ΝΕΕΣ ΑΝΑΚΑΛΥΨΕΙΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΟΚΑΛΥΠΤΟΥΝ ΤΙΣ ΡΙΖΕΣ ΤΗΣ «ΚΑΜΒΡΙΑΣ ΕΚΡΗΞΗΣ»

Η άνοδος των ζώων

Καλλιτεχνική απεικόνιση ζωικών ειδών της Εδιακάριας και της πρώιμης Κάμβριας γεωλογικής περιόδου. Το ζώο με το κωνικό σχήμα στα αριστερά είναι η Κλουντίνα

Αν σταθείς πάνω στους απότομους λευκούς λόφους που περιβάλλουν τα μεγάλα ποτάμια της Σιβηρίας, τα πόδια σου θα πατούν σε ένα σημείο καμπής στην ιστορία της ζωής στον πλανήτη Γη: Το ηλικίας 541 εκατομμυρίων ετών γεωλογικό όριο ανάμεσα στις προκάμβριες και στην Κάμβρια περίοδο. Τα πετρώματα κάτω από αυτή τη διαχωριστική γραμμή (τα παλαιότερα) περιέχουν λιγοστά απολιθώματα, αχνές αποτυπώσεις ζωντανών οργανισμών με μαλακούς ιστούς και ένα συνονθύλευμα από κελύφη άλλων ζώων. Αν όμως κοιτάξει κανείς τα πετρώματα ακριβώς πάνω από το όριο, θα διαπιστώσει ότι αυτά είναι γεμάτα κελύφη. Λίγο ψηλότερα, εμφανίζονται και τα απολιθώματα των αρκετά πιο γνωστών τριλοβιτών. Αυτή η απότομη αλλαγή θεμελιώνει τη λεγόμενη «Κάμβρια έκρηξη», ένα από τα σημαντικότερα ορόσημα της εξέλιξης της ζωής στη Γη, που όμως δεν έχει κατανοηθεί αρκετά.
Επί δεκαετίες οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι τα σύνθετα ζώα - πολυκύτταροι μη φωτοσυνθετικοί οργανισμοί με διαφοροποιημένους ιστούς - εμφανίστηκαν κατά την «Κάμβρια έκρηξη». Είναι αλήθεια ότι πλειάδα νέων μορφών οργανισμών εμφανίστηκαν αυτή τη χρονική περίοδο, συμπεριλαμβανομένων των προγόνων πολλών από τις σημερινές ομάδες του ζωικού βασιλείου. Πρόσφατες ανακαλύψεις όμως στη Σιβηρία, στη Ναμίμπια και αλλού δείχνουν ότι σύνθετα ζώα πρωτοεμφανίστηκαν εκατομμύρια χρόνια πριν από την «Κάμβρια έκρηξη», στην τελική φάση των προκάμβριων περιόδων και συγκεκριμένα στην Εδιακάρια περίοδο. Ανάμεσα στα ευρήματα είναι τα παλιότερα γνωστά ζώα, με εξωτερικό και εσωτερικό σκελετό αποτελούμενο σε μεγάλο βαθμό από ανόργανα άλατα, μια ριζοσπαστική εξελικτική «εφεύρεση», που διατηρείται και σε πολλά σημερινά ζώα.

Θωρακισμένα

Η Κλουντίνα, από τους αρχαιότερους οργανισμούς με εξωσκελετό, είναι γνωστή από τα απολιθώματα που διατηρούν τη σωληνοειδή της πανοπλία (πάνω αριστερά). Αλλο ζώο με πρώιμο σκελετό είναι ο Ναμακάλαθος, που διατηρούνται τα σκληρά του τμήματα σε σχήμα κούπας (πάνω δεξιά). Κλουντίνα και Ναμακάλαθος συχνά συναντώνται μαζί (κάτω αριστερά). Η Ναμαποικία, ένας πρώιμος σπόγγος, ήταν ένας ακόμη σύγχρονος της Κλουντίνα (κάτω δεξιά)

Η παρουσία αυτών των «θωρακισμένων» ζώων τόσο παλιά στο παρελθόν - πριν από 550 εκατομμύρια χρόνια - δείχνει ότι οι οικολογικές και περιβαλλοντικές πιέσεις που οδήγησαν στην «Κάμβρια έκρηξη» είχαν αρχίσει να επιδρούν από πολύ πιο πριν. Η κατανόηση των παραγόντων που καθόρισαν την εξέλιξη των πιο πρώιμων σύνθετων ζώων στην Εδιακάρια περίοδο είναι κλειδί για την κατανόηση της εκπληκτικής έκρηξης της διαφοροποίησης των ειδών που ακολούθησε στην Κάμβρια περίοδο.
Τα κάμβρια απολιθώματα αποτελούν αντικείμενο εντατικής μελέτης τα τελευταία 150 χρόνια. Ετσι, υπάρχει καλή εικόνα για το τι, πότε και πού έζησε. Παρόμοια απολιθώματα βρέθηκαν σε πολλές ηπείρους, χρονολογήθηκαν ότι έχουν περίπου την ίδια ηλικία και τα ζώα από τα οποία προέρχονται φάνηκε ότι ακολούθησαν τις ίδιες εξελικτικές αλλαγές περίπου συγχρονισμένα. Μόνο τώρα όμως, μετά τις νέες ανακαλύψεις για την Εδιακάρια, αρχίζουν να αποκαλύπτονται οι ρίζες της «Κάμβριας έκρηξης». Επιπλέον, εν μέρει χάρη στις προόδους σε γεωχημικές τεχνικές, που βάθυναν κατά πολύ την κατανόησή μας για τη μεταβαλλόμενη στο πέρασμα των γεωλογικών περιόδων χημεία των ωκεανών, αρχίζουμε να καταλαβαίνουμε και γιατί υπήρξε αυτή η απότομη άνθιση της βιολογικής εξέλιξης. Δεκάδες εκατομμύρια χρόνια πριν από την Κάμβρια, όλο και πιο σύνθετα όντα άρχισαν να εμφανίζονται και να εξαπλώνονται στο βυθό των ωκεανών.

