"Kambryjski wielki wybuch" życia.

Kambryjski wybuch życia, to jedna z największych zagadek w dziejach Ziemi. Co oznacza ten termin? Na czym ten "wybuch" polegał? Jaki miał wpływ na rozwój organizmów w późniejszych okresach geologicznych? Dlaczego był takim niezwykłym zjawiskiem? Choć niewiele wiemy o życiu na Ziemi w tamtych czasach, mamy nadzieję, że uda Ci się rozwiązać tę tajemnicę.

Eksplozja kambryjska określana jest największą morfogenezą w historii życia na Ziemi, która przypada na okres przejściowy między erą prekambryjską a paleozoiczną. Różnorodne badania pokazały, że eksplozja trwała 5 milionów lat w pobliżu dolnego kambru, a nie jak wcześniej uważano 20-40 milionów lat. Utwierdziło to naukowców

w przekonaniu, że ów wybuch był znacznie gwałtowniejszy niż początkowo przypuszczano.

W czasie tego "biologicznego Big Bangu" nastąpił prawdziwy wysyp nowych organizmów

o nowej- bardziej złożonej budowie. Najbardziej znanymi organizmami są parzydełkowce, stawonogi, mięczaki, szkarłupnie i strunowce.

Prymitywne życie pojawiło się już ok. 3,5 miliardów lat temu w prekambrze. Były to głównie bakterie. Natomiast pierwsze komórki eukariotyczne pojawiły się na Ziemi

2,7 miliardów lat temu, zaledwie po miliardzie lat istnienia prokariontów. Później zaczęły pojawiać się pierwsze glony wielokomórkowe, zaś w późnym prekambrze pojawiły się pierwsze wielokomórkowe organizmy zwierzęce. Następnie można zaobserwować znaczny wzrost gradientu biologicznej zażyłości.

Już w okresie wedyjskim zaczęły rozwijać się organizmy wielokomórkowe żyjące

w prekambryjskich oceanach. Były to m.in. duże organizmy ediakariańskie, które nie wykształciły muszli ani żadnych innych trwałych części, ale mimo to zostały utrwalone

w osadach dna morskiego w południowo-zachodniej Afryce w piaskowcach z Namibii, bądź na wzgórzach Ediacara w Australii Południowej. Mimo, że ich szczątki i skamieniałości zachowały się do dziś nie są one w żaden sposób związane z formami powstałymi

w kambrze.

Istnieje pewna teoria, że organizmy jednokomórkowe, były zdolne do rozmnażania płciowego, potwierdza to znalezienie skupiska malutkich kulek o średnicy mniejszej niż

0,1 milimetra datowanych na 570 milionów lat. Owe chińskie znalezisko, uznano za doskonale zachowane skamieniałe zarodki, uchwycone w procesie fosylizacji w parę godzin lub nawet minut po zapłodnieniu.

Po trwającym 3 miliardy lat okresie prekambryjskiego rozwoju na dnie morza pojawiło się wiele form kopalnych, które nie były znane ze starszych okresów geologicznych. To ważne wydarzenie zbiegło się z globalnym ociepleniem i zawilgoceniem klimatu, co spowodowało ustąpienie zlodowacenia oraz podniesienie poziomu morza. Kontynenty zostały zalane i powstały płytkie morza tropikalne, w których utworzyły się struktury przypominające rafy, natomiast w osadzie przykrywającym dno żyły mniejsze organizmy ślimakopodobne o stożkowatych muszlach, zaś na głębokości kilku centymetrów żyły niewielkie robaki. Morskie głębiny były zamieszkiwane także przez organizmy jednokomórkowe, takie jak: sinice oraz wczesne glony wielokomórkowe m.in. zielenice, krasnorosty i brunatnice.

Szczególnie ważną cechą eksplozji kambryjskiej jest wytworzenie mineralnego szkieletu przez bezkręgowce oraz zaawansowane tkankowce. Powstałe wówczas muszle można podzielić na dwie grupy: szkielety archeocjatów, które były prawdopodobnie spokrewnione z gąbkami oraz muszle „drobnych skamieniałości skorupkowych”

o jednolitych ściankach i wielkości do 5 milimetrów.

