27.4 Þróunarsaga dýraríkisins

27.4 Þróunarsaga dýraríkisins

Markmið náms

Í lok þessa hluta muntu geta gert eftirfarandi:

• Lýst einkennum elstu dýranna og hvenær þau komu fram á jörðinni
• Útskýrt mikilvægi kambríumtímabilsins fyrir þróun dýra og þær breytingar á fjölbreytileika dýra sem urðu á því tímabili
• Lýst nokkrum óleystum spurningum um kambríumsprenginguna
• Rætt afleiðingar fjöldaútdauða dýra í þróunarsögunni

Margar spurningar um uppruna og þróunarsögu dýraríkisins eru enn til rannsóknar og umræðu, eftir því sem ný steingervinga- og sameindagögn breyta ríkjandi kenningum. Meðal þeirra eru þessar: Hversu lengi hafa dýr verið til á jörðinni? Hverjir voru elstu meðlimir dýraríkisins og hvaða lífvera var sameiginlegur forfaðir þeirra? Þó að fjölbreytileiki dýra hafi aukist á kambríumtímabilinu á fornlífsöld, fyrir 530 milljónum ára, benda nýleg steingervingagögn til þess að frumstæðar dýrategundir hafi verið til mun fyrr.

Dýralíf fyrir kambríum

Tíminn fyrir kambríumtímabilið er þekktur sem edíakaratímabilið, frá um 635 til 543 milljónum ára, síðasta tímabil nýfrumlífsaldar á frumlífsöld (Mynd 27.14). Edíakara-steingervingar fundust fyrst í Ediacara-hæðum í Suður-Ástralíu. Engir núlifandi fulltrúar þessara tegunda eru til, en þær hafa skilið eftir sig för sem líkjast fjöðrum eða myntum (Mynd 27.15). Talið er að snemmbúið dýralíf, svokallað edíakara-líf (Ediacaran biota), hafi þróast af frumverum á þessum tíma.

Flestar edíakara-lífverur voru aðeins nokkrir millimetrar eða sentimetrar að lengd, en sum fjöðurlík form gátu orðið meira en einn metri á lengd. Á síðustu árum hafa komið fram vaxandi vísindaleg gögn sem benda til þess að fjölbreyttari og flóknari dýrategundir hafi lifað á þessum tíma, og líklega jafnvel fyrir edíakaratímabilið.

Önnur nýleg steingervingauppgötvun gæti sýnt elstu dýrategund sem fundist hefur. Þótt réttmæti þessarar fullyrðingar sé enn til rannsóknar virðast þessir frumstæðu steingervingar vera litlar, um eins sentimetra langar, svamplíkar lífverur, óreglulegar í laginu og með innri rör eða göng. Þessir fornu steingervingar frá Suður-Ástralíu eru 650 milljón ára gamlir og setja því hið meinta dýr fyrir ísöldina miklu sem markaði umskiptin milli krýógentímabilsins og edíakaratímabilsins. Fram að þessari uppgötvun töldu flestir vísindamenn að ekkert dýralíf hefði verið til fyrir edíakaratímabilið. Margir vísindamenn telja nú að dýr kunni í raun að hafa þróast á krýógentímabilinu.

Kambríumsprenging dýralífs

Einn ríkjandi hópur á kambríumtímabilinu voru þríbrotar, liðdýr sem voru meðal fyrstu dýra til að hafa sjónskyn (Mynd 27.17 a,b,c,d). Þríbrotar voru nokkuð líkir nútíma skeifukröbbum. Þúsundir mismunandi tegunda hafa fundist í setlögum frá kambríumtímabilinu, en engin þeirra lifir í dag.

