Big Bang biologic: Cum am rezolvat dilema lui Darwin

Deși poate părea că viața multicelulară domină Pământul, este relativ nou venit pe o planetă pe care organismele unicelulare au numit-o acasă de mai bine de trei miliarde de ani. Oamenii moderni, a căror existență se întinde pe o perioadă de 300.000 de ani, au fost de multă vreme curioși cum a evoluat viața din aceste organisme simple și de ce.

Explozie cambriană: o explozie bruscă de viață

Studiile care încearcă să demistifice originea vieții moderne pivotează în jurul unui punct de sprijin geologic și evolutiv – explozia Cambriană, o explozie de evoluție care a avut loc în urmă cu aproximativ 530 de milioane de ani. Numită după perioada geologică în care a avut loc, explozia cambriană a umplut oceanele lumii cu animale complexe, cu corp dur, care au populat ecosisteme diverse și înfloritoare.

Abonați-vă pentru povești contraintuitive, surprinzătoare și de impact, livrate în căsuța dvs. de e-mail în fiecare joi

Ritmul evoluției a fost uluitor, având loc într-un ritm de cinci ori mai mare decât cel al evoluției moderne. Viața complexă care a apărut a format planul pentru „planurile corporale” ale majorității animalelor și plantelor moderne.

Explozia cambriană are o poreclă comună: Big Bangul biologic. La fel ca și omonimul său astronomic, termenul se concentrează la fel de mult pe ceea ce sa întâmplat înainte ca ceea ce s-a întâmplat în perioada de evoluție expansivă. Implică o perioadă nemișcată de neant, urmată de o explozie bruscă a vieții.

În 1859, când Darwin a publicat Despre Originea Speciilor, „nimic” ar putea descrie cu exactitate înregistrarea fosilelor precambriene.

dilema lui Darwin

Acest record sumbru nu s-a potrivit cu teoria lui Darwin. Evoluția, a afirmat Darwin, are loc încet și treptat; explozia cambriană trebuie să fi fost precedată de o perioadă plină de viață. Contrastul dintre bogatele înregistrări fosile din perioada Cambriană cu precambrianul steril a început să fie cunoscut drept „dilema lui Darwin” pentru potențialul său de distrugere a teoriei.

Darwin a recunoscut enigma, pe care a abordat-o într-o secțiune des citată a capodoperei sale: „[As to] de ce nu găsim depozite fosifere bogate aparținând acestor perioade timpurii presupuse înainte de sistemul cambrian, nu pot da un răspuns satisfăcător. Cazul în prezent trebuie să rămână inexplicabil; și poate fi cu adevărat îndemnat ca un argument valid împotriva opiniilor prezentate aici.”

Nu doar înregistrarea fosilă a creat probleme lui Darwin, ci și ritmul rapid al evoluției după explozia cambriană. Dacă avea dreptate, cum ar fi putut viața să fi evoluat de la organisme simple, unicelulare, la plante și animale complexe, într-o clipită de ochi geologic?

În deceniile de după Pe Originea speciilor a fost publicat în 1859, dilema lui Darwin a fost unul dintre cele mai mari și mai tentante mistere ale biologiei. Astăzi, dilema este considerată rezolvată, dovezile provenind dintr-un efort concentrat al oamenilor de știință interdisciplinari care adesea s-au lovit de cap în căutarea Sfântului Graal al biologiei. Cu toate acestea, în timp ce noi dovezi au răspuns la unele întrebări, au îndemnat oamenii de știință să pună altele noi. Acesta este adesea cazul când studiem trecutul Pământului.

Completarea înregistrării fosilelor precambriene

Nu există nicio îndoială că Darwin avea dreptate în privința evoluției și a selecției naturale. Avea, de asemenea, dreptate despre motivul pentru care, în 1859, părea că Precambrianul era lipsit de viață – pur și simplu nu găsisem încă fosilele.

Pentru a descoperi originea și evoluția vieții, ne bazăm pe fosile pentru a ne oferi o privire în trecut. Nu totul, însă, se fosilizează ușor. Formele de viață cu coajă moale, bazate pe cartilaj, despre care se crede că preced animalele cu corp dur din Cambrian, tind să se dezintegreze cu ușurință.

Cercetătorii nu au fost descurajați. Un efort persistent și internațional a căutat dovezi fosilizate ale vieții precambriene în anii de atunci Origine a fost publicat. Paleobiologul James William Schopf oferă o istorie a acestei vânătoare în lucrarea sa fundamentală din 2000 „Solution to Darwin’s dilema: Discovery of the missing Precambrian record of life”.

