Головна
Реферати » Реферати з біології » Кембрійський парадокс

Кембрійський парадокс

через півмільярда років, настав кембрійський вибух і разом поклав початок всьому складного різноманітності сучасного життя.

Можна сказати, що історія біологічної еволюції була - у певному сенсі - історією кисню. Так чи не був і кембрійський "стрибок еволюції" наслідком стрибкоподібного зростання вільного кисню в атмосфері?

Саме таке припущення висловили в 1965 році два американських фізика, Беркнер і Маршалл. Вони міркували таким чином. Складні багатоклітинні організми потребують великої кількості кисню, причому відразу в двох його видах - по-перше, у вигляді вільного кисню, необхідного для дихання (тобто для метаболізму) і побудови колагену, цього найважливішого елемента тілесної структури; і по-друге, у вигляді озонового шару, необхідного для захисту від шкідливого сонячного ультрафіолету. Оскільки такі організми до кембрійської епохи не з'являлися, значить, їх поява було затримано відсутністю необхідної концентрації кисню в атмосфері. На цій підставі можна припустити, що саме в кембрійських епоху такі кількості вперше з'явилися. Це унікальна подія - подолання "кисневого кордону", стрибкоподібне підвищення рівня кисню в атмосфері до нинішнього 21 відсотка - було, по Беркнер і Маршаллу, основною причиною кембрійського вибуху.

Спочатку ця "киснева гіпотеза" не мала достатнього підтвердження. Але буквально в останні роки (1994 - 1996) становище різко змінилося. Причиною тому було відкриття американського дослідника Кнолль. Вивчаючи співвідношення двох ізотопів вуглецю, С-12 і С-13, в породах докембрійських і кембрійських часів, Кнолль отримав незаперечні свідчення того, що на самому початку кембрійської епохи це співвідношення різко змінилося - ізотопу С-12 "разом" стало менше, ніж раніше . А такий "вуглецевий стрибок" повинен був обов'язково супроводжуватися відповідним "кисневим стрибком", що якраз і відповідає припущенням Беркнера - Маршалла.

Після робіт Кнолль наявність "кисневого стрибка" в кембрійський період визнається більшістю вчених. Але залишається неясним: що могло бути причиною того "неповернення" С-12 в навколишнє середовище, яке призвело до цього "кисневого стрибка"?

Інша гіпотеза була запропонована американським геологом Муром в 1993 році. За Муру, причиною убутку С-12 були різкі тектонічні зрушення, типу переміщення материків, що відбулися в самий переддень кембрійської епохи. Такі зрушення, говорить Мур, могли привести до роздроблення океанів на менш великі і до того ж замкнуті водойми - моря й озера, а це повинно було зменшити інтенсивність циркуляції води. У результаті органічні останки водоростей разом з їх вуглецем залишалися на морському дні і не піднімалися до поверхні, де їх могли б розкладати бактерії. Тим самим вуглець виходив з кругообігу, дозволяючи синтезованого водоростями кисню швидко накопичуватися в атмосфері.

"Тектонічна гіпотеза" Мура теж спочатку не мала фактичного підтвердження. Але три роки по тому вона отримала зовсім несподіване, навіть можна сказати - сенсаційне розвиток. У середині минулого року наукова, а потім і масова друк раптово заповнилася заголовками типу: "перекид Землі пояснює загадку кембрійського вибуху!" Найдивовижніше, що горезвісний "перекид" (або "кульбіт", як його ще називали) ні якимось журналістським перебільшенням. Як випливало з текстів, мова йшла про цілком серйозною (хоча й радикальної) наукової гіпотези, що пояснювала кембрійських загадку саме тими "тектонічними зрушеннями", про які ми щойно говорили, тільки набагато більш грандіозного масштабу - чимось на зразок одноразового зсуву всієї земної кори . Воістину "перекид"!

Автор цієї радикальної ідеї, відомий американський геолог Кіршвінк, прийшов до своїх висновків на підставі даних, зібраних за час двадцятирічних досліджень.

Його роботи дозволили побудувати наочну картину геологічних змін, що відбувалися на Землі на початку кембрійської епохи - 550 - 500 мільйонів років тому. Картина ця виявилася досить несподіваною і воістину сенсаційною. Ось як, за Кіршвінка, розгорталися тодішні геологічні події.

Незадовго до початку кембрійської епохи завершився розкол найдавнішого суперконтиненту, що складався з більшості сучасних материків (палеогеологі дали цьому суперконтиненту ім'я Родиния). Майже відразу ж слідом за цим розділились материкові маси почали перегруповуватися, об'єднуючись в новий суперконтинент - Гондвана. На останніх стадіях освіти Гондвани виник різкий дисбаланс у розподілі континентальних мас щодо земної осі. Земний "дзига" втратив стійкість. Обертове тіло найбільш стійко, коли утворюють його маси зосереджені на екваторі (що дає йому максимальний момент інерції) або розподілені відносно нього більш-менш рівномірно; між тим Гондвана розташовувалася занадто близько до полюса.

