Taxminan 540 million yil oldin sodir bo'lgan Kembriy portlashining sababi kislorod halokati bo'lishi mumkin emas edi. Bunday xulosaga yaqinda xitoylik va kanadalik olimlar kelishgan.
Kembriy portlashi yoki skelet faunasining portlashi - bu hodisaning shartli nomi bo'lib, Kembriy geologik davrining boshiga to'g'ri keladigan cho'kindilarda tirik mavjudotlarning qazilma qoldiqlari soni keskin ko'paydi.
O'sha paytda havodagi kislorod kontsentratsiyasida sezilarli o'sish kuzatilmadi, u atigi 10 foizni tashkil etdi. hozirgi darajadan - korr. Sinxua Nankindagi Xitoy Fanlar akademiyasi qoshidagi Nankin geologiya va paleontologiya institutida / Jiangsu provinsiyasi, Sharqiy Xitoy /.
Ko'p yillar davomida organizmlarning kelib chiqishi va ularga atrof-muhit o'zgarishlarining ta'siri fundamental tadqiqotlar mavzusi bo'lib kelgan.
Umumiy qabul qilingan nuqtai nazarga ko'ra, 2,3 milliard yil oldin Yerda birinchi kislorod halokati sodir bo'lgan, buning natijasida atmosferada erkin kislorod paydo bo'lgan. Tadqiqotchilarning fikriga ko'ra, o'sha paytda uning konsentratsiyasi atigi 0,1 - 0,01 foizni tashkil etgan. bizning kunlarimiz tezligidan.
Keyin, 1 milliard - 550 million yil oldin, havoda kislorodning takroriy to'planishi qayd etilgan, keyin uning miqdori 10 foizga etgan. hozirgi darajadan. Shu munosabat bilan Yerda birinchi ko'p hujayrali organizmlar paydo bo'ldi.
Kembriy portlashi paytida biologik xilma-xillikning keskin o'sishi ilgari ko'plab olimlar tomonidan Yer atmosferasi tarkibidagi global o'zgarishlar bilan bog'liq, shuning uchun dengiz va havodagi kislorod miqdori hozirgi darajaga yaqinlashishi mumkin deb o'ylashgan. Xitoy-Kanada jamoasi tomonidan olib borilgan tadqiqot natijalari bunday nazariyani rad etdi.
Institut geologiya fanlari doktori Syan Leyning aytishicha, xitoylik va kanadalik olimlar guruhi 2014—2016-yillarda Chjeszyan provinsiyasining g‘arbiy qismidan olingan tog‘ jinslari namunalarining kimyoviy tarkibini o‘rganishgan, natijada ular mavjud ma’lumotlarni rad etishga muvaffaq bo‘lishgan. gipoteza.
Tadqiqotda foydalanilgan barcha jinslar 400 - 760 m chuqurlikda bo'lgan.Ularning yoshi 510 - 550 million yilga etgan. Olimlar organik uglerod va ulardagi temir, uran, molibden kabi elementlarning tarkibini o'rganib, havo va dengizdagi kislorod kontsentratsiyasini aniqladilar.
Doktor Syan Leyning so'zlariga ko'ra, havodagi kislorod miqdori faqat 510 million yil avval hozirgi darajasiga ko'tarilgan ilgari u doimiy ravishda past darajada, ya'ni taxminan 10 foiz edi. hozirgi darajadan.
"Tadqiqot natijalari kembriy portlashi natijasida havo va dengizning keng koʻlamli oksidlanishi kuzatilmaganidan dalolat beradi. Kislorod miqdori ortishi hisobiga bioxilma-xillikning keskin oʻsishi haqidagi gipoteza amalga oshmadi", - dedi u. .
Kembriy portlashiga nima sabab bo'ldi? Bu savol, Xiang Lei ta'kidlaganidek, hali ham ochiq.
Olimlar tadqiqotining ilg‘or natijalari Britaniyaning Earth and Planetary Science Letters ilmiy jurnalida chop etildi. Tadqiqot ishlari Xitoy Fanlar akademiyasi va Xitoy Milliy tabiiy fanlar jamg‘armasi ko‘magida tashkil etildi.