Aici, Schopf descrie modul în care cele mai vechi presupuse fosile precambriene s-au dovedit a fi calcar serpentin care părea să conțină doar fosile. Astfel, aceste constatări incorecte de la sfârșitul anilor 1800 „au otrăvit fântâna”, conform lui Schopf, cu „lecții obiect transmise de la profesor la student, de la o generație la alta, pentru a deveni parte din tradiția academică acceptată”.

Abia în anii 1960, paleontologii precambrieni s-au putut desprinde de începutul lor nefavorabil. Descoperirea microfosilelor filamentoase în Australia și a microbilor celulari pietrificați vechi de aproape 3.500 de milioane de ani (cele mai vechi fosile cunoscute vreodată, cu peste trei sferturi de vârsta Pământului) a arătat că perioada precambriană a fost „surprinzător de mai bogată și mai ușor de descoperit decât îndrăznise oricine. a-ti imagina.”

Ritmul rapid al evoluției după explozia cambriană

Deși munca lui Schopf și a altor paleobiologi continuă să completeze înregistrarea fosilelor precambriene, rămân întrebări cu privire la ritmul exploziei cambriene. Ce a declanșat viața să evolueze atât de repede?

Întrebarea a intrigat oamenii de știință din multe discipline de zeci de ani. Colaborarea interdisciplinară a adus o mulțime de dovezi din diverse perspective – geochimic, paleomediu, geologic, anatomic și taxonomic – care descriu modul în care organismele biologice au evoluat în acord cu condițiile de mediu în schimbare.

Acest corp de dovezi acumulat susține o credință de lungă durată: evenimentele geologice mari au schimbat condițiile ecologice și de mediu și au pus bazele unei evoluții rapide. De exemplu, majoritatea oamenilor de știință sunt de acord că disponibilitatea oxigenului a avut ceva de-a face cu explozia Cambriană. Poate că o creștere rapidă a oxigenului disponibil în timpul perioadei cambriene a pregătit scena pentru o evoluție rapidă.

Știm că disponibilitatea oxigenului este legată de un proces geologic numit Marea Neconformitate – o perioadă prelungită de eroziune continentală larg răspândită și degradare care duce la un hiatus în fosilizare și sedimentare. În 2021, noi cercetări au sugerat că Marea Neconformitate a fost un fenomen mondial cauzat de formarea și destrămarea vechiului supercontinent Rodinia. Acest eveniment tectonic ar fi eliberat o cantitate extraordinară de oxigen în oceanele antice și în atmosfera Pământului. În plus, creșterea asociată a nivelului mării ar fi putut să creeze noi nișe ecologice în ape puțin adânci și ar fi furnizat calciul și fosforul necesar pentru a construi schelete și cochilii dure.

Punerea pieselor împreună

Știm că Precambrianul făcut ai viata. Cu toate acestea, explozia cambriană a fost o perioadă de evoluție uluitoare, fără egal – un ritm pe care teoria evoluției lui Darwin nu îl explică bine singură.

Geologii au contribuit la completarea acestui gol, oferind dovezi că marile schimbări tectonice au transformat o lume limitată de oxigen într-un incubator al vieții. Eliberată de constrângerile limitării oxigenului, viața s-a diversificat rapid. Noile gene ar fi supuse selecției naturale a lui Darwin, fie devenind mai răspândite, fie disparând din existență.

Misterele trecutului Pământului

Studierea trecutului implică întotdeauna un anumit grad de incertitudine. După cum a descris Schopf în istoria vânătorii de fosile precambriene, oamenii de știință prea zeloși au contaminat câmpul când au susținut că au găsit viața precambriană, doar pentru ca alți cercetători să respingă rapid materialul ca fiind anorganic. În 2014, un studiu a demonstrat că oamenii de știință au supraestimat multă vreme cât de mult oxigen era prezent înainte de perioada Cambriană. Încă nu știm ce a cauzat Marea Neconformitate și schimbările tectonice aferente, deși majoritatea cercetătorilor cred că glaciația la scară largă trebuie să fi fost implicată. Nu toți oamenii de știință acceptă ideea că explozia cambriană a fost un eveniment evolutiv neobișnuit de rapid. În schimb, susțin ei, vârful în înregistrarea fosilelor poate reflecta pur și simplu faptul că organismele cu corp dur se fosilizează mai ușor decât predecesorii lor cu corp moale.

Întrebările rămase evidențiază provocarea constantă de a studia trecutul. Descoperirea unei noi fosile sau indicii geologice poate schimba zeci de ani de teorii. Orice afirmație este la fel de puternică ca și capacitatea noastră de a interpreta înregistrări biologice și de mediu limitate.

Goana este la fel de seducătoare ca și recompensa. Descoperirea și reunirea unor indicii despre trecutul Pământului răspunde unei dorințe de descoperire pe care noi, ca oameni, parcă nu o putem satisface niciodată.

Leave a Comment

Your email address will not be published.