Czy eksplozja kambryjska stanowi wyzwanie dla teorii ewolucji?
W SKRÓCIE: Termin „eksplozja kambryjska” odnosi się do okresu, w którym masowo zaczęły pojawiać się nowe plany budowy zwierząt, które zostały następnie utrwalone w zapisie kopalnym. Miało to miejsce około 543 miliony lat temu. Nowe rodzaje skamieniałości pojawiały się wówczas masowo na przestrzeni mniej niż 20 milionów lat. W ewolucyjnej skali czasu, 20 milionów lat wydaje się być okresem niezwykle krótkim, a tak nagłe pojawienie się nowych skamieniałości zdaje się przeczyć stopniowej naturze ewolucyjnych zmian. Okazuje się jednak, że tak gwałtowny rozkwit w zapisie kopalnym obserwujemy również w warstwach innych niż kambryjskie, bardzo często następujących po okresach wielkiego wymierania. Eksplozja kambryjska stawia nas przed wieloma intrygującymi i ważnymi pytaniami. Jednak na fundamentalnym poziomie, nie podważa ona w żaden sposób prawdziwości podstawowych założeń teorii ewolucji.
Termin „eksplozja kambryjska” odnosi się do nagłego pojawienia i dynamicznego różnicowania większości głównych typów zwierząt (phyla) w zapisie kopalnym. Określenie to dotyczy okresu trwającego nie więcej niż 20 milionów lat – a więc stosunkowo krótkiego jak na ewolucyjne realia. Rozkwit ten miał miejsce we wczesnym kambrze – zaczął się około 543 miliony lat temu. Dzieje ówczesnej fauny zostały utrwalone za sprawą skał osadowych, w których możemy obecnie odnaleźć doskonale zachowane skamieniałości kambryjskich zwierząt.
Dwoma słynnymi przykładami stanowisk paleontologicznych, zawierających takie skamieniałości są Burgess Shale w Kanadzie oraz Chengjiang w Chinach. Wbrew niektórym twierdzeniom, eksplozja kambryjska nie była początkiem życia wielokomórkowego, jego historia sięga co najmniej 30 milionów lat wstecz.
Eksplozja kambryjska często przytaczana jest jako wyzwanie dla teorii ewolucji ze względu na wyjątkową dynamikę zmian zachodzących w zapisie kopalnym. Ich tempo zdaje się być niespójne z powolną i stopniową naturą zmian ewolucyjnych, które zazwyczaj obserwujemy. Przypadek eksplozji kambryjskiej nie jest jednak w tym aspekcie wyjątkowy i również w innych okresach, mimo pewnych oczywistych różnic, możemy dostrzec podobne tempo zmian ewolucyjnych – często na krótko po okresach wielkiego wymierania. Eksplozja kambryjska stawia jednak przed nami wiele wyzwań oraz istotnych pytań, ponieważ dotyczy okresu, w którym uformowały się podstawowe gałęzie zwierzęcego drzewa życia. Nie podważa ona jednak fundamentalnego założenia teorii ewolucji – wspólnego pochodzenia wszystkich gatunków. Ten kluczowy okres w historii rozwoju życia trwał bowiem wiele milionów lat, co jest czasem dostatecznie długim, aby doprowadzić do powstania nowych planów budowy. Co więcej, zapis kopalny dostarcza wielu przykładów organizmów wykazujących cechy przejściowe pomiędzy współczesnymi typami (phyla) a ich wspólnymi przodkami. Trwające badania dotyczące kambru stanowią fascynującą możliwość rozwinięcia naszego zrozumienia mechanizmów ewolucyjnych oraz wpływu czynników środowiskowych na owe mechanizmy.