5. "Portlash" ning mumkin bo'lgan sabablari
Kembriygacha ancha murakkab uch qavatli hayvonlar mavjud bo'lgan bo'lsa-da, ilk kembriyda evolyutsion rivojlanish juda tez bo'lgan ko'rinadi. Ushbu "portlovchi" rivojlanishning sabablarini tushuntirishga ko'p urinishlar qilingan.
Atrof-muhitdagi o'zgarishlar
Kislorod kontsentratsiyasini oshirish
Erning eng qadimgi atmosferasida erkin kislorod umuman bo'lmagan. Zamonaviy hayvonlar nafas olayotgan kislorod ham havoda, ham suvda erigan holda, milliardlab yillik fotosintez, asosan mikroorganizmlar natijasidir. Taxminan 2,5 milliard yil oldin atmosferadagi kislorod kontsentratsiyasi keskin oshdi. Shu vaqtga qadar mikroorganizmlar tomonidan ishlab chiqarilgan barcha kislorod temir kabi kislorodga yuqori darajada yaqin bo'lgan elementlarning oksidlanishiga to'liq sarflangan. Ular quruqlikda va okeanning yuqori qatlamlarida to'liq bog'lanib qolguniga qadar atmosferada faqat mahalliy "kislorod vohalari" mavjud edi.
Kislorod etishmasligi uzoq vaqt davomida yirik murakkab organizmlarning rivojlanishiga to'sqinlik qilishi mumkin. Muammo shundaki, hayvon o'z muhitidan o'zlashtira oladigan kislorod miqdori uning sirt maydoni bilan cheklangan. Hayot uchun zarur bo'lgan kislorod miqdori organizmning massasi va hajmi bilan belgilanadi, hajmi kattalashgani sayin, hududdan tezroq o'sadi. Havoda va suvda kislorod kontsentratsiyasining oshishi bu cheklovni zaiflashtirishi yoki butunlay yo'q qilishi mumkin.
Shuni ta'kidlash kerakki, katta vendobiontlar mavjudligi uchun etarli miqdorda kislorod Ediakar davrida allaqachon mavjud edi. Shu bilan birga, kislorod kontsentratsiyasining yanada oshishi organizmlarni tubdan murakkabroq tana tuzilmalarini, shu jumladan yirtqichlik va undan himoya qilish uchun ishlatiladigan moddalarni ishlab chiqarish uchun qo'shimcha energiya bilan ta'minlashi mumkin.
qorli yer
Kechki neoproterozoyda Yer global muzliklarga duchor bo'lganligi, uning ko'p qismi muz bilan qoplanganligi va sirt harorati hatto ekvatorda muzlash darajasiga yaqin bo'lganligi haqida ko'plab dalillar mavjud. Ba'zi tadqiqotchilar bu holat Kembriy portlashi bilan chambarchas bog'liq bo'lishi mumkinligini ta'kidlashadi, chunki ma'lum bo'lgan eng qadimgi fotoalbomlar oxirgi to'liq muzlik tugaganidan ko'p o'tmay davrga tegishli.
Biroq, bunday falokatlarning organizmlarning hajmi va murakkabligining keyingi o'sishi bilan sababiy bog'liqligini ko'rsatish juda qiyin. Ehtimol, past haroratlar okeandagi kislorod kontsentratsiyasini oshirdi - harorat 30 ° C dan 0 ° C gacha pasayganda uning dengiz suvida eruvchanligi deyarli ikki baravar ortadi.
Uglerodning izotopik tarkibidagi tebranishlar
Ediakaran/Kembriya chegarasidagi cho'kindilarda juda keskin pasayish, so'ngra butun Kembriy davrida C/C uglerod izotoplari nisbatida g'ayrioddiy kuchli tebranishlar kuzatiladi.
