Kis evolúciós pukkanás volt a kambriumi robbanás előtt

Mintegy 600 millió évvel ezelőtt az eddig ismert legidősebb tengeri alga és néhány féregszerű állat ki tudta használni azokat a nagyon rövid időszakokat, amikor nem volt teljesen oxigénmentes a tengervíz.

Bolygónk élővilága 540 millió évvel ezelőtt indult elképesztő fejlődésnek, amikor a kambriumi robbanásnak nevezett földtörténeti esemény során viszonylag rövid időn belül sok különböző állatcsoport jelent meg a tengerekben. Egy Dél-Kínában található kis falu, Lantian közelében feltárt gazdag ősmaradványanyag azonban arra utal, hogy már 60 millió évvel korábban is élt egy tengeri moszatokból és féregszerű állatokból álló, változatos élővilág az egykori csendes vizű mélytengeri környezetben. Az itt elpusztult élőlények 600 millió évvel később közel 3000 ősmaradvánnyal örvendeztették meg a paleontológusokat. A Kínai Tudományos Akadémia, a kínai Északnyugati Egyetem és az amerikai Virginia Tech kutatói a legutóbbi Nature-ben számoltak be az oxigénmentes vízben lerakódott üledék fantasztikus leleteiről.

A lelőhelyről elnevezett Lantian-fauna a tengeri moszatok és a férgek ősi változatai mellett komplex és rejtélyes felépítésű, viszonylag nagy termetű fosszíliákat tartalmazott. A kutatók összesen 15 különböző fajt azonosítottak a vizsgált anyagban. Az ősmaradványok azt sugallják, hogy a komplex sejtszerkezettel rendelkező legkorábbi eukarióta élőlények változatossá válása alig néhány tízmillió évvel az úgynevezett hógolyó Föld esemény után következett be. A geológiai bizonyítékok szerint a hógolyó Föld a földtörténet legkeményebb jégkorszaka volt, amikor a Föld felszíne teljesen vagy majdnem teljesen jég alá került, mivel a gleccserek a sarkoktól csaknem az Egyenlítőig hatoltak. Miután 635 millió évvel ezelőtt véget ért ez a jégkorszak, az óceánok felszabadultak a jégtakarók alól, ami lehetőséget teremtett a komplex felépítésű eukarióták evolúciójához.

A feltárt ősmaradvány-együttes egyértelműen elkülönül az idősebb kőzetekben talált faunáktól. A kínai lelőhelyen sokkal több faj található, amelyek bonyolultabb felépítésűek és nagyobbak a korábban kifejlődött fajoknál. A szabad szemmel is jól látható eukariótamaradványok magas szervesanyag-tartalmú, vékonyan rétegzett feketepala-rétegekből kerültek elő. Ez a kőzet egyértelműen oxigénmentes környezetet jelez az egykori tengeraljzaton, ami még rejtélyesebbé teszi a növények és állatok megjelenését ezen a lelőhelyen. Miért pont akkor és ott jelentek meg, ahol a kőzet teljesen lakhatatlannak tűnő környezetet jelez?

Forrás: National Science Foundation/Zhe Chen and Xunlai Yuan

Sűrűn egymás mellett elhelyezkedő ősmaradványok a prekambriumi fekete pala rétegfelszínén

A kutatócsoport nem véletlenül kezdte el a fekete pala vizsgálatát, mivel más földtörténeti korokból is ismerünk hasonló képződményeket. Ezek ugyanolyan - az oxigénfüggő élőlények számára kedvezőtlen - környezetben rakódtak le, de a bennük található ősmaradványok szinte mindig nagyon jó megtartásúak. Ennek oka, hogy az oxigénszegény környezetben nem élnek meg a dögevő és lebontó szervezetek, így az aljzatra kerülő tetemek kiváló állapotban fosszilizálódhatnak. Hasonló megjelenésű, de jura időszaki fekete palát ismerünk a németországi Holzmadenből, ahol többek között ép, a lágytest részleteit is feltáró halgyíkok (Ichthyosaurus) kerültek elő nagy számban. Az esetek többségében az itt fosszilizálódó maradványok vagy máshonnan sodródtak ide, vagy a feljebb lévő, oxigénben gazdag vízoszlopból süllyedtek az oxigénmentes aljzatra.

