Vad var livet på jorden för miljoner år sedan?

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

En kraftig ökning av antalet biologiska arter, kallad den "kambriska explosionen", öppnade Phanerozoic - eonen av "explicit liv". Men det "hemliga" livet under den tidigare eran var också mycket mångsidigt, vilket gav upphov till bland annat gigantiska former. Att upptäcka hemligheterna bakom denna otroligt gamla fauna möjliggjordes av upptäckter som gjordes i Ryssland.

De första spåren av makroskopiska mjukkroppar med flercelliga varelser, som noggrant kunde tillskrivas prekambrium, hittades på 1860-talet i Newfoundlandsregionen. På 1900-talet gjordes betydande fynd i Namibia och Australien. På vårt lands territorium hittades separata fossiler i kärnan som extraherades från brunnar (Ukraina, Krim, Ural).

Dessa var små tryck som liknade antingen skivor eller kakor, som inte ens omedelbart kändes igen som avtryck av levande varelser: vissa trodde att vi pratade om spår av geologiska processer. Problemet var att det till en början inte var möjligt att på ett tillförlitligt sätt fastställa bergets ålder, och vissa forskare tillskrev fynden till kambrium, sillurium eller ordovicium.

Säkerhet dök upp först 1957, när avtrycken av en varelse kallad charnia som hittades i Storbritannien otvetydigt daterades till den prekambriska eran.

Det är intressant inte bara själva faktumet av upptäckten av resterna av en stor grupp prekambriska djur, utan också det faktum att deras utseende och struktur visade sig vara extremt ovanligt, som om de pratade om främmande liv. Men detta liv, som kallas den vendiska eller Ediacaran, biota, blev det första massuppträdandet av flercelliga organismer i fossilregistret, som bebor havet för mer än 600 miljoner år sedan.

Historien om den mest omfattande och unika platsen för fotspår från den vendianska faunan började 1972, när eleven AV Stepanov hittade flera fotspår av organismer på Onega-halvön vid mynningen av Syuzmafloden (Arkhangelsk-regionen) och levererade fyndet till ANSSSR:s geologiska institut.

En anställd vid institutet, professor B. M. Keller, undersökte avtrycken och noterade deras likhet med avtrycken av den prekambriska faunan från Namibia. Snart skickades en expedition till Vita havets stränder, vid buskarna i Syuzma. Det gick inte att hitta något på platsen för de fynd som studenten gjorde, men cirka fem kilometer upp i floden mötte expeditionen en häll på en brant strand.

Nya tryck hittades på utskjutande sandstensblock. Nästa år, vid upptäckarnas branta 15-meters "vägg", ersattes en ny expedition, som inkluderade N. M. Chumakov och författaren till dessa rader.

Ligger och kryper

Allt vi vet om den vendianska faunan har kommit till oss i form av tunna reliefer på sandstenens yta. Det finns både negativa och positiva representationer av dessa varelser.

Wend var trestrålesymmetrins rike. Tribrachidium är ett klassiskt exempel på en sådan varelse (foto nedan). I frånvaro av naturliga fiender (representanter för den vendianska faunan åt inte varandra) låg tribrachidium lugnt på botten, och för att inte missa näringsmikropartiklarna som strömmen från olika sidor tog med sig, fick den tre munöppningar. Sedan, genom de tre grenarna av tarmen, kom mat in i kroppen.

En annan typ av djur i vendianska bestod av organismer med en bilateral struktur, men till skillnad från senare djur som trilobiter hade de högra och vänstra delarna av vendianska varelsers kroppar inte perfekt symmetri.

De kännetecknades av den så kallade betesreflektionssymmetrin, när motsatta "strålar" placeras mitt emot varandra i ett "rutmönster". Det nedersta fotot visar ett tryck av Dickinsonia-djuret. I vissa organismer av denna typ, till exempel i Andiva, är cephalization tydligt synlig - isolering av huvudregionen, förmodligen med känsliga celler.

Skyddad av is och krita

Klippan på flodstranden blev för oss ett fönster in i det ofattbart avlägsna förflutna. Jag kom dit flera år i rad, och varje år gav jag oss nya fynd. På våren slet den smältande isen från kusten nya sandplattor med avtryck från den vendianska eran. Allt detta var första gången i Ryssland - i sådan mängd, i sådan komplexitet och i sådan variation.

Det verkade som om det efter otroliga vetenskapliga framgångar var svårt att förvänta sig något mer. Men vi bestämde oss ändå för att se oss omkring: Vita havet är stort - plötsligt kommer det att finnas nya lovande platser vid dess stränder. Valet föll på Vinterbergen, som ligger cirka 200 km av sjövägen från Syuzma. Här var hällarna inte ett stycke av en 10-15 m hög flodbank, utan avlagringar av ler- och sandstenslager med en skenbar tjocklek på cirka 120 m som stack upp på ytan. De gick ner i jordens djup i ytterligare 700 m.