Ko'pgina olimlarning taxminiga ko'ra, dastlabki pasayish kembriy boshlanishi arafasida sodir bo'lgan ommaviy yo'q bo'lib ketish bilan bog'liq, shuningdek, yo'q bo'lib ketishning o'zi ham metan klatratlarining oldingi parchalanishining oqibati bo'lgan deb taxmin qilish mumkin. Ma'lumki, metanning emissiyasi va keyinchalik atmosferaning karbonat angidrid bilan to'yinganligi turli xil ekologik ofatlar bilan birga keladigan global issiqxona effektini keltirib chiqaradi. Shunga o'xshash manzara Triasda, Perm davrining ommaviy yo'q bo'lib ketishidan hayot tiklanayotgan paytda kuzatilgan.
Biroq, ommaviy yo'q bo'lib ketish taksonomik va morfologik xilma-xillikning keskin o'sishiga qanday olib kelishi mumkinligini tushuntirish juda qiyin. Perm va bo'r-paleogen kabi ommaviy yo'q bo'lib ketishlar, keyinchalik alohida turlar sonining ahamiyatsizdan "hukmron"gacha ko'payishiga olib kelgan bo'lsa-da, ikkala holatda ham ekologik bo'shliqlar boshqa, ammo bir xil darajada murakkab organizmlar bilan almashtirildi. Shu bilan birga, yangi ekotizimda taksonomik yoki morfologik xilma-xillikning keskin o'sishi kuzatilmadi.
Bir qator tadqiqotchilarning ta'kidlashicha, erta kembriyda C / C nisbatining har bir qisqa muddatli pasayishi metanning tarqalishini anglatadi, bu kichik issiqxona effekti va u tufayli yuzaga kelgan haroratning oshishi tufayli morfologik xilma-xillikning oshishiga olib keldi. . Ammo bu gipoteza ham kembriyning boshida taksonomik xilma-xillikning keskin o'sishini tushuntirmaydi.
Organizmlarning rivojlanishiga asoslangan tushuntirishlar
Bir qator nazariyalar hayvonlarning embriondan kattalargacha rivojlanishidagi nisbatan kichik o'zgarishlar tana shaklidagi keskin o'zgarishlarga olib kelishi mumkin degan fikrga asoslanadi.
Ikki tomonlama rivojlanish tizimining paydo bo'lishi
Regulyatsiya qiluvchi Xoks genlari tananing turli qismlarida "ishchi" genlarni yoqadi va o'chiradi va shu bilan tananing anatomik tuzilishining shakllanishini nazorat qiladi. Juda o'xshash Hox genlari barcha hayvonlarning genomida topilgan, cnidarianlardan tortib odamlargacha. Shu bilan birga, sutemizuvchilarda 4 ta Hox genlari mavjud, knidariyaliklar esa bitta to'plam bilan o'tadilar.
Hayvonlarning turli guruhlaridagi Hox genlari shu qadar o'xshashki, masalan, odamning "ko'z hosil qiluvchi" genini Drosophila embrioniga ko'chirib o'tkazishingiz mumkin, bu esa ko'zning shakllanishiga olib keladi, ammo u Drosophila ko'zi bo'ladi. mos keladigan "ishchi" genlarning faollashishiga. Bu shuni ko'rsatadiki, xuddi shunday Hox genlari to'plamining mavjudligi organizmlarning anatomik o'xshashligini anglatmaydi. Shuning uchun bunday tizimning paydo bo'lishi morfologik va taksonomik xilma-xillikning keskin o'sishiga olib kelishi mumkin.
Xuddi shu Hox genlari barcha ma'lum bo'lgan ikki tomonlama organizmlarning farqlanishini boshqarganligi sababli, ikkinchisining evolyutsion chiziqlari har qanday maxsus organlar paydo bo'lishidan oldin ajralib chiqqan bo'lishi kerak. Shunday qilib, barcha ikki tomonlama organizmlarning "so'nggi umumiy ajdodi" kichik, anatomik jihatdan sodda va, ehtimol, fotoalbomlarda saqlanmasdan butunlay parchalanib ketgan bo'lishi kerak. Bu holat uning kashf etilishini juda dargumon qiladi. Biroq, bir qator venodobiontlar ikki tomonlama tana tuzilishiga ega bo'lishi mumkin. Shunday qilib, bunday rivojlanish tizimi Kembriy portlashidan kamida bir necha o'n millionlab yillar oldin paydo bo'lishi mumkin edi. Bunday holda, uni tushuntirish uchun ba'zi qo'shimcha sabablar kerak.
