Prelazni Fosili – II

Sadržaj:

1. Uvod – šta su to prelazni fosili
2. Razvoj višećelijskih organizama i Kambrijska eksplozija
3. Razvoj kičmenjaka
4. Od riba do vodozemaca
5. Od vodozemaca do reptila
6. Od reptila do sisara
7. Od reptila do ptica
8. Kratak pregled evolucije biljaka
9. Žirafe, kitovi, konji i druge napomene

2 – Razvoj višećelijskih organizama i Kambrijska eksplozija

    Najstarije stene i minerali pokazuju da se život razvio na Zemlji pre oko 3800 miliona godina. Da ne bi skakali iz perioda u period, krenimo kroz vreme, onako kako su ga naučnici izmerili pomoću raznih metoda, period po period…

3800Ma do oko 3000Ma – rana Arhejska era
     Jedini fosili koje nalazimo u ovom periodu su mikrofosili jednoćelijskih bakterija, najprostijih organizama na Zemlji. Najveći deo ovih bakterija je spadao u dve vrste. Hemoautotrofne bakterije su se hranile visokoenergetskim jedinjenjima koje su ispuštali mnogobrojni vulkani tog perioda. Fotoautotrofne bakterije su hranu proizvodile fotosintezom, isto kao što to čine današnje biljke. Konačno, verovatno su postojale i vrste bakterija koje su se hranile proždirući druge bakterije…ali ništa kompleksnije od toga do danas nismo uspeli da pronađemo.

3000Ma do 2500Ma – druga polovina Arhejske ere
     Ovde se pojavljuju prvi mikrofosili prostih, jednoćelijskih eukariota, kompleksnih organizama čije ćelije sadrže nukleus (sve životinje, uključujući tu i ljude, su eukariote). Takođe, nalazimo prve fosile koji daju znake organizacije jednoćelijskih organizama u kolonije: stromatoliti.
     Stromatoliti su velike kolonije fotoautotrofnih bakterija poznatih kao cijanobakterije. Cijanobakterije su rasle na površini kamenja blizu obala mora, i drugim sličnim vlažnim površinama. Da bi sprečile talase i kišu da ih speru sa kamena, lučile su niz supstanci koje su vezivale telo ćelije za površinu kamena, i stvarale sluzav sloj koji voda nije mogla da spere.. Neke ćelije su pritom umirale, i nove ćelije bi se naselile iznad njih. Veoma sporo, slojevi odumrlih ćelija bi otvrdnuli i sasušili se, odsečeni od vlage slojevima novijih ćelija iznad sebe, proizvodeći slojevite strukture velike čvrstoće.

2500Ma do 1600Ma – Paleoproterozoik

    U ovom periodu, stromatoliti vladaju svetom kao najkompleksniji oblik života. Kroz fotosintezu, proizvode ogromne količine kiseonika. Razni minerali koji su do sada slobodno plutali u okeanima i izloženi na površini Zemlje, počinju da se oksidišu. Najznačajniji od ovih je gvožđe, koje je pre ovog perioda bilo veoma bogato u okeanima. Međutim, sa porastom nivoa kiseonika u atmosferi, gvožđe počinje da rđa, i ova rđa se nakuplja na dnu okeana u vidu slojevitih gvozdenih formacija. Skoro milijardu godina prolazi dok svo gvožđe ne bude oksidisano, i dok se ne uspostavi stabilan nivo koncentracije kiseonika u atmosferi. Oksidacija gvožđa je toliko značajna da se ovaj period u geologiji često naziva “rđanje Zemlje”.

    Razni oblici hemoautotrofnih prokariota organizama, čiji su osnovni biohemijski sistemi osetljivi na kiseonik, masovno izumiru. Njihovi potomci uspevaju da prežive samo na najekstremnijim mestima na Zemlji, kao što su vreli vulkanski izvori.

1600Ma do 900Ma – Mezoproterozoik

    Ovde počinjemo da nalazimo prve tragove višećelijskih organizama. Uglavnom se radi o fosilima višećelijskih algi, koje su se povezivale u dugačke lance vezane jednim krajem za neku čvrstu površinu. Ovo vezivanje u lance je omogućavalo algama da izbegnu da ih more odnese do nekog nepogodnog mesta (recimo, da ih izbaci na plažu gde bi se osušile).

    U ovom periodu se događa i jedan drugi značajan korak: razni oblici uglavnom jednoćelijskih gljivica napuštaju okeane i počinju da naseljavaju suvu zemlju. Prvi fosili veoma primitivnih višećelijskih životinja se takođe javljaju pred kraj ovog perioda, jedva više od organizovanih grupa jednoćelijskih organizama koje su formirale kolonije slične malim vrećama ili šupljim cilindrima.