Do planów budowy zwierząt, które pojawiły się w trakcie eksplozji kambryjskiej nie zaliczają się współczesne grupy, takie jak: rozgwiazdy, kraby, owady, ryby, jaszczurki, ptaki czy ssaki. Wszystkie one pojawiły się później, w różnych okresach historii Ziemi. Formy, które powstały podczas eksplozji kambryjskiej były zdecydowanie bardziej prymitywne od przedstawicieli wymienionych grup, większość z nich miała miękkie, pozbawione szkieletu ciała. Jednakże, wykazywały one pewne zalążki cech charakterystycznych dla poszczególnych gałęzi drzewa życia. Kręgowce należą na przykład do szerszej grupy Chordata (strunowców). Cechami charakterystycznymi strunowców są: przewód nerwowy, worki skrzelowe oraz struna grzbietowa w postaci walcowatego pręta. Organizmy bezszkieletowe posiadające powyższe cechy pojawiają się po raz pierwszy właśnie w faunie kambryjskiej. Kręgowce debiutują w zapisie kopalnym zdecydowanie później. Bardzo ważne jest, aby zdać sobie sprawę z tego, że mimo iż wiele kambryjskich organizmów znajduje się „u podstawy” głównych, występujących obecnie gałęzi życia, nie oznacza to, że posiadały one wszystkie cechy charakterystyczne dla współczesnych zwierząt. Owe charakterystyczne cechy pojawiały się stopniowo na przestrzeni zdecydowanie dłuższych okresów.
Termin „eksplozja kambryjska” odnosi się do nagłego pojawienia i dynamicznego różnicowania większości głównych typów zwierząt (phyla) w zapisie kopalnym. Określenie to dotyczy okresu trwającego nie więcej niż 20 milionów lat – a więc stosunkowo krótkiego jak na ewolucyjne realia. Rozkwit ten miał miejsce we wczesnym kambrze – zaczął się około 543 miliony lat temu. Dzieje ówczesnej fauny zostały utrwalone za sprawą skał osadowych, w których możemy obecnie odnaleźć doskonale zachowane skamieniałości kambryjskich zwierząt.
Dwoma słynnymi przykładami stanowisk paleontologicznych, zawierających takie skamieniałości są Burgess Shale w Kanadzie oraz Chengjiang w Chinach. Wbrew niektórym twierdzeniom, eksplozja kambryjska nie była początkiem życia wielokomórkowego, jego historia sięga co najmniej 30 milionów lat wstecz.
Eksplozja kambryjska często przytaczana jest jako wyzwanie dla teorii ewolucji ze względu na wyjątkową dynamikę zmian zachodzących w zapisie kopalnym. Ich tempo zdaje się być niespójne z powolną i stopniową naturą zmian ewolucyjnych, które zazwyczaj obserwujemy. Przypadek eksplozji kambryjskiej nie jest jednak w tym aspekcie wyjątkowy i również w innych okresach, mimo pewnych oczywistych różnic, możemy dostrzec podobne tempo zmian ewolucyjnych – często na krótko po okresach wielkiego wymierania. Eksplozja kambryjska stawia jednak przed nami wiele wyzwań oraz istotnych pytań, ponieważ dotyczy okresu, w którym uformowały się podstawowe gałęzie zwierzęcego drzewa życia. Nie podważa ona jednak fundamentalnego założenia teorii ewolucji – wspólnego pochodzenia wszystkich gatunków. Ten kluczowy okres w historii rozwoju życia trwał bowiem wiele milionów lat, co jest czasem dostatecznie długim, aby doprowadzić do powstania nowych planów budowy. Co więcej, zapis kopalny dostarcza wielu przykładów organizmów wykazujących cechy przejściowe pomiędzy współczesnymi typami (phyla) a ich wspólnymi przodkami. Trwające badania dotyczące kambru stanowią fascynującą możliwość rozwinięcia naszego zrozumienia mechanizmów ewolucyjnych oraz wpływu czynników środowiskowych na owe mechanizmy.
Do planów budowy zwierząt, które pojawiły się w trakcie eksplozji kambryjskiej nie zaliczają się współczesne grupy, takie jak: rozgwiazdy, kraby, owady, ryby, jaszczurki, ptaki czy ssaki. Wszystkie one pojawiły się później, w różnych okresach historii Ziemi. Formy, które powstały podczas eksplozji kambryjskiej były zdecydowanie bardziej prymitywne od przedstawicieli wymienionych grup, większość z nich miała miękkie, pozbawione szkieletu ciała. Jednakże, wykazywały one pewne zalążki cech charakterystycznych dla poszczególnych gałęzi drzewa życia. Kręgowce należą na przykład do szerszej grupy Chordata (strunowców). Cechami charakterystycznymi strunowców są: przewód nerwowy, worki skrzelowe oraz struna grzbietowa w postaci walcowatego pręta. Organizmy bezszkieletowe posiadające powyższe cechy pojawiają się po raz pierwszy właśnie w faunie kambryjskiej. Kręgowce debiutują w zapisie kopalnym zdecydowanie później. Bardzo ważne jest, aby zdać sobie sprawę z tego, że mimo iż wiele kambryjskich organizmów znajduje się „u podstawy” głównych, występujących obecnie gałęzi życia, nie oznacza to, że posiadały one wszystkie cechy charakterystyczne dla współczesnych zwierząt. Owe charakterystyczne cechy pojawiały się stopniowo na przestrzeni zdecydowanie dłuższych okresów.