Genom murakkabligining kichik o'sishi katta oqibatlarga olib kelishi mumkin
Jinsiy yo'l bilan ko'payadigan organizmlarning ko'pchiligida nasl har bir ota-onadan taxminan 50% gen oladi. Bu shuni anglatadiki, genomning murakkabligining kichik o'sishi ham tananing tuzilishi va shaklida ko'plab o'zgarishlarni keltirib chiqarishi mumkin. Biologik murakkablikning katta qismi, ehtimol, uyali avtomatlar vazifasini bajaradigan ko'p sonli hujayralarga nisbatan oddiy qoidalarning ta'siridan kelib chiqadi.
rivojlanish yo'li
Ba'zi olimlar organizmlarning murakkablashishi bilan ikkilamchi o'zgarishlar tananing umumiy tuzilishidagi evolyutsion o'zgarishlarga uning o'rnatilgan qismlarini yaxshiroq ixtisoslashtirish yo'nalishida qo'shiladi, deb ta'kidlaydilar. Bu "yaxshilangan" ajdodlar bilan raqobat tufayli tabiiy tanlanishdan o'tgan organizmlarning yangi sinflari ehtimolini kamaytiradi. Natijada, umumiy strukturaning rivojlanishi bilan "rivojlanish yo'li" shakllanadi va tananing fazoviy tuzilishi "muzlatiladi". Shunga ko'ra, yangi sinflarning shakllanishi asosiy sinflar evolyutsiyasining dastlabki bosqichlarida "osonroq" sodir bo'ladi va ularning keyingi evolyutsiyasi quyi taksonomik darajalarda davom etadi. Keyinchalik, ushbu g'oya muallifi bunday "muzlatish" Kembriy portlashining asosiy izohi emasligini ta'kidladi.
Ushbu g'oyani qo'llab-quvvatlaydigan fotoalbomlar noaniq. Ta'kidlanganidek, bir sinfga mansub organizmlardagi o'zgarishlar ko'pincha to'da rivojlanishining dastlabki bosqichlarida eng katta bo'ladi. Masalan, ba'zi kembriy trilobitlari ko'krak segmentlari soni bo'yicha juda xilma-xil bo'lib, keyinchalik bu xilma-xillik sezilarli darajada kamaydi. Biroq, silur trilobitlari namunalari tuzilishi jihatidan erta kembriyniklari kabi yuqori o'zgaruvchanlikka ega ekanligi aniqlandi. Tadqiqotchilar xilma-xillikning umumiy pasayishi ekologik yoki funktsional cheklovlar bilan bog'liqligini taxmin qilishdi. Misol uchun, trilobitlar konveks tana tuzilishini ishlab chiqqandan keyin segmentlar sonining kamroq o'zgarishini kutish mumkin, bu uni himoya qilishning samarali usuli hisoblanadi.
Atrof-muhit bo'yicha tushuntirishlar
Bunday tushuntirishlar turli xil organizmlarning o'zaro ta'siriga qaratilgan. Ushbu farazlarning ba'zilari oziq-ovqat zanjirlaridagi o'zgarishlar bilan bog'liq; boshqalar yirtqichlar va yirtqichlar o'rtasidagi qurollanish poygasini ko'rib chiqadilar, bu esa Kembriy davridagi qattiq tana qismlarining evolyutsiyasiga sabab bo'lishi mumkin; bir qator boshqa farazlar koevolyutsiyaning umumiyroq mexanizmlariga qaratilgan.