Den era vi lever i kännetecknas av en ovanligt låg havsnivå: en stor mängd vatten är bundet av polarmössor. Under varmare och längre tider fanns det så mycket vatten att det inte fanns något land mellan det nuvarande Svarta och Vita havet.

Hälsningar från förfäder

En av de mest lovande hypoteserna rör ett vendianskt djur som heter Ausia fenestrata - endast 2 avtryck kom från det från Vita havets stränder (två fler liknande avtryck hittades i Namibia).

Fenestrata betyder "fenestrerad", och faktiskt, enligt trycken, återställdes utseendet på detta djur ursprungligen som en slags påse, vars yta är prickad med stora hål. Det såg ut som en svamp, men storleken på hålen stämde inte särskilt överens med denna hypotes. Senare kom en annan tanke: tänk om trycket inte behöll djurets fulla utseende, utan bara en del av det? Säcken med "fönster" liknade påfallande gälkorgen av chordater som ascidianer, tillhörande tunicata-typen (manteldjur).

Hos Tunicats är korgen inuti, täckt med ett tunikaliknande skal, bestående av ett ämne som liknar cellulosa. Ascidianer är släkt med lansett - primitiva kordatdjur som finns vid basen av trädet hos alla ryggradsdjur, inklusive, naturligtvis, människor.

Således, om hypotesen angående Ausia fenestratas släktskap med manteldjuren är korrekt, betyder detta att vi i sediment på 550 Ma famlade en evolutionär gren som gick från den vendianska faunan till människor.

Och för 25 000 år sedan var den ryska slätten täckt av is upp till Kievs breddgrad - det var en enorm massa som ständigt frös uppifrån. Och jordskorpan började böjas under tyngden av isen. När isen lämnade började den motsatta processen: som om den "springer" började skorpan att bukta uppåt och lyfte botten av de gamla haven till himlen.

Vinterbergen, som vi kom till, växer fortfarande uppåt och lyfter högre och högre lager av lera och sand som en gång samlats på botten. Och här är det som är intressant: på vissa ställen är nästan kilometerlånga skikt av dessa avlagringar genomborrade av kimberlitrör - öppningar genom vilka magma flydde till ytan.

Dessa ventiler är fyllda med delvis omsmält, delvis förändrat forntida materia. Och i den finns det konstigt nog block av kalksten, som inte finns i distriktet. Och i blocken - fossiler med den kambriska och ordoviciska faunan. Var kommer allt detta ifrån?

Svaret visade sig vara enkelt: över lersandskikten samlades andra sediment från de senare haven under miljontals år, men alla dessa sediment äts sedan bort, vilket bevarar enskilda fragment av den kalkrika botten i kimberlitrör. Klumpar av kalksten föll där efter att ha kastats upp av en vulkanexplosion. Efter att ha förstört bottensedimenten i de kambriska och ordoviciska haven, har naturen blottat sedimenten från det prekambriska havet för oss.

Dessutom, på grund av det faktum att dessa avlagringar täcktes av andra stenar i miljontals år, är de gamla skikten där lera och sandsten alternerar mycket färska: lerorna har inte förlorat sin elasticitet, det finns inga spår av starka deformationer, och därför Vinterbergen slutade som en unik plats med tunna och tydliga avtryck av den vendianska faunan.

Ascidia och dess "korg"

Skrot som kunskapsverktyg

När vi började forska i den vendianska biotan (förresten, termen "vendian" föreslogs redan 1952 av akademikern BS Sokolov), hade vi bara ett fåtal prover på utskrifter av dessa mystiska djur. Idag, tack vare expeditioner till Vinterbergen, som inte slutade ens på 1990-talet, har en samling på cirka 10 000 prover samlats in i Ryssland, och prioriteringen för att beskriva dem tillhör ryska paleontologer.

Detta är en samling av världsbetydande betydelse, som i synnerhet inkluderar exemplar av dessa djur, vars tryck också hittades i Newfoundland, Ural, Australien och Namibia.

Hur fungerar fingeravtryckssökningen? I höjd med klippan sticker en sandstensplatta upp. Det är oklart om det står något på den eller inte. För att ta reda på det är det nödvändigt att ta bort flera ton sediment med kofot och spadar och frigöra en del av plattans yta. Sedan klyvs plattan upp och bit för bit sänks ner.