Możliwe interpretacje eksplozji kambryjskiej
Nie wszyscy naukowcy zgadzają się z twierdzeniem, że eksplozja kambryjska stanowi przykład anomalnie szybkiej przemiany ewolucyjnej. Zapis kopalny niezmiennie pozostaje niekompletny, zwłaszcza w wypadku małych i pozbawionych szkieletu organizmów. Niektórzy uczeni postulują, że pozorny wzrost zróżnicowania planów budowy jest efektem zwiększenia częstotliwości fosylizacji ze względu na wykształcenie szkieletów, które łatwiej podlegają temu procesowi. Wiele zwierząt pochodzących z wczesnego kambru posiadało pewnego rodzaju twarde, zmineralizowane struktury (struny, kolce, płytki, itp.). W wielu wypadkach to właśnie te bardzo niewielkie, zmineralizowane struktury jako jedyne uległy fosylizacji. Między późnym prekambrem a wczesnym kambrem, w środowisku morskim zachodziło wiele zmian środowiskowych, również na poziomie chemicznym. Mogły one mieć wpływ na wzrost popularności zmineralizowanych szkieletów wśród organizmów złożonych przedtem wyłącznie z tkanek miękkich.
Większość naukowców jest zdania, że pod koniec ery kambryjskiej miało miejsce jakieś przełomowe wydarzenie i w związku z tym postrzegają oni eksplozję kambryjską jako niezwykle ekscytujący
i produktywny obszar badań. Na podstawie niedawnych znalezisk kopalnych, naukowcy rozwijają obecnie swoje zrozumienie organizmów zamieszkujących Ziemię przed eksplozją kambryjską. Niedawne odkrycia uzupełniają luki w zapisie kopalnym prekambryjskiej fauny o organizmy bezszkieletowe odnajdywane w skałach z okresu ediakaru. Skały osadowe z okresu późnego prekambru zawierają również przedstawicieli gąbek, parzydełkowców (grupa ta zawiera obecnie meduzy, koralowce i ukwiały), mięczaki oraz wiele grup dżdżownicopodobnych. Niektóre odkryte niedawno organizmy prekambryjskie zdają się zawierać zalążki typów, które w pełnej krasie pojawiły się dopiero w kambrze. Odkrycie tego rodzaju prekursorów jasno wskazuje na to, że organizmy kambryjskie nie pojawiły się ex nihilo. Przyszłe znaleziska z całą pewnością rzucą jeszcze więcej światła na zależności pomiędzy organizmami prekambryjskimi a stworzeniami odnajdywanymi w pokładach z Burgess Shale i Chengjiang.
Badania genetyczne pozwalają nam wejrzeć głębiej w historię eksplozji kambryjskiej. O ile genetyczne różnicowanie musi w sposób konieczny poprzedzać pojawienie się nowych planów budowy w zapisie kopalnym, o tyle zgromadzone dane genetyczne przeważnie są w przybliżeniu zbieżne z danymi pochodzącymi z zapisu kopalnego. Zarówno geny, jak i skamieliny wskazują na pojawienie się Bilateria (zwierząt dwubocznie symetrycznych) w ediakarze (późnym prekambrze) oraz ich środowiskową ekspansję w kambrze.
