sa Marine Biology", 2002, 42, 137-236). Ngunit tulad ng isang sukat tulad ng sa turn ng Ediacaran at Cambrian, ang malakihang ebolusyon ng mga hayop ay hindi na muling naabot.

Mula sa punto ng view ng kasaysayan ng kaganapan, ang simula ng pagsabog ng Cambrian ay maaaring ituring na ang hitsura ng unang epektibong algae eaters (kimberella), at ang dulo - ang hitsura ng unang epektibong mandaragit (anomalocaris). Lumitaw si Kimberella 555 milyong taon na ang nakalilipas, anomalocaris - 520 milyong taon na ang nakalilipas, ang pagitan sa pagitan nila ay 35 milyong taon. Teka muna.