Organizmy te były bardziej agresywne i lepiej przystosowane, a niektóre z nich miały wykształcone aparaty gryzące. Oprócz nich powstawały mięsożerne robaki, połykające ofiarę w całości. Wiele z nich miało coraz lepiej opancerzone ciała m.in. jeżowce, które były pokryte kolcami. Z biegiem czasu organizmy pokryły się o wiele twardszym pancerzem zawierającym fosforany i węglany wapnia oraz krzemionkę. Podobnie działo się

z mięczakami i ramienionogami, które również się różnicowały.

Prawdopodobnie pierwszymi zwierzętami, które posiadały szkielet były stawonogi. Znaleziono również wiele innych śladów potwierdzających życie w kambrze, są to m.in. skamieniałości skorupkowe, uważane za prymitywne mięczaki na wczesnym etapie ewolucji.

Najbardziej rozpowszechnionymi stawonogami były trylobity, które mimo to nadal się rozwijały. Niektóre gatunki wykształciły oczy. Górna połowa soczewki oka zbudowana była z kalcytu, co powodowało ogniskowanie obrazu z prawie każdej odległości, natomiast dolna z chityny. Budowa soczewek oczu trylobitów zapobiegała tworzeniu się nieostrych obrazów.

Kolejna ważną cechą „biologicznego Big Bangu” było pojawienie się wielu nowych planów budowy. Wielu informacji o życiu w środkowym kambrze dostarczyły nam łupki

z Burgess. Utrwaliło się tam wiele organizmów bardziej złożonych, jak również bogactwo robaków z gatunku Canadia i Burgessochaeta, które jeżyły się tysiącami włosowatych włókienek. Uważa się, że te i inne struktury pełniły funkcję reflektorów odbijających światło, umożliwiało to rozpoznawanie się osobników. Z drugiej strony stawały się one bardziej widoczne przez drapieżniki, lecz ich połyskujące łuski i kolce stanowiły doskonałą ochronę.

Podwodny kambr był krótkotrwały. Wraz z bujnym powstawaniem muszli i innych szkieletów zewnętrznych, organizmy przeszły znaczna ewolucję. Nie wystarczyło to jednak by zagwarantować im przetrwanie. Początek kambru był okresem nagłych przemian

i różnicowania się organizmów żywych. Co pewien czas powstawały nowe gatunki, które następnie wymierały i były zastępowane przez nowe.

Oprócz muszli pojawiły się również kolce, łuski i wyrostki, które uważane są przez naukowców za twory obronne. Ich pojawienie oznacza, że życie w morzu stało się bardziej niebezpieczne i pojawiły się pierwsze organizmy drapieżne. Był to zarazem koniec pierwszej fali zróżnicowania i początek kolejnej, w której pojawiło się wiele nowych i bardziej agresywnych stworzeń, a co za tym idzie musiała dokonać się ewolucja w zależności miedzy organizmami.

Odkrycie egzotycznych drapieżników w Chinach jedynie potwierdziło istnienie złożonego łańcuchu pokarmowego. W pobliżu Chengjiang zachowały się bardzo dobrze organy wewnętrzne i zewnętrzne osobników bezkręgowych, takie jak: oczy, żołądek, jelita, gruczoły trawienne, nabłonek, narządy zmysłów, a nawet zarodki gąbek. Znaleziono tam również przedstawicieli bardziej złożonej fauny m.in. lancernikopodobne stworzenie zwane Pikaia.

Było to jedno z największych wydarzeń tego okresu, gdyż Pikaia to pierwsze stworzenie mające wczesny szkielet osiowy w formie sztywnego pręcika oraz posiadające grzbietowo położony układ nerwowy. Wokół otworu gębowego rozwinął się zmysł wzroku

i dotyku. Struktury te utworzyły odrębny twór- głowę. Pikaia uważane było za przodka wszystkich kręgowców, a w tym również nas- homo sapiens.

Kilka lat temu w Chinach odkryto wczesne strunowce, wykazujące wyraźne anatomiczne podobieństwo do Yunnanozoon lividum. W łupku z Maotianshan znaleziono również takie struktury jak: serce, prawdopodobnie brzuszna i grzbietową aortę, tętnice skrzelowe, wyraźnie zaznaczony ogon, duży mózg i pień rdzeniowy oraz głowę z bocznie umiejscowionymi oczami.

Wszystkie te odkrycia umacniają nas w przekonaniu, że w okresie kambryjskim powstało ok. 50-90% rodzajów budowy ciała, jakie istniały i istnieją.