Forrás: National Science Foundation/Zhe Chen and Xunlai Yuan

Paleontológusok gyűjtik a fosszíliákat a dél-kínai Lantian falu közelében. Ősmaradványok igazi kincsesháza bukkant elő az ásatáson: virágzó korai mélytengeri közösség temetődött be az egykori oxigénmentes aljzaton

A kínai lelőhelyen azonban a maradványok az eredeti élőhelyükön temetődtek be, amit az bizonyít, hogy sok alga a gyökereivel rögzülve látható az eredeti aljzaton. Ez tovább fokozta a nehezen megválaszolható kérdések számát. A geokémiai vizsgálatok ugyan igazolták, hogy az egykori környezet mérgező és oxigénszegény volt, de azok a rétegfelszínek, ahol az ősmaradványok előfordulnak, valószínűleg olyan rövid időszakokat képviselnek, amikor az aljzaton helyreállt a víz oxigéntartalma, és egy időre lakhatóvá vált az aljzat az élőlények számára.

Ezek geológiai értelemben nagyon rövid intervallumok lehettek, de bőven elegendőek ahhoz, hogy az oxigénfüggő élőlények benépesítsék az egész Lantian-medencét. A növények és állatok azonban később gyorsan elpusztultak és betemetődtek az aljzaton, amikor - eddig ismeretlen okból - a víz oxigéntartalma megint drámai mértékben lecsökkent. Annak érdekében, hogy elméletüket bebizonyítsák, a kutatók a közeljövőben nagyon részletes mintavétellel ellenőrzik a rétegek geokémiai jellemzőit. Azt szeretnék kimutatni, hogy az ősmaradványmentes és a fosszíliatartalmú rétegek egyértelműen tükrözik az oxigénmentes és oxigéndús körülményeket.

A növényvilág evolúciója

A legidősebb ismert tengeri alga felfedezése kínálja az alkalmat, hogy nagy vonalakban áttekintsük a növények evolúcióját. A Földön élt legkorábbi növényeknek csak indirekt bizonyítékai találhatók meg a kőzetekben. A fotoszintézis első jelei körülbelül 3 milliárd évesek. A prokarióták közé tartozó cianobaktériumok fotoszintézise során felszabaduló oxigén oxidálta a vízben oldott vasat, amely kicsapódott az óceán aljzatán (sávos vasérc formáció). A cianobaktériumok másik bizonyítékát a rétegzett szerkezetű sztromatolitok szolgáltatják, amelyek szintén a prekambrium korai szakasza óta ismertek.

A kambriumi növények többnyire még mindig kisméretűek, egysejtűek vagy szálas megjelenésűek voltak, és lágytestűek lévén ritkán fosszilizálódtak. Kivételt alkotnak a Dasycladales rendbe tartozó mészelválasztó zöldalgák. Az ordovíciumban nagyon jelentős előrelépést jelent a szárazföldi növényzet megjelenése a májmohákhoz hasonló, erősen korlátozott méretű fajok formájában. A kambriumban még csak szórványosan található spóramaradványok az ordovíciumban már általánossá váltak. A szilur időszakból ismerjük az első edényes növények maradványait (pl. Cooksonia). A devon időszakra általánossá vált a szárazföldek meghódítása, nemcsak a növényvilág, hanem az állatok részéről is. Míg a devon elején még a gyökerek és levelek nélküli, néhány centiméteres növények voltak jellemzők, az időszak végére a fa-szerű Archaeopteris már kiterjedt erdőket alkotott.

Lepidodendron fosszíliája

A devon időszakból ismerünk többméteres méretet elérő gombát is (Prototaxites). Szintén ekkor jelentek meg az első maggal szaporodó növények. A karbon időszakban hatalmas mocsárerdők alakultak ki, 20-30 méteres magasságot elérő fákkal (Lepidodendron, Sigillaria, Calamites). Ezekből az erdőkből alakultak ki azok a hatalmas kőszéntelepek, amelyekről az időszakot elnevezték. A perm időszak elejét még a karbon kori flóra továbbélése jellemzi, az időszak közepén azonban alapvető változások következtek be. A mocsárkedvelő fák helyét egyre inkább átvették a változó klímához jobban alkalmazkodó fenyőfélék. Szintén ekkor jelentek meg a gingkófélék és a cikászok. A triász időszakban a magvas növények uralkodtak a szárazföldeken, az északi féltekén a fenyőfélék, a déli kontinenseken a magvaspáfrányok (Glossopteris) voltak a jellemzők.

A száraz triász után a jóval nedvesebb jura időszakban buja dzsungelek borították a szárazfölden nagy részét, melyekben még mindig a különböző nyitvatermőcsoportok domináltak. A kréta időszakban azonban ismét alapvető változások következtek be: a nyitvatermőket fokozatosan felváltották a zárva termő növények. Gyors evolúciójukban és térhódításukban alapvető szerepe volt a velük párhuzamosan fejlődő változatos rovarvilágnak (koevolúció). A harmadidőszakot már egyértelműen a zárvatermők uralták. Említésre méltó a fűfélék megjelenése és elterjedése körülbelül 35 millió évvel ezelőtt, mivel a nagy füves területekhez speciális állatvilág kapcsolódott.