Yirtqichlar va o'ljalar o'rtasidagi "qurol poygasi"
Ta'rifga ko'ra, yirtqichlik o'ljaning o'limini taxmin qiladi, bu esa uni tabiiy tanlanishning eng kuchli omili va tezlatuvchisiga aylantiradi. O'ljaga yaxshiroq moslashish uchun bosim yirtqichlarga qaraganda ko'proq bo'lishi kerak, chunki yirtqichlardan farqli o'laroq, ular qayta urinib ko'rish imkoniyatiga ega.
Biroq, yirtqichlik Kembriy boshlanishidan ancha oldin bo'lganligi haqida dalillar mavjud. Shu sababli, uning o'zi Kembriy portlashiga sabab bo'lishi ehtimoldan yiroq emas, garchi u bu davrda paydo bo'lgan organizmlarning anatomik shakllariga kuchli ta'sir ko'rsatdi.
Fitofaglarning paydo bo'lishi
Stenli 700 million yil muqaddam protozoalarning paydo bo'lishi, mikrobial to'shaklarni "nibblash" oziq-ovqat zanjirini sezilarli darajada kengaytirdi va organizmlar xilma-xilligining ko'payishiga olib kelishi kerakligini aytdi. Biroq, bugungi kunda ma'lumki, "kemirish" 1 milliard yil oldin paydo bo'lgan va stromatolitlarning yo'q bo'lib ketishi taxminan 1,25 milliard yil oldin - "portlash" dan ancha oldin boshlangan.
Planktonning kattaligi va xilma-xilligining o'sishi
Geokimyoviy kuzatishlar shuni ko'rsatadiki, planktonning umumiy massasi proterozoyning boshida hozirgi bilan taqqoslangan. Biroq, Kembriygacha plankton chuqur dengiz organizmlarining oziqlanishiga sezilarli hissa qo'shmadi, chunki ularning tanalari dengiz tubiga tezda cho'kish uchun juda kichik edi. Mikroskopik planktonlar boshqa planktonlar tomonidan iste'mol qilingan yoki ular nekton va bentoslar uchun oziq-ovqat bo'lishi mumkin bo'lgan chuqur qatlamlarga kirishidan ancha oldin dengizning yuqori qatlamlarida kimyoviy jarayonlar bilan yo'q qilingan.
Ilk kembriy qoldiqlari tarkibida mikroskopik planktonni filtrlaydigan mezozooplankton topilgan. Yangi mezozooplankton qoldiqlarning manbai bo'lgan bo'lishi mumkin, shuningdek, tezda suvga cho'kish uchun etarlicha katta kapsulalar ko'rinishidagi najas ular nekton va bentoslar uchun ozuqa bo'lib, ularning hajmi va xilma-xilligiga sabab bo'lgan. Agar organik zarralar dengiz tubiga etib kelgan bo'lsa, keyingi ko'milish natijasida ular erkin uglerod kontsentratsiyasini kamaytirgan holda suvdagi kislorod kontsentratsiyasini oshirishi kerak edi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, mezozooplanktonning paydo bo'lishi chuqur okeanni oziq-ovqat va kislorod bilan boyitdi va shu tariqa chuqur dengizning kattaroq va xilma-xil aholisining paydo bo'lishi va rivojlanishiga imkon berdi.
Nihoyat, mezozooplanktonlar orasida fitofaglarning paydo bo'lishi kattaroq mezozooplankton yirtqichlari uchun qo'shimcha ekologik joy yaratishi mumkin, ularning tanasi dengizga tushib, uning oziq-ovqat va kislorod bilan yanada boyib ketishiga olib keldi. Ehtimol, mezozooplanktonlar orasida birinchi yirtqichlar bentik hayvonlarning lichinkalari bo'lib, ularning keyingi evolyutsiyasi Ediakaran davri dengizlarida yirtqichlarning umumiy ko'payishi natijasi edi.