Tunga sandstensblock måste dras på baksidan. Nedanför, på stranden, numreras fragment av plattan och sätts ihop. Sedan vänder de på det. Avtrycken, om några, finns på sidan av plattan som var vänd nedåt. Men de kan fortfarande inte ses, eftersom sandstenen är täckt med lera.

Nu måste du tvätta bort leran med en borste och vatten mycket noggrant och hitta önskade utskrifter. Fynden måste fotograferas i den nedgående solens strålar, så att reliefen framstår bättre i svagt ljus. Redan från den här novellen är det tydligt att utvinningen av prover är fysiskt hårt arbete. Men expeditionernas hårda förhållanden kompenserar för den vansinniga spänningen hos upptäckarna som hade en chans att titta in på den mystiska sidan av livets historia på jorden.

I en värld av icke självklarhet

Paleontologer som arbetar med fanerozoisk fauna hanterar ofta riktiga fossiler - skal, skal, tänder, ben, fossiliserade ägg. Den vendianska faunan föddes före eran av aktiv biomineralisering som är inneboende i Kambrium.

De flesta av dessa märkliga varelser hade inga skelett, inga hårda skal, inga hårda skal. Deras kroppar var mjuka, ofta manetliknande, och få arter skröt med en papperstunn ryggsköld eller rörformig kitinisk slida.

Därför är allt som vendiska faunaspecialister sysslar med reliefer på den cementerade sanden, som en gång omslöt den gelatinösa kroppen, som försvann nästan spårlöst. Därav den otroliga svårigheten att tolka dessa spår. Här är bara några exempel.

En av de karakteristiska typerna av tryck är de så kallade radial-tine-skivorna. Till en början tolkades de som spår av manetliknande organismer, som fick motsvarande namn som "cyclomedusa". Det antogs att dessa maneter inte simmade fritt, utan ständigt satt på botten (som vissa moderna arter).

Denna tolkning rådde tills man nära skivorna började hitta avtryck av några varelser som liknade en fjäder, varefter en helt annan bild ritades: "cyclomedusa" är bara spår av de så kallade fästskivorna. Organismen utvecklades på följande sätt: larven sjönk till botten, dess bas växte, som gradvis täcktes med sand.

Och redan från basen växte en stam med sidogrenar, med hjälp av vilken djuret matades. När varelsen dog fanns skivavtrycket kvar oftare än stamavtrycket, även om det senare kunde nå cyklopiska storlekar för primitiv fauna - upp till 3 m i höjd med en skivadiameter på cirka 1 m.

Ett annat läroboksexempel är Dickinsonia. Avtrycken som lämnats av denna varelse liknar bladen på ådrorda växter. Så det här är kanske växten? Eller en svamp? Eller något annat? Om detta är ett djur, var är då dess munöppning, och var är analen? Författaren till dessa rader försvarade hypotesen att vi talar om en representant för faunan, men i ungefär två decennier var jag tvungen att motstå missförstånd från många kollegors sida.

Ett av mina huvudargument kokade ner till det faktum att avtrycket, som vi tenderar att ta för spåret av hela djuret, faktiskt bara bildas av ett tunt, pappersliknande skal genom vilket elementen i den inre strukturen "lyser igenom" ". Samtidigt finns det flera tryck, som tydligt visar att något som en gloria, som liknar ett avtryck av mjukvävnad, sträcker sig utanför den räfflade zonen.

Det var dock möjligt att äntligen bevisa att Dickinsonia tillhör djur först när spåren av krypande av dessa varelser hittades och studerades. Spåren av den rörliga magen är mer suddiga. Om Dickinsonia dog i slutet av vägen, är spåret av skalet helt annorlunda - tydligt. Det här är alltså ett djur: det rörde sig självständigt och absorberade tydligen mat från botten i form av bakterier på ytan av buken.

Fraktal och symmetri Oddities

Ett av de första exemplaren av den vendianska faunan som beskrevs av inhemska forskare var Vendia. Trycket hittades i en kärna från en brunn i Archangelsk-regionen. Djuret hade en bilateral, tvåsidig kroppsstruktur med tydlig segmentering, vilket gjorde det möjligt att till och med kalla denna varelse "naken trilobite" (äkta trilobiter dök upp, som bekant, i kambrium).

Men även då har B. M. Keller märkte att de vänstra och högra delarna av segmenten inte är mitt emot varandra, utan så att säga i ett schackbrädemönster. Detta fenomen, som jag kallade "betesreflektionssymmetri", visade sig vara mycket vanligt bland vendianska djur, vilket är ett annat mysterium, eftersom inget sådant observeras i kambrium.