900Ma do 544Ma – Neoproterozoik

    U ovom periodu nalazimo mnoge fosile prostih, mekih organizama i razvoj života počinje da se ubrzava. Proste kolonije koje smo videli u prethodnom periodu se organizuju u kompleksnije oblike.

    Prve životinje koje se pojavljuju u ovom periodu su postojale, sa geološke tačke gledišta, vrlo kratko – samo nekoliko desetina miliona godina. Razlog za ovo je brz razvoj novih, sposobnijih vrsta, koje su ubrzo potisnule prvobitne, primitivne organizme, kao i razvoj genetskih alatki za brzo prilagođavanje (o ovome će biti više reči u daljem tekstu).

    Najčešće životinje iz ovog perioda su bile razne vrste slične današnjim meduzama, primitivni preci dupljara, i prvi preci prostih crva. Na slici možete da vidite par fosila iz ovog perioda. Fosil označen sa A je jedan tipičan predstavnik ovog perioda, Charniodiscus arboreus. On bi nam danas izgledao kao veliko pero zalepljeno za kamen na dnu mora. Pripadnici ove klase organizama su se brzo razmnožili i prekrili dna okeana, da bi samo par miliona godina kasnije potpuno izumrli.

    Fosil označen slovom B je pripadnik uspešnijeg roda. Verovali ili ne, radi se o veoma prostom pljosnatom crvu, Dickinsonia costata. Teško je zamisliti prostiju višećelijsku životinju od dikensonije: ona se sastojala od jedne izdužene cevi, u kojoj je jedan kraj služio kao “usta”, a drugi kao “anus”. Pljosnato telo je bilo u stanju da se kreće puzećim pokretima, i da prenosi organizam od jednog izvora hrane ka sledećem.

    Ovi rani oblici višećelijskih organizama su potpuno promenili izgled zemaljskog ekosistema. Brzo se granajući u nove, različite vrste (iako su fosili iz ovog perioda veoma retki, poznato je preko dvadeset različitih vrsta dikensonije), oni su započeli prve korake borbe za život koja će sve većom brzinom proizvoditi ogromne količine novih strategija ishrane, razmnožavanja, i preživljavanja.

    Od ovog skromnog početka, život brzo napreduje. Pred kraj ovog perioda, nalazimo veliki broj raznovrsnih životinja. Neke od ovih životinja ne liče ni na šta pto bi smo danas prepoznali. Recimo, označen sa C na slici, fosil Tribrachidium heraldicuma predstavlja potpunu zagonetku. Neke su preci vrsta koje će biti veoma važne u istoriji života, ali neće preživeti sve do danas; označen sa D na slici, Parvancorina minchami je fosil vrste od koje su možda nešto kasnije nastali trilobiti.

    Neke vrste, međutim, već počinju da liče na organizme koje danas poznajemo. Označena sa E na slici, Spriggina floundersi je vrsta primitivnih pljosnatih crva. I dalje veoma slična dikinsoniji (identična građa tela, samo izdužena po jednoj osi, što olakšava puzanje), sprigina je imala i jasno definisana usta koja su verovatno mogla da žvaću ulovljeni plen. Fosili označeni sa F su prvi primeri okoštalih tkiva. Primitivni i prosti čak i u poređenju sa modernim školjkama, ovi fosili (poznati kao Tomotijanska fauna) pokazuju prve korake koji će uskoro dovesti do prave eksplozije života…

    Ove nove, sposobnije vrste počinju da potiskuju stromatolite, koji su do tada bili neprikosnoveni vladari sveta. Na slici možete videti rekonstrukciju kako je dno mora možda izgledalo u ovom periodu.

    Nekoliko novih nalazišta fosila iz ovog perioda je otkriveno u zadnjih par godina, uključujući i nalazište u južnoj Kini, u kome su nađeni primerci životinja starijih i primitivnijih čak i od najprostijih koje smo pomenuli ovde. Ovi nalazi se još uvek analiziraju, i u trenutku pisanja ovog teksta još uvek nije dostupno dovoljno informacija da bi smo mogli i ove primerke obraditi ovde. Ali fosilni zapis ovog perioda se svakodnevno dopunjava, i broj fosila postaje sve veći i veći.