Ko'p bo'sh joylar
Jeyms Valentin bir nechta ishlarda quyidagi taxminlarni ilgari surgan: tana tuzilishidagi keskin o'zgarishlar "qiyin"; O'zgarishlar, agar ular maqsad qilgan ekologik joy uchun raqobatga duch kelsalar, ko'proq bo'ladi. Ikkinchisi yangi turdagi organizmlar o'zining yangi roliga moslashish uchun etarli vaqtga ega bo'lishi uchun zarurdir.
Bu holat ekotizim shakllanishining dastlabki bosqichlarida katta evolyutsion o'zgarishlarni amalga oshirish ehtimoli ko'proq bo'lishiga olib kelishi kerak, chunki keyingi diversifikatsiya deyarli barcha ekologik bo'shliqlarni to'ldiradi. Kelajakda, yangi turdagi organizmlar paydo bo'lishda davom etsa-da, bo'sh bo'shliqlarning yo'qligi ularning ekotizimda tarqalishiga to'sqinlik qiladi.
Valentin modeli Kembriy portlashining o'ziga xosligini tushuntirishda yaxshi ish qiladi - nima uchun bu faqat bir marta sodir bo'lgan va nima uchun uning davomiyligi cheklangan.
Charlz Darvin o'sha "Turlarning kelib chiqishi" kitobida shunday yozgan edi: "Agar bir xil sinfga mansub ko'plab turlar mavjud bo'la boshlasa. bir vaqtning o'zida, keyin bu tabiiy tanlanish orqali umumiy ajdoddan evolyutsiyani ta'minlaydigan nazariyaga o'lim zarbasi bo'ladi.
Zamonaviy olimlar, qazilma qoldiqlarini batafsil o'rganib, tirik mavjudotlar Yerda to'satdan paydo bo'lganiga ishonch hosil qilishdi. Kembriy qatlami deb ataladigan qatlamda trilobitlar, gubkalar, qurtlar, dengiz yulduzlari, salyangozlar, suzuvchi qisqichbaqasimonlar, bosh oyoqlilar, artropodlar va boshqalarning qoldiqlari topilgan.Bu erda va biroz pastroqda bir hujayrali va bakteriyalar ham topilgan. Kembriydan oldingi har qanday ko'p hujayrali organizmlarning mavjudligi munozarali nuqtadir. Shunday qilib, ko'rinib turibdiki, bir-biridan ajralib turadigan va mukammal organizmlarga ega bo'lgan ko'plab turlar bir vaqtning o'zida mavjud bo'lgan va ularning kelib chiqishi mumkin bo'lgan ajdodlari yo'q. Geologiyada bu hodisa kembriy portlashi deb ataladi.
Guruch. Kembriy davri aholisi
Aytgancha, evolyutsionistlar uchun nima uchun zamonaviy tabiatda, shuningdek, Kembriy davrining tabiatida (bu 500 million yil oldin bo'lgan) gubkalar, qurtlar, dengiz yulduzlari va boshqalar mavjud degan savolga aniq javob berish qiyin. salyangozlar, suzuvchi qisqichbaqasimonlar va boshqalar? Nega ular shunchalik uzoq vaqt davomida yuqori shakllarga aylanmadi? Agar evolyutsiya barcha tirik mavjudotlarning ijobiy, muqarrar yuqoriga qarab harakatlanishi bo'lsa, unda nega u barcha mavjudotlarga ta'sir qilmagan? Agar hozirda sayyorada faqat bitta evolyutsiya toji qolsa, mantiqiyroq bo'lar edi - inson!
Nima uchun amyobalar, hasharotlar, baliqlar, amfibiyalar, sudralib yuruvchilar, sutemizuvchilar, maymunlar va odamlar hali ham Yerda bir vaqtning o'zida yashaydilar? Ehtimol, xuddi shu sababga ko'ra, selakant baliqlari hali ham mavjud: u uzoq vaqt oldin yashagan, bugungi kunda ham yashashni davom ettirmoqda. Evolyutsiyaga ishonishga harakat qilsangiz ham, savolga javob berishingiz kerak bo'ladi: evolyutsiya bugungi kunda to'xtadimi yoki yo'qmi? Biroq, bu savolga javob berish, javobsiz qolgan boshqa savollarni keltirib chiqaradi.