Orsök kambríumsprengingarinnar er enn umdeild og líklegt er að margar samverkandi orsakir hafi hrundið af stað þessari ótrúlegu aukningu í fjölbreytileika dýra. Þess vegna hafa verið settar fram margar tilgátur til að svara spurningunni. Umhverfisbreytingar kunna að hafa skapað hentugri skilyrði fyrir dýralíf. Dæmi um slíkar breytingar eru hækkandi súrefnismagn í andrúmslofti (Mynd 27.18) og mikil aukning í kalsíumstyrk sjávar fyrir kambríumtímabilið. Sumir vísindamenn telja að víðáttumikið landgrunn með fjölmörgum grunnum lónum eða tjörnum hafi veitt nauðsynlegt lífsrými fyrir fleiri gerðir dýra til að lifa saman. Einnig eru til rök fyrir því að vistfræðileg tengsl milli tegunda, svo sem breytingar í fæðuvef, samkeppni um fæðu og rými og tengsl rándýra og bráðar, hafi skapað aðstæður fyrir skyndilega og umfangsmikla samþróun tegunda. Aðrar tilgátur leggja áherslu á erfðafræðilegar og þroskunarfræðilegar ástæður fyrir kambríumsprengingunni. Sá formfræðilegi sveigjanleiki og sú flækja í þroska dýra sem þróun Hox-stjórngena gerði mögulega kunna að hafa skapað nauðsynleg tækifæri til fjölgunar mögulegra líkamsgerða dýra á kambríumtímabilinu. Tilgátur sem eiga að skýra hvers vegna kambríumsprengingin varð þurfa bæði að skýra hina miklu fjölbreytni dýra og hvers vegna hún varð einmitt á þessum tíma. Gögn eru til bæði með og á móti hverri tilgátu sem lýst er hér að ofan, og svarið kann vel að vera samspil þessara og annarra skýringa.

Óleystar spurningar standa þó eftir um þá fjölbreytni dýra sem varð á kambríumtímabilinu. Til dæmis skiljum við ekki hvernig svo margar tegundir þróuðust á svo stuttum tíma. Var virkilega „sprenging“ lífs á þessum tiltekna tíma? Sumir vísindamenn efast um réttmæti þessarar hugmyndar, þar sem vaxandi gögn benda til þess að meira dýralíf hafi verið til fyrir kambríumtímabilið og að aðrar svipaðar svokallaðar sprengingar, eða kvíslanir, tegunda hafi einnig orðið síðar í sögunni. Auk þess hélt hin mikla fjölgun dýrategunda sem virðist hafa hafist á kambríumtímabilinu áfram langt inn í ordóvisíumtímabilið sem fylgdi. Þrátt fyrir sum þessara röksemda eru flestir vísindamenn sammála um að kambríumtímabilið hafi verið tími óvenju hraðrar þróunar dýra og aðgreiningar líkamsforma sem á sér enga hliðstæðu á neinu öðru tímabili.

Tengill í námsefni

Skoðaðu hreyfimynd af því hvernig líf í sjónum kann að hafa verið á meðan kambríumsprengingin stóð yfir.

Þróun eftir kambríum og fjöldaútdauðar

Tímabilin sem fylgdu kambríum á fornlífsöld einkenndust af frekari þróun dýra og tilkomu margra nýrra ættbálka, ætta og tegunda. Eftir því sem dýrafylkingar héldu áfram að greinast aðlöguðust nýjar tegundir nýjum vistfræðilegum sessum. Á ordóvisíumtímabilinu, sem fylgdi kambríumtímabilinu, kom plöntulíf fyrst fram á landi. Þessi breyting gerði dýrategundum sem áður lifðu í vatni kleift að nema land og nærast beint á plöntum eða rotnandi gróðri. Stöðugar breytingar á hita og raka það sem eftir lifði fornlífsaldar, vegna hreyfinga jarðskorpufleka, ýttu undir þróun nýrra aðlagana að lífi á landi hjá dýrum, svo sem útlima hjá froskdýrum og húðhreisturs hjá skriðdýrum.