544Ma do 500Ma – Kambrijska eksplozija

    Kambrijski period je trenutak kada su razni organizmi počeli da prozvode koščata tkiva – prvo spoljne štitove i oklope, pa zatim i unutrašnje kosti. Koščati delovi životinja mnogo lakše preživljavaju duge periode vremena, i lakše se fosilizuju. Ukupno, koščati deo životinje će se fosilizovati sto hiljada puta češće nego meko tkivo; ili, drugim rečima, za svaki fosil mekog tkiva, naći ćemo preko sto hiljada fosila kostiju.

     Paleontolozima koji su iskopavali prve fosile je ovo izgledalo kao nagli skok: u nižim slojevima nema praktično ničega…pa se onda, odjednom, pojavljuju slojevi sa hiljadama fosila koščatih životinja. Iz ovog razloga, ovo se dugo smatralo periodom u kome se dogodila najveće razdvajanje tipova životinjskih vrsta, i ovaj period je nazvan “Kambrijska eksplozija”. U Kambrijskom periodu su uspostavljeni sve moderne grupe životinja – tj. za svaku grupu životinja koju poznajemo danas, možemo naći pretke u Kambrijskom periodu.

Trilobiti su dugo bili jedna od najuspešnijih i najraznovrsnijih vrsta životinja na planeti. Ostavili su ogroman broj veoma raznolikih fosila.
Za više informacija, pogledajte detaljan sajt o trilobitima koga možete naći ovde.

     U Kambrijskoj eri su morima vladali danas izumrli trilobiti. Njihove kalcijumske školjke će se zajedno sa skeletima jednoćelijskih diatoma milionima godina nakupljati na dnu okeana, i biće građa za čitave planinske lance sastavljene od karbonatnih stena. Razne vrste crva se u ovom periodu šire i evoluiraju u hiljade različitih vrsta, uključujući tu i neke koje izgledaju krajnje fantastično – kao što je, na primer, čuvena Hallucigenia.

Gore: fotografija fosila Hallucigenia sparsa (Smithsonian Institution, Jean-Bernard Caron).
Dole: rekonstrukcija izgleda životinje, na kojoj se vidi zašto je dobila ime Hallucigenia.
(rekonstrukcija adaptirana iz slike Jose Manuel Canete)

    Na slici ispod možete videti rekonstrukciju dna okeana u Kambrijskom periodu. Pored različitih crva i trilobita (neki od kojih su bili preko pola metra veliki), možete primetiti u sredini donjeg dela slike malu crvenkastu životinju koja liči na plovećeg puža (boje životinja su plod mašte autora slike; mada znamo kako su životinje ovog perioda izgledale, ne znamo koje su boje bile njihove kože i ljušture). Ovo biće, nazvano Pikaia, je možda predak svih kičmenjaka.

    U ovom periodu životinjski svet postaje suviše komplikovan da bi smo mogli da ga pratimo u jednoj opštoj slici. Zbog toga ćemo se u daljim poglavljima koncentrisati na nekoliko određenih klasa životinjskog carstva, i njihov posebni tok razvoja.

Tehnička diskusija: Razlog za “eksploziju”

    U Kambrijskom periodu razvoj života ulazi u novu eru. Da bi smo razumeli život ovog perioda, moramo se zapitati šta je razlog ovako naglog razvoja gomile novih vrsta? Mada razni biolozi imaju svoje omiljene ideje, najverovatnije se radilo o skupu više odvojenih stvari od kojih ćemo ovde pomenuti tri koje su verovatno među najznačajnijima.

    Prvi uticaj je bilo nagla promena klime. Geološki dokazi pokazuju da je veći deo Zemlje bio pokriven ledenim omotačem neposredno pre Kambrijskog perioda. Vulkanska i sunčeva aktivnost je, međutim, ubrzo promenila situaciju, i led je počeo naglo da se topi, povlačeći se na polove u roku od samo nekoliko hiljada (možda čak i samo nekoliko stotina) godina. Ovo je oslobodilo ogroman prostor za širenje života, i nove vrste su imale nova staništa kojima su mogle da se prilagođavaju. Ledeni ciklus se zatim ponovio dva ili tri puta, povlačeći sa sobom naizmenične talase izumiranja, izolacije, i evolucije.