Czwartą równie ważną cechą eksplozji kambryjskiej jest to, że plany budowy poszczególnych organizmów różnią się od siebie. Nie ma między nimi żadnych przejść, paleontologowie określają to jako morfologiczną izolację. Największym problemem jest nie tylko, odróżnienie od siebie organizmów, co ich rozpoznanie, gdyż organizmy ciągle się zmieniały i większość z nich nie zachowała się w postaci skamieniałości.

Naukowcy badający wzrost specyficznie złożonej informacji genetycznej, porównywali ilość komórek potrzebnych do budowy kambryjskich zwierząt i ich poprzedników. Doświadczenia te uświadomiły nam, że bardziej złożone organizmy kambryjskie potrzebowały 50-60 różnych typów komórek, które potrzebują bardziej wyspecjalizowanych białek, lepszych sieci połączeń i innej przemiany materii.

Przykładem tego mogą być oczy, które w erze prekambryjskiej były tylko prostymi tworami, które służyły jedynie do wykrywania światła. Natomiast już w erze paleozoicznej oczy zostały radykalnie udoskonalone, stanowiły już nie tylko twór, ale zmysł wzroku. Osobnik mógł zobaczyć kształty, a nawet oszacować odległość.

Genetycy ustalili, że najprostszy jednokomórkowiec, aby przeżyć potrzebuje

ok. 300-500 genów, by móc wyprodukować potrzebną mu ilość białek. Natomiast bardziej złożony potrzebuje miliona nukleotydów. Forma każdego organizmu rozwija się podczas tzw. rozwoju embrionalnego, w którym można rozpoznać poszczególne białka.

Ten ogromny skok, jaki obserwujemy w okresie eksplozji kambryjskiej, wymaga nowych, bardziej obszernych informacji genetycznych. Organizmy by móc się rozwijać potrzebują nowej informacji genetycznej oraz białek, które wytwarzane są przez inne struktury: tkanki, organy i części ciała. Tak, więc każdy organizm stanowi wielopoziomowy hierarchiczny system.

Eksplozja życia odegrała bardzo ważną rolę, w następnych okresach. Organizmy przystosowały się do panujących warunków- potrafiły przetrwać, bo były bardziej odporne. To właśnie w kambrze w wodzie pojawił się tlen, który był tak ważnym czynnikiem przetrwania. Wraz z jego wzrostem zaczęły rozwijać się glony oraz inne rośliny stanowiące źródło pokarmu dla zwierząt morskich. W tym samym czasie niekorzystny skład praatmosfery zaczął się gwałtownie zmieniać, zmniejszyła się zawartość toksycznych związków i wytworzyła się warstwa ozonowa. Zmiany w atmosferze zachodziły znacznie wolniej, ale już w sylurze na lądzie pojawiły się pierwsze zwierzęta, które swoją ewolucję przeżyły w wodzie. W tym czasie organizmy doskonaliły swą budowę, wytwarzały nowe, nieistniejące dotąd komórki, tkanki, organy i układy narządów. Drugim równie ważnym wydarzeniem było wytworzenie szkieletów wewnętrznych i zewnętrznych. Wszystkie te zmiany w organizmach wczesnych wielokomórkowców, przyczyniły się do powstawania coraz to bardziej złożonych organizmów. Gdyby nie te zmiany to nie wiadomo, czy pojawilibyśmy się na świecie.

Kinga Przybyszewska kl.IIIgo

Bibliografia:

1. Taylor, Paul. Skamieniałości. Warszawa: Wyd. Arkady, 1993. ISBN 83-213-3636-1

2. Arthur, Alex. Muszle. Warszawa: Wyd. Arkady, 1991. ISBN 83-213-3617-5

3. Parker, Steve. Brzeg Morza. Warszawa: Wyd. Arkady, 1994. ISBN 83-213-3655-8

4. Praca zbiorowa. Encyklopedia Szkolna PWN, Geografia. Warszawa: Wyd. Naukowe PWN, 2002. ISBN 83-01-13727-4

5. Praca zbiorowa. Larousse, Encyklopedia Natury, Flora i Fauna. Warszawa: Wyd. Panteon,1996. ISBN 83-860033-10-x

6. Praca zbiorowa. Larousse, Encyklopedia MEMO JUNIOR dla młodzieży. Warszawa: Wyd. Polska Oficyna Wydawnicza „BGW” we współpracy z Polską Oficyną „Kalliope”, 1991. ISBN 83-7066-084-3

7. Praca zbiorowa. Kronika Ziemi. Warszawa: Wyd. Kronika, 1992. ISBN 83-900331-2-7

3

---