Відновлення стійкості Землі зажадало швидкого перерозподілу континентальних мас. Тому вся тверда оболонка планети стала зісковзувати по мантії як єдине ціле, поки не змістилася на дев'яносто градусів щодо осі обертання. Як показують дані Кіршвінка, материкові плити Австралії та Америки, що знаходилися раніше в районі полюсів, зробили цей поворот і переміщення до екватора за які-небудь п'ятнадцять мільйонів років - термін в геологічних масштабах нікчемний (три десятитисячних загального віку Землі). То був справжній "перекид" всієї планети. Його результатом було те, що вісь її обертання, зберігаючи колишній напрям в просторі, повернулась тепер на 90 градусів відносно твердої оболонки. Обертання земної дзиги знову стало стійким.

Згідно палеомагнітним даними Кіршвінка, зібраним в скелях Америки та Австралії, обидві ці материкові плити (складові в сумі майже дві третини всієї земної кори) зробили своє переміщення щодо земної осі практично одночасно, між 534 і 518 мільйонами років тому. Такі грандіозні геологічні події - крайня рідкість. У всякому разі, за останні двісті мільйонів років, з кінця пермської епохи, вони напевно не відбувалися жодного разу. Кіршвінк, однак, не виключає, що щось подібне описаному їм геологічного катаклізму могло повторитися в проміжку між кембрійської і пермської епохами.

Як не незвична намальована Кіршвінка картина, вона досить солідно обгрунтована даними автора, а крім того, відразу ж отримала ряд незалежних підтверджень, так що геологи в цілому висловили готовність її прийняти. Але ця картина зацікавила і біологів. Як вже було сказано на самому початку, на думку авторів, саме цей "перекид" планети міг бути основною причиною кембрійського біологічного вибуху. "Швидке переміщення материків, - говорить один із співавторів Кіршвінка Ріппердан, - не могло не привести до закриття одних і утворення інших водних басейнів - цих єдиних тоді ареалів життя, до зміни тодішніх океанських течій, до різких змін клімату і до інших, настільки ж катастрофічним явищам. Всі ці катастрофи повинні були дати поштовх до підвищення нових форм життя, пристосованих до умов, що змінилися. Але саме таке швидке виникнення нових форм і було характерно для "кембрійського вибуху".

На думку самого Кіршвінка, швидкі зміни акваторії океану, викликані зісковзуванням материків, повинні були привести до досить частим і різким змінам океанських течій. "Кожне таке зміна мала глобальний характер, - говорить він. - Воно руйнувало сформовані регіональні екосистеми на дрібніші ареали. У цих дрібних ареалах нові форми життя мали більше шансів на виживання, ніж у великих регіонах. Наші дані говорять, що такі зміни течій відбувалися тоді мало не кожен мільйон років або близько того. За мільйон років еволюція встигала відібрати найкраще з вцілілого від останнього циклу і створити нові регіональні системи. Але потім цей процес починався знову, і так півтора-два десятки разів за час всього катаклізму. Це найкращі умови для виникнення великого біологічного різноманіття, тим більше що все це відбувалося невдовзі після появи тих генів, які керують головними етапами ембріонального розвитку багатоклітинних організмів ".

Звернемо увагу на останню фразу. На перший погляд - погляд необізнаного людини - вона звучить досить загадково: що це за "гени, що керують головними етапами ембріонального розвитку", і яке відношення вони мають до кембрійського вибуху? Були, однак, люди, які почули в цій фразі довгоочікуване визнання тих радикальних біологічних ідей, які вони висували протягом останніх двох років, сподіваючись привернути до них увагу наукового світу. І не просто визнання, а й цілком прозорий натяк на можливість поєднання цих ідей з настільки ж радикальними геологічними ідеями "планетарного кульбіту" в рамках нової фізико-біологічної теорії кембрійського вибуху .

Розповіді про ці біологічних поясненнях кембрійської загадки ми й присвятимо заключну частину нашого нарису.

Першою з "чисто біологічних" гіпотез, висунутих для пояснення кембрійського вибуху, була "гіпотеза женця", сформульована в 1973 році американцем Стівеном Стенлі. Стенлі виходив з добре відомого в екології "принципу проріджування". Було відмічено, що впровадження в штучний ставок хижої рибки веде до швидкого збільшення різноманітності зоопланктону в цьому ставку. І навпаки, достатньо видалити зі скупчення різноманітних водоростей харчуються ними морських їжаків, як це розмаїття починає зменшуватися. Іншими словами, "проріджування" екологічної ніші "женців-хижаком", що живиться її мешканцями, необхідно для підтримки або розширення її біологічного різноманіття.

На перший погляд, це суперечить здоровому глузду. Представляється, що такий "жнець", винищуючи населення ніші, буде зменшувати число населяють її видів, а деякі, самі нечисленні, і взагалі зведе нанівець. Але, як бачимо, дійсність спростовує це інтуїтивне міркування. І ось чому. У всякій ніші, населеної так званими первинними виробниками (тобто організмами, які отримують свою їжу прямо - з фотосинтезу, а не за допомогою поїдання інших), один або декілька видів неминуче стають "монополістами" - вони захоплюють все життєвий простір і поживні речовини ніші і

Сторінки: 1 2 3 4 5