Κίνηση

Αν και έχουν βρεθεί βιοδείκτες που σηματοδοτούν την ύπαρξη των πρώτων ζωικών μορφών ήδη πριν από 650 εκατομμύρια χρόνια, δεν συμφωνούν όλοι οι επιστήμονες με τη σχετική ανάλυση. Σχεδόν όλοι όμως συμφωνούν ότι τα ηλικίας 571 εκατομμυρίων ετών ευρήματα στη Νιουφάουντλαντ ανήκουν σε ζώα που έζησαν λίγο μετά την τελευταία περίοδο γιγαντιαίων παγετώνων, οι οποίοι είχαν καλύψει το μεγαλύτερο μέρος του πλανήτη με παχύ στρώμα πάγου. Αυτή η Εδιακάρια πανίδα κυριαρχούνταν από όντα με μαλακούς ιστούς μήκους μέχρι ενός μέτρου, πολλά από τα οποία είχαν μορφή πτερόμορφων φύλλων, με ένα κάθετο προς αυτά στέλεχος, στερεωμένο στον ωκεάνιο βυθό. Τα ζώα αυτά εμφάνιζαν δομή φράκταλ (ίδιο μοτίβο σε οσοδήποτε μικρή ή μεγάλη κλίμακα). Από τη δομή του σώματός τους, που μεγιστοποιεί την επιφάνεια, φαίνεται ότι τρέφονταν απορροφώντας θρεπτικές ουσίες απευθείας από το νερό.
Δέκα εκατομμύρια χρόνια αργότερα, η Εδιακάρια πανίδα διαφοροποιήθηκε, περιλαμβάνοντας και οργανισμούς που μπορούσαν να κινηθούν και ζούσαν σε ρηχά νερά. Μερικά από τα απολιθώματα διατηρούν σημάδια σαν γρατσουνιές, που δείχνουν ότι τα ζώα έτρωγαν φύκη, «βόσκοντας» πάνω σε «χαλιά» από άλγες. Αλλα σέρνονταν πάνω στα φύκη, απορροφώντας θρεπτικά συστατικά από το κάτω μέρος του σώματός τους. Περίπου εκείνη την περίοδο εμφανίζονται και οι πρώτες απλές τρύπες - λαγούμια, ένδειξη ότι τα ζώα άρχισαν να κινούνται και να διαταράσσουν τα ιζήματα του βυθού.