Agar oddiydan murakkabgacha barcha tirik mavjudotlar hali ham evolyutsiya jarayonida deb faraz qilsak, nega ular orasida tirik o'tish shakllari yo'qligini darhol tushuntirishga to'g'ri keladi. Agar biz evolyutsiya tugaganini va kamolotga erishgan mavjudotlarning rivojlanishda ancha oldin to'xtaganini, qolganlari esa tabiiy tanlanish orqali yo'q qilinganligini tasavvur qilsak, evolyutsiyada nima uchun o'lik oraliq bo'g'inlar etarli emasligi haqiqatni tushuntirib bo'lmaydi. Ammo o'tish shakllarining qoldiqlari trillionlab va hatto sekstillionlarda bo'lishi kerak, ular go'yoki millionlab yillar davomida yer tubida to'plangan.
Mashhur ingliz biologi Piter Xollandning fikricha, metazoalar evolyutsiyasining qadimiy avj olishi, odatda Kembriy portlashi deb ataladi, qisman genetik sabablar bilan bog'liq. Ikki tomonlama simmetrik hayvonlarning tez evolyutsiyasining zaruriy sharti genlarning ko'payishi (yoki bir qator dublikatsiyalar) edi, buning natijasida individual rivojlanishning muhim regulyatorlari bo'lgan Xoks va ParaXox genlari paydo bo'ldi. Bu hayvonlarning dastlabki evolyutsiyasiga atrof-muhit omillarining ta'sirini istisno etmaydi, ammo bu sof genetik innovatsiyalarning hissasini hisobga olishni talab qiladi.
Yerdagi hayot tarixidagi eng katta sirlardan biri uzoq vaqtdan beri Kembriy portlashi deb hisoblangan - taxminan 540 million yil oldin, Kembriy davrining boshida (yuqori chapda, 540 million yil oldin) ko'plab hayvonlarning to'satdan paydo bo'lishi. rasm). Ba'zida Kembriy portlashi artefakt, yangi evolyutsion shoxlarning paydo bo'lishi bilan emas, balki fotoalbom qoldiqlarini ko'mish shartlarining o'zgarishi bilan bog'liq illyuziya degan fikr mavjud. Ammo so'nggi tadqiqotlar Kembriy chegarasida evolyutsiyaning keskin tezlashishi haqiqat ekanligini tasdiqlaydi. Haqiqatan ham kembriy portlashi sodir bo'ldi.
Bunga nima sabab bo'ldi? Bu muammo mashhurlikda, masalan, dinozavrlarning yo'q bo'lib ketishi yoki insonning ikki oyoqliligining paydo bo'lishi muammosi bilan raqobatlashishi mumkin. Kembriy portlashini tashqi omillar bilan izohlovchi ko'plab farazlar mavjud: masalan, okean sathining ko'tarilishi (ko'plab sayoz mahsuldor chekka dengizlarning paydo bo'lishi bilan) yoki dengiz suvining kimyoviy tarkibining o'zgarishi (ko'payishi bilan). kislorod, kaltsiy, fosfatlarning tarkibi). Biroq, yuz yil davomida ushbu versiyalarning hech biri raqobatdan tashqarida bo'lgan ishonchli tasdiqni olmagan.
Keyinchalik murakkab, ko'p bosqichli tushuntirishlar mavjud. Masalan, amerikalik paleontolog Duglas Ervinning fikricha, Kembriy chegarasida ba'zi hayvonlar dengiz tubida faol qazishni o'rgangan, bu tuproqning kislorod bilan to'yinganligini keltirib chiqargan, ekologik bo'shliqlar to'plamini kengaytirgan va "turlanish zanjiri reaktsiyasi" ga olib kelgan. Ammo bu gipotezaning zaif tomonlari ham bor. Va eng muhimi, jarayonning dastlabki bosqichini o'tkazib yuboradi. Dengiz tubini qazishga qodir hayvonlar avval paydo bo'lgan bo'lishi kerak.