Większość naukowców jest zdania, że pod koniec ery kambryjskiej miało miejsce jakieś przełomowe wydarzenie i w związku z tym postrzegają oni eksplozję kambryjską jako niezwykle ekscytujący
i produktywny obszar badań. Na podstawie niedawnych znalezisk kopalnych, naukowcy rozwijają obecnie swoje zrozumienie organizmów zamieszkujących Ziemię przed eksplozją kambryjską. Niedawne odkrycia uzupełniają luki w zapisie kopalnym prekambryjskiej fauny o organizmy bezszkieletowe odnajdywane w skałach z okresu ediakaru. Skały osadowe z okresu późnego prekambru zawierają również przedstawicieli gąbek, parzydełkowców (grupa ta zawiera obecnie meduzy, koralowce i ukwiały), mięczaki oraz wiele grup dżdżownicopodobnych. Niektóre odkryte niedawno organizmy prekambryjskie zdają się zawierać zalążki typów, które w pełnej krasie pojawiły się dopiero w kambrze. Odkrycie tego rodzaju prekursorów jasno wskazuje na to, że organizmy kambryjskie nie pojawiły się ex nihilo. Przyszłe znaleziska z całą pewnością rzucą jeszcze więcej światła na zależności pomiędzy organizmami prekambryjskimi a stworzeniami odnajdywanymi w pokładach z Burgess Shale i Chengjiang.
Badania genetyczne pozwalają nam wejrzeć głębiej w historię eksplozji kambryjskiej. O ile genetyczne różnicowanie musi w sposób konieczny poprzedzać pojawienie się nowych planów budowy w zapisie kopalnym, o tyle zgromadzone dane genetyczne przeważnie są w przybliżeniu zbieżne z danymi pochodzącymi z zapisu kopalnego. Zarówno geny, jak i skamieliny wskazują na pojawienie się Bilateria (zwierząt dwubocznie symetrycznych) w ediakarze (późnym prekambrze) oraz ich środowiskową ekspansję w kambrze.
Pytania bez odpowiedzi
Nagłe zmiany, które miały miejsce w kambrze, gdy spojrzymy na nie z perspektywy procesu ewolucyjnego, nie okazują się wcale aż tak nagłe. Zmiany te nie zachodziły bowiem na przestrzeni dekad, wieków czy tysiącleci, a raczej na przestrzeni milionów lat – okresu dostatecznie długiego, aby pozwolić na znaczną zmianę ewolucyjną. Z drugiej strony, przez wcześniejsze miliony lat, plany budowy organizmów pozostawały na względnie niezmienionym poziomie. Przed nadejściem kambru nie obserwowaliśmy bowiem żadnych znaczących zmian w tej materii. Wiele pytań wciąż pozostaje bez odpowiedzi: Co spowodowało eksplozję kambryjską? Dlaczego tak wiele zmieniło się właśnie w tym czasie? Istnieje kilka teorii, które próbują odpowiedzieć na pytania o genezę eksplozji kambryjskiej, często powołujących się na radykalne zmiany środowiskowe, które doprowadziły do powstania licznych nisz ewolucyjnych, otwierając pole do działania dla doboru naturalnego. Jedna z propozycji postuluje gwałtowny rozrost lodowców, które miały pokryć znaczną część planety, powodując zniszczenie habitatów i powstanie wąskich gardeł, które przyśpieszyły proces zmian ewolucyjnych. Inna koncepcja głosi, że to zmiany w zawartości tlenu w atmosferze dostarczyły bodźca do nagłych zmian. Jeszcze inna teoria mówi o znaczących zmianach w strukturze dna morskiego. Prekambryjskie algi miały ustąpić miejsca miękkim, mulistym osadom kambryjskim, co mogło niebagatelnie wpłynąć na środowisko i procesy ewolucyjne.
Odpowiedzi wypisane w kambryjskich skamielinach
Podczas gdy geneza eksplozji kambryjskiej pozostaje tematem otwartej i żywiołowej dyskusji, nowo odkrywane skamieniałości pochodzące z kambru i prekambru stopniowo dostarczają brakujących części ewolucyjnej układanki. Skamieliny te są źródłem wartościowych informacji, w szczególności zezwalając na poszukiwanie wspólnego przodka poszczególnych grup organizmów. Na przykład, zarówno kręgowce (w tym ryby), jak i szkarłupnie (jeże morskie, rozgwiazdy) należą do grupy zwanej wtóroustymi. Gdyby nie odkrywane przez nas skamieniałości, trudno byłoby sobie wyobrazić, jak wyglądał wspólny przodek tak zróżnicowanych organizmów. Kambryjskie skamieliny pozwalają nam rzucić więcej światła na zaciemniony dotychczas obraz.
© BioLogos Foundation | Wersja artykułu: 29 stycznia 2019
© BioLogos Foundation | Wersja artykułu: 29 stycznia 2019