Πιο δυνατοί μαζί

Αλλα δέκα εκατομμύρια χρόνια αργότερα, δηλαδή πριν από 550 εκατομμύρια χρόνια, εμφανίζονται ξαφνικά τα παλαιότερα απολιθώματα που διαθέτουν εξωτερικό και εσωτερικό σκελετό, αποτελούμενο κυρίως από ανθρακικό ασβέστιο. Τα ζώα από τα οποία προέρχονται αυτά τα απολιθώματα ήδη ποικίλλουν σε μέγεθος και μορφή, και εμφανίζονται από τη Σιβηρία έως τη Βραζιλία και τη Ναμίμπια. Η εμφάνιση σκελετού σε τόσο πολλές και άσχετες μεταξύ τους ομάδες ζώων σε όλο τον κόσμο δείχνει ότι δέχονταν μια μεγάλη εξελικτική πίεση, που ωθούσε προς αυτή την κατεύθυνση. Η δημιουργία σκελετού είναι ακριβή λειτουργία από πλευράς ενέργειας, άρα για να ευνοηθεί ένα ζώο από την ύπαρξή του πρέπει το όφελος να ξεπερνάει το κόστος. Τα ζώα παράγουν σκελετό για πολλούς λόγους, αλλά ο βασικότερος είναι η ανάγκη για προστασία από τους θηρευτές. Αν και δεν έχουν βρεθεί απολιθώματα θηρευτών από αυτήν την περίοδο, φαίνεται λογικό η εμφάνιση σκελετών να συνδέεται με την πρώτη εκτεταμένη εμφάνιση ζώων που έτρωγαν άλλα ζώα.
Στην Εδιακάρια περίοδο εμφανίστηκε και μια άλλη καινοτομία: Η κατασκευή υφάλων από τα ζώα, όπως κάνουν σήμερα τα κοράλλια. Μεγαλώνοντας κοντά το ένα στο άλλο, σε ορισμένες περιπτώσεις κολλώντας μεταξύ τους σαν με τσιμέντο, τα άτομα ενός ζωικού είδους γίνονται μηχανικά πιο ανθεκτικά, σηκώνονται ψηλότερα από το βυθό και μακριά από είδη ανταγωνιστές, αυξάνουν την αποδοτικότητά τους στο να βρίσκουν τροφή και προστατεύονται καλύτερα από τους θηρευτές. Τα ζώα Κλουντίνα της Εδιακάριας, που είχαν σωληνοειδή εξωσκελετό μήκους μέχρι 7 εκατοστών, μπορούσαν να τσιμενταριστούν το ένα με το άλλο, σχηματίζοντας υφάλους. Σε ρωγμές των υφάλων αυτών αναπτύσσονταν και τα ζώα Ναμαποίκια, όπως συμβαίνει και σήμερα, που άλλη είναι η πανίδα που ζει στις ανοιχτές επιφάνειες και άλλη εκείνη που ζει στις ρωγμές, στις σπηλιές κ.λπ. Η εμφάνιση των υφάλων υποδεικνύει επίσης σύνθετες οικολογικές πιέσεις. Η «Κάμβρια έκρηξη» και μια «κούρσα εξοπλισμών» ανάμεσα σε θηρευτές και θηράματα είχαν ήδη αρχίσει.

Γεωχημικές πιέσεις

Τα γεωχημικά δεδομένα που έχουν συλλέξει οι επιστήμονες μέσω της τεχνικής διαφοροποίησης σιδήρου (ο σίδηρος σχηματίζει διαφορετικές ενώσεις ανάλογα με τη συγκέντρωση του διαθέσιμου οξυγόνου), δείχνουν ότι από την Εδιακάρια περίοδο και μέχρι την πρώιμη Κάμβρια υπήρχαν μεγάλες διακυμάνσεις στη συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου μέσα στο νερό των θαλασσών. Πιο οξυγονωμένο ήταν το επιφανειακό νερό, ενώ βαθύτερα επικρατούσε ανοξία. Το οξυγονωμένο νερό κάλυπτε διαφορετικές περιοχές κάθε χρονική περίοδο καθώς άλλαζε η στάθμη της θάλασσας, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται σε διάφορα σημεία προσωρινές οάσεις οξυγόνου και άρα κατάλληλο περιβάλλον για πιο κινητικές μορφές ζωής, που είχαν αυξημένες ανάγκες οξυγόνου.
Περίοδοι αυξημένης ανοξίας στο βυθό συμπίπτουν χρονικά με μαζικές εξαφανίσεις ειδών, όπως εκείνη της Πέρμιας περιόδου, πριν από 252 εκατομμύρια χρόνια, που σκότωσε πάνω από το 90% όλων των θαλάσσιων ειδών. Αλλά και πολλές μεγάλες διαφοροποιήσεις, συμπεριλαμβανομένων εκείνων της Εδιακάριας - Κάμβριας, της Ορδοβίκειας 100 εκατ. χρόνια αργότερα και του δεύτερου μισού της Τριασσικής, πριν από 247 εκατομμύρια χρόνια, άρχισαν κατά τη διάρκεια μεγάλων περιόδων μεταβαλλόμενης ανοξίας και στα ρηχά νερά. Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι οι διακυμάνσεις στην οξυγόνωση του νερού ίσως ήταν η αιτία για εμφάνιση εξελικτικών καινοτομιών στα ζώα με μαλακούς ιστούς.
Είναι ευκολότερο για τα ζώα να σχηματίσουν σκελετό από ανθρακικό ασβέστιο όταν το θαλασσινό νερό περιέχει περισσότερα από 10 μικρομόλ οξυγόνου ανά λίτρο. Ισως να κατάφεραν να εξελίξουν τους σκελετούς ανθρακικού ασβεστίου όταν τα επίπεδα οξυγόνου ξεπέρασαν αυτό το όριο, επιτρέποντας σε νωρίτερα απομονωμένες οάσεις να επεκταθούν, συνδέοντάς τες μεταξύ τους και πετυχαίνοντας σταθερότητα αυξημένου διαθέσιμου διαλυμένου οξυγόνου σε παγκόσμια κλίμακα. Στην εξίσωση της βιολογικής εξέλιξης εκείνη την περίοδο, οπωσδήποτε πρέπει να ληφθούν υπόψη οι πιέσεις από τους θηρευτές και οι αλληλεπιδράσεις με επιμέρους οικοσυστήματα, οι ανατροφοδοτήσεις μεταξύ διαφορετικών οργανισμών και οι άλλες αλληλεπιδράσεις του γήινου συστήματος (βιόσφαιρα, γεώσφαιρα, υδρόσφαιρα και ατμόσφαιρα).

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»