    Drugi uticaj je bio razvoj vida. Primitivni oblici vida su prisutni već u jednoćelijskim organizmima, gde grupe molekula osetljivih na svetlosnu energiju mogu da omoguće ćeliji da prepozna pravac iz koga svetlost dolazi (ovo je važno u morskim dubinama, gde je lako za jednoćelijski organizam da ode previše duboko, i da zađe u pojas vode u kome više nema kiseonika). Prve oči višećelijskih organizama su bile jako primitivne, jedva nešto više od grudvica ćelija osetljivih na svetlost, ali su omogućile nešto potpuno novo: do tog trenutka, lovci su morali da naslepo puze okolo, dok ne nalete na svoju žrtvu. Sa očima, ma koliko primitivnim i neefikasnim, lovac može da vidi svoj plen na daljinu, i da ga namerno lovi. U određenom smislu, čitav razvoj života u Kambrijsom periodu se svodi na razvoj odbrane lovine od novih, opasnih lovaca, i razvoj lovaca da zaobiđu nove odbrambene strategije svog plena. Naglo izumiranje čitavih tipova životinja (“perje” koje je prekrivalo dno mora u toku Proterozoika biva potpuno istrebljeno u veoma kratkom periodu) pokazuje koliko razliku je učinio vid.

    Treći uticaj je genetski razvoj, koji zahteva malo detaljniju diskusiju, pošto se radi o nečemu što će uticati na razvoj životinja od ove tačke u vremenu sve do danas.

     Sposobnost brze adaptacije na promenu u uslovima života je veoma korisna stvar za svako živo biće. Ako promena oblika ili veličine nekog dela tela zahteva komplikovane i malo verovatne mutacije, životinji će trebati jako mnogo vremena da se adaptira novim uslovima. S druge strane, ako su mutacije suviše jednostavne i suviše česte, previše mladunčadi će se rađati sa smrtonosnim deformacijama, što je opet veoma negativna stvar. Rane životinje su otud bile pod selektivnim pritiskom da razviju genetski sistem koji omogućava nekakav balans između ove dve potrebe.

     Sistem koji je razvijen se pojavio (prema genetskim analizama, i njihovim poređenjem sa fosilnim zapisom) znatno pre Kambrijske eksplozije, i verovatno je bio prisutan već u Neoproterozoiku. Sve životinje, od tada do danas, svoj telesni “plan razvoja” kontrolišu pomoću grupe gena poznatih kao “homeoboks”, ili hox geni. Ovaj skup gena predstavlja osnovni sistem kontrole veličine tela, položaja udova, sekvence razvoja, itd. Crvi, insekti, glodari, ljudi…sve životinje na svetu kontrolišu svoj razvoj pomoću ovih gena. Mada u višim organizmima postoje i drugi, kompleksniji dodatni sistemi, hox geni i dalje igraju ključnu ulogu.

     Ovaj sistem omogućava populaciji životinja da bude dovoljno slična da omogući celoj vrsti da živi u istim uslovima, ali da pritom među njima postoji određena količina varijacija (recimo, među ljudima postoje neki koji imaju duže ruke, neki koji imaju kraće; neki imaju manji nos, neki veći; itd). Na osnovu ovih varijacija, moguća je relativno brza selekcija u slučaju da se situacija u životnoj sredini značajno promeni – recimo, dugačke ruke naših ranih predaka, prilagođene za život u drveću, su postale značajno kraće veoma brzo nakon što su se naši kasniji preci preselili u savane.
Šta ovo konkretno znači za ovu našu diskusiju? Primitivne životinje, koje imaju mali broj relativno prostih sistema, lako mogu da dodaju nove sisteme ili da potpuno preurede postojeće. Ali kada životinja postane dovoljno kompleksna, dodavanje novih sistema postaje mnogo teže, pošto svaki novi sistem mora da se uklopi u već postojeće.

     Tako, recimo, morska sasa može da razvije novu grupu pipaka bez ikakvih problema. Neki sisar, međutim, ne može prosto da razvije još jedan dodatni par nogu: to bi zahtevalo razvoj čitave nove grupe mišića, promenu strukture tela, gomilu novih dodatnih kostiju, nove arterije, vene, nerve, i mnoge druge promene.

    Drugim rečima, takav razvoj je praktično nemoguć – što je i osnovni razlog zbog koga su osnovne osobine klasa životinja prisutnih u Kambrijskom periodu ostale prisutne sve do danas. Ovo je, takođe, razlog zbog čega možemo da vidimo značajna poklapanja u osnovnim parametrima koji definišu telo (recimo, broju kostiju u udovima) kod srodnih organizama (recimo, svih četvoronožnih životinja).

    Međutim, manje varijacije se dešavaju veoma brzo: promena dužine i oblika kostiju, promena oblika lobanje, tačan položaj unutrašnjih organa… Sve te stvari kontroliše ponašanje hox gena, koji značajno variraju u svakoj populaciji. U određenom smislu, hox geni su skup genetskih alatki napravljen da bi životinjama omogućio bržu evoluciju u periodima kada je to potrebno.

[prethodno poglavlje][nazad na vrh strane][sledeće poglavlje]