Breytingar í umhverfinu skapa oft nýja vistfræðilega sessa, það er fjölbreytt lífsrými, sem geta leitt til hraðrar tegundamyndunar og aukins fjölbreytileika. Á hinn bóginn geta hamfarir, svo sem eldgos og loftsteinaárekstrar sem eyða lífi, valdið hrikalegu tapi á fjölbreytileika í sumum klæðum en jafnframt veitt öðrum ný tækifæri til að fylla skörðin og mynda nýjar tegundir. Slík tímabil fjöldaútdauða (Mynd 27.19) hafa átt sér stað aftur og aftur í þróunarsögu lífsins; þá hverfa sumar erfðalínur en rými skapast fyrir aðrar til að þróast inn í tómu vistfræðilegu sessana sem eftir standa. Lok permtímabilsins, og þar með fornlífsaldar, mörkuðust af stærsta fjöldaútdauða í sögu jarðar, þar sem áætlað er að 95 prósent þeirra tegunda sem þá lifðu hafi horfið. Sumar ríkjandi fylkingar í heimshöfunum, svo sem þríbrotar, hurfu alveg. Á landi gerði hvarf sumra ríkjandi skriðdýrategunda permtímabilsins nýrri línu skriðdýra kleift að koma fram: risaeðlunum. Hlýtt og stöðugt loftslag á miðlífsöldinni sem fylgdi ýtti undir sprengikennda fjölbreytni risaeðla í öllum hugsanlegum vistfræðilegum sessum á landi, í lofti og í vatni. Plöntur kvísluðust einnig inn í ný landsvæði og tóma vistfræðilega sessa og mynduðu flókin samfélög frumframleiðenda og neytenda, þar sem sum dýr urðu mjög stór vegna gnóttar fæðu.

Annar fjöldaútdauði varð í lok krítartímabilsins og batt enda á miðlífsöld. Himinninn myrkvaðist og hitastig féll eftir stóran loftsteinaárekstur, og tonn af eldfjallaösku sem spýttist út í lofthjúpinn lokuðu fyrir sólarljós. Plöntur dóu, jurtaætur og kjötætur sultu og risaeðlurnar létu hinum heitblóðugri spendýrum eftir yfirráð sín á landi. Á nýlífsöldinni sem fylgdi kvísluðust spendýr inn í vistfræðilega sessa á landi og í vatni sem risaeðlur höfðu áður skipað, og fuglar, heitblóðugir beinir afkomendur einnar línu ríkjandi skriðdýra, sérhæfðust fyrir flug. Koma og yfirráð blómplantna á krítartímabilinu sköpuðu nýja vistfræðilega sessa fyrir frævandi skordýr, sem og fyrir fugla og spendýr. Breytingar á fjölbreytileika dýrategunda seint á krítartímabilinu og snemma á nýlífsöld voru einnig knúnar áfram af stórfelldri breytingu á landafræði jarðar, þegar jarðskorpuflekar færðust yfir jarðskorpuna í núverandi stöðu sína. Það skildi suma dýrahópa eftir einangraða á eyjum og meginlöndum eða aðskilda frá öðrum keppinautum með fjallgörðum eða innhöfum. Snemma á nýlífsöld komu fram ný vistkerfi, með þróun grasa og kóralrifja, sem síðar dreifðust víða. Seint á nýlífsöld urðu frekari útdauðar og síðan tegundamyndanir á ísöldum, þegar ís huldi háar breiddargráður og hopaði síðan og skildi eftir sig ný opin svæði til landnáms.

Tengill í námsefni

Horfðu á eftirfarandi myndband til að læra meira um fjöldaútdauða.

Starfstengsl

Steingervingafræðingur

Steingervingafræði nútímans byggir á mun fjölbreyttari þekkingu og tækni en á dögum Anning. Steingervingafræðingur þarf að hafa þekkingu á stærðfræði, líffræði, vistfræði, efnafræði, jarðfræði og mörgum öðrum vísindagreinum. Starfið getur falið í sér vettvangsrannsóknir: leit að steingervingum og rannsóknir á þeim. Auk þess að grafa eftir og finna steingervinga undirbúa steingervingafræðingar þá einnig fyrir frekari rannsóknir og greiningu. Þótt risaeðlur séu líklega fyrstu dýrin sem koma upp í hugann þegar hugsað er um fornt líf rannsaka steingervingafræðingar fjölbreytt lífsform, allt frá plöntum, sveppum og hryggleysingjum til hryggdýra eins og fiska, froskdýra, skriðdýra, fugla og spendýra. Lífeðlisfræði, lífefnafræði, landupplýsingakerfi og gagnafræði eru líka þekkingarsvið sem steingervingafræðingar nota til að afhjúpa sannleikann um fortíðina.

Grunnnám í jarðvísindum eða líffræði er góður upphafspunktur fyrir starfsferil sem steingervingafræðingur. Oftast er framhaldsnám nauðsynlegt. Auk þess er starfsreynsla á safni eða á rannsóknarstofu í steingervingafræði gagnleg.