Камбрийска експлозия (Камбрийски взрив): дефиниция, хронология и значение

Камбрийска експлозия (Камбрийски взрив): дефиниция, хронология и значение за еволюцията на животинските фила — изследване на фосилните доказателства и научните дебати

Камбрийският взрив е времето, когато много животински фила се появяват за пръв път във фосилните записи. Това се случва преди 541 млн. години (mya). Вероятно повечето от тях са еволюирали преди това, но това е първата им поява като вкаменелости.

Изглежда, че преди около 580 mya повечето организми са били прости. Те са били съставени от отделни клетки, понякога организирани в колонии. През следващите 70 или 80 милиона години темповете на еволюция като че ли се ускоряват. Към края на камбрия вече са съществували повечето познати ни днес фили.

Камбрийският взрив е предизвикал много научни дебати. Привидно бързата поява на вкаменелости в "първобитните пластове" е забелязана още в средата на XIX в. и Чарлз Дарвин я разглежда като едно от основните възражения срещу неговата теория за еволюцията чрез естествен подбор.

Дефиниция и обхват

Под „Камбрийски взрив“ се разбира периодът в ранния Камбрий (началото на Палеозоя), когато в геоложките пластове се появяват внезапно множество разнообразни, морски животински форми, включително представители на повечето големи филогенетични групи (фила). Макар да е описван като „взрив“, това явление не означава почти мигновено възникване — става дума за десетки милиони години със засилен темп на появяване и диференциация на телесни планове и екологични ниши.

Хронология — кога точно се случи

• Камбрийският период започва преди приблизително 541 млн. години и завършва преди около 485.4 млн. години.
• Главната вълна от появи вкаменелости, свързвана с „взрива“, се концентрира в ранния и средния Камбрий — най-общо в първите ~20–25 млн. години след 541 Ma (приблизително 541–510 Ma), въпреки че ранни корени могат да се проследят в края на Едиакар (Ediacaran).
• Някои важни подразделения на Камбрия: Terreneuvian (включително Fortunian), Series 2, Miaolingian и Furongian, които разграничават отделни етапи на промяната и разпространението на животните.

Най-важните находки (Lagerstätten)

Няколко изключително добре запазени фосилни находища дават подробна представа за разнообразието и структурата на ранните животни:

• Burgess Shale (Канада, ~508 Ma) — богато на меки тъкани вкаменелости, разкрива множество странни и разнообразни форми.
• Chengjiang (Китай, ~518 Ma) — по-старо от Burgess Shale и ключово за следене на ранните представители на много групи.
• Sirius Passet (Гренландия) и други находища в Австралия, Мароко и Испания — допълват картината и показват географската широта на камбрийското разнообразие.

Основни хипотези за причините

Няма единствена приета причина; вероятно действат комбинация от фактори:

• Увеличение на кислорода — по-високото съдържание на кислород в океаните и атмосферата позволило появата на по-големи и по-енергийно-интензивни тела.
• Развитие на генетични механизми — еволюцията и експресията на регулаторни гени (напр. Hox) улесняват формирането на нови телесни планове и органи.
• Биоминирализация — способността да се образуват твърди външни скелети (черупки, плаки) увеличава шансa за вкаменяване и променя екологията (защита, движение, хищничество).
• Екологични взаимодействия и хищничество — появата на хищници и „оръжия“ (шипове, черупки) води до еволюционни „оръжия и брони“ и до ускорен рафтов диск.
• Промени в климата и морските условия — след ледникови периоди (напр. „Снежна земя“) средата може да се е променила така, че да отвори нови ниши.
• Технически/охранителни фактори — запазване (фосилизация) — откриването на множество фило поради появата на седиментни условия, които запазват меки тъкани (Lagerstätten), означава, че много от „внезапните“ първи записи могат да се дължат и на т.нар. запазваща пристрастност във вкаменелостите.

Значение за биологията и геологията

• Камбрийският взрив маркира установяването на основните телесни планове и разделянето на много от животинските фила, което задава рамката за по-късната еволюция на животинското разнообразие.
• Той е ключов случай на взаимодействие между еволюционни, екологични и геоложки процеси — изучаването му съчетава палеонтология, молекулярна биология, геохимия и екология.
• Явлението предизвиква и методологични дебати — доколко фосилният запис отразява действителните темпове на еволюция и доколко е повлиян от условията за запазване.

Оставащи въпроси и съвременни изследвания

Някои от откритиите и методите, които продължават да оформят изследванията, включват:

• молекулярни часовници, които често сочат по-ранно разклоняване на групите (в края на Едиакар или дори по-рано),
• детайлно анализиране на екологичните взаимодействия чрез функционална морфология и моделни реконструкции,
• геохимични данни за атмосферния и океанския състав в критичния интервал,
• подобрено картографиране на глобалните Lagerstätten, които продължават да разкриват нови видове и форми.

Кратко резюме

Камбрийският взрив не е едно единствено събитие с ясна причина, а сложен период, в който редица фактори — биологични, екологични и геоложки — довеждат до бързо нарастване на морското животинско разнообразие и до поява на много от основните телесни планове, които познаваме днес. Дискусиите продължават, но благодарение на нови находки и методи картината става все по-детайлна.

Животът преди един милиард години

За повече информация вижте Акритарх и Строматолит

Строматолитите, закърнели стълбове, изградени от колонии цианобактерии и други микроорганизми, са първите вкаменелости. Записването им започва преди около 3,5 милиарда години, като те са били много разпространени от около 2700 mya. Те рязко намаляват след около 1250 mya, като този спад вероятно е причинен от пасящи и заравящи животни.

Докамбрийското морско разнообразие е доминирано от малки вкаменелости, известни като акритархи. С този термин се обозначават почти всички малки вкаменелости с органични стени - от яйчниците на малки метазоиди до кистите на много различни видове зелени водорасли. След като се появяват около 2000 mya, акритархите преживяват бум около 1000 mya, като увеличават броя, разнообразието, размера, сложността на формата и особено размера и броя на бодлите. Все по-бодливите им форми през последния милиард години може да показват повишена нужда от защита срещу хищници. Други групи дребни организми от неопротерозойската ера също показват признаци на защита срещу хищници. Измерването на продължителността на живота на таксоните изглежда показва увеличаване на хищничеството по това време. Като цяло обаче темповете на еволюция в докамбрия са били много бавни, като много цианобактериални видове са се запазили непроменени в продължение на милиарди години. Разбира се, бактериите се определят главно от тяхната биохимия, особено от геномите им. Промените в биохимията им обикновено не оставят следи във фосилните записи.

Ако хищните организми, които са се хранили с бактерии и акритархи, наистина са били метазоиди, това означава, че камбрийските животни не са се появили "от нищото" в основата на камбрия; техните предци са съществували в продължение на стотици милиони години.

 
Съвременни строматолити в морския природен резерват Hamelin Pool, Западна Австралия.  


Строматолити (формация Пика, среден камбрий) близо до езерото Хелън, Национален парк Банф, Канада.  

Въпроси и отговори

В: Какво представлява камбрийската експлозия?

В: Колко време е било необходимо, за да се появят повечето от познатите ни днес фила?

В: Кога за първи път е забелязано, че фосилите се появяват бързо в "първичните пластове"?

В: Кой е видял в тази бърза поява на вкаменелости възражение срещу своята теория?

Въпрос: Какъв тип организми са съществували преди 580 mya?

В: Има ли доказателства, че животните са еволюирали, преди да се появят във фосилните записи?

Търсене по буква