Tydligen är en sådan märklig symmetri av bilaterala varelser förknippad med några särdrag av organismens tillväxt och utveckling - kanske fanns det en så kallad spiraltillväxt, karakteristisk för till exempel växter och som består i omväxlande uppdelning av en eller annan grupp av celler.

I rankomorphs - fjäderliknande organismer av cyclomedusa-typen (de diskuterades ovan) - observeras inte bara symmetrin hos den blickande reflektionen, utan också strukturens fraktalitet. Från huvudstammen sträcker sig rör som sedan förgrenar sig på samma sätt och nya grenar förgrenar sig igen.

Charnia är en av de sedan länge kända formerna av den vendianska faunan. Den tillhör de så kallade fjäderliknande organismerna och är, med största sannolikhet, ett djur som ledde en bifogad livsstil. Charnia, liksom några andra liknande former, liknade i sitt utseende ormbunksbuskar som växte från havsbotten.

Förgreningen av kärlen som sträckte sig från huvudstammen hade en fraktal struktur, vilket är ett av de karakteristiska dragen hos den vendianska faunan. Det fanns också rörformade varelser i vendianen, som på samma sätt "höll fast" på botten.

Förutom bilaterala varelser med glidreflektionssymmetri noteras intressanta organismer med trestrålesymmetri i vendian, vilket också är atypiskt för efterföljande epoker. Dessa inkluderar till exempel tribrachidium, vars avtryck liknar ett trestrålat hakkors inskrivet i en cirkel (mest troligt är dessa spår av matsmältningssystemets kanaler som leder till de tre munöppningarna).

Detta inkluderar även ventogiruses - dessa är äggformade varelser med ett komplext system av inre hålrum baserat på tre kammare.

Kallt för jättarna

Ju mer information om mångfalden av den vendianska faunan fossilen ger oss, desto mer akut är frågan om platsen för den vendianska biotan på det evolutionära trädet. Vilka var förfäderna till detta fantastiska vattenlevande liv, och kan du hitta dess ättlingar bland djuren från efterföljande epoker?

Uppenbarligen var vendianska organismer inte de första flercelliga djuren. I National Glacial Park i Montana (USA) och i Australien har man hittat kedjor av avtryck av flercelliga varelser som levde för 1600-1200 miljoner år sedan. Avtrycken, som ser ut som ett halsband av små pärlor, tros vara från ett kolonialt marint djur av typen hydroidpolyp.

Detta liv är en miljard år äldre än vendianska, men … inga andra pre-vendianska spår av flercelliga organismer, särskilt några förfädersformer, har ännu inte hittats. Detta får en att tro att uppkomsten av multicellularitet hos djur kanske inte var ett engångssteg i evolutionen, utan någon form av strategi. Till exempel, även idag finns det några flagellatprotozoer, som antingen lever som separata encelliga organismer, eller samlas i kolonier som fungerar som en enda organism. Om svampen gnuggas in i enskilda celler på en sil kan cellerna samlas igen.

Till och med experiment utfördes under vilka, när parametrarna för miljön (temperatur, salthalt) ändrades, cellerna i embryot av en flercellig organism sönderdelade och blev encelliga. Så det är möjligt att det inte finns någon kontinuerlig linje av flercelliga organismer från "pärlor" från Montana till den vendianska faunan, men generationer av encelliga former kan ligga mellan dem.

Vendiansk gigantism finner förmodligen sin förklaring i de speciella naturförhållandena för den miljön och den eran. Faktum är att de rikaste platserna i denna fauna finns där karbonater inte har samlats på botten. Och detta är en egenskap hos kallvattenbassänger - det är i dem som huvudsedimenten är silt, lera och sand.

Kallt vatten innehåller mer syre, det blandas hela tiden, vilket tar upp de organiska näringsämnena från botten. Vendianska djur åt inte varandra - de absorberade mikropartiklar från vattnet eller från botten, vilket gav dem ett långt liv och förmågan att utvecklas till stora former.

Men mest troligt var det uppvärmningen på planeten och minskningen av antalet kalla hav som orsakade utrotningen av den vendianska faunan. I Kambrium ser vi ett helt annat liv – i synnerhet anpassat till att leva i vatten med lägre syrehalt. Men processen för biomineralisering började aktivt, och djur började förvärva starka skelett, skal och skal.

Frågan om det finns ättlingar till den vendianska faunan bland de kambriska djuren i dag bör besvaras positivt, även om den fortfarande är föremål för heta vetenskapliga diskussioner. I synnerhet finner vi dessa ättlingar bland blötdjur, leddjur, coelenterater. Det finns många utdöda klasser av djur som levde i kambrium men som har rötter i vendianska.