Mashhur ingliz evolyutsion genetiki Piter Xolland o'zgartirish uchun Kembriy portlashining ichki sabablarini atrof-muhitda emas, balki rivojlanayotgan organizmlarning tuzilishida izlashni taklif qiladi. Albatta, Gollandiya ekologik sabablarni ham esdan chiqarmaslik kerakligini yaxshi biladi: Kembriy portlashi kabi murakkab hodisaga faqat bitta emas, balki ko'plab omillar sabab bo'lgandir. Katta ehtimol bilan, o'zaro bog'liq o'zgarishlar kaskadi bo'lgan. Shunga qaramay, har qanday tizimning tashqi ta'sirga munosabati nafaqat ushbu ta'sirning tabiatiga, balki tizimning o'ziga xos xususiyatlariga ham bog'liqligi aniq. Muammoga shu nuqtai nazardan yondashsak-chi?
To'g'ri, biz hali ham erta kembriy davri va undan ham ko'proq prekembriy hayvonlarining ichki tuzilishi haqida kam narsa bilamiz. Ammo makroevolyutsion vaqt shkalasi bo'yicha organizmlarning "xatti-harakati" ni tahlil qilib, bilvosita ma'lumotlardan nimanidir hisoblashga harakat qilish mumkin.
Kembriy chegarasida aslida nima "portladi"? Shuni ta'kidlash kerakki, kembriy portlashini tashkil etuvchi hodisalarning aksariyati nafaqat hayvonlarning, balki ikki tomonlama simmetrik hayvonlarning evolyutsiyasi bilan bog'liq. Ikki tomonlama nosimmetrik bo'lmagan hayvonlarning faqat to'rtta zamonaviy turi mavjud: gubkalar, ktenoforlar, lamellar, knidariyalar (o'tgan yili beshinchi turi topilgan, ammo bu topilma hali to'g'ri tasvirlanmagan). Boshqa barcha hayvonlar, shu jumladan qurtlar, salyangozlar, dengiz kirpilari, kapalaklar va o'zimiz, ikki tomonlama simmetrik (bilateria) katta guruhiga kiradi. Bu juda tez - bu holda "millionlab yillar ichida" degan ma'noni anglatadi - ikki tomonlama simmetrik hayvonlarning ko'p sonli yirik novdalarining paydo bo'lishi Kembriyning boshlanishini er tarixida mutlaqo noyob lahzaga aylantiradi.
Bu hayvonlarning o'ziga xos xususiyati nimada? Bilateriya juda xilma-xildir, shuning uchun ularning har qanday qisqacha tavsifi noto'g'ri bo'lish xavfini tug'diradi. Shunga qaramay, ikki tomonlamalarni "bilateriyalik bo'lmaganlar" dan ajratib turadigan to'rtta asosiy xususiyat mavjud.
Old-orqa aks. Oddiy ikki tomonlama nosimmetrik hayvon o'z hayotini tarjima harakatida o'tkazadi, uning tanasi aniq belgilangan old va orqa uchiga ega - oddiy qilib aytganda, bosh va quyruq. Old uchida odatda sezgi organlari va og'iz apparati joylashgan.
Markaziy asab tizimi. "Nebilateria" yoki umuman asab tizimiga ega emas (gubkalar, lamellar) yoki nisbatan oddiy (taroqli jele, cnidarians). Bilateriyada asab tizimi odatda kuchliroq bo'ladi, ko'pincha u bitta zanjir yoki ipga yig'iladi. Bundan tashqari, bo'limlarga bo'ylama bo'linish juda xarakterlidir, ularning eng oldingi qismi odatda miya deb ataladi.
Ichak orqali. Bilateriya og'iz bo'shlig'idan (odatda tananing oldingi uchi yaqinida) boshlanib, anus bilan (odatda tananing orqa uchiga yaqin) tugaydigan naycha shaklidagi ichak bilan tavsiflanadi. Bunday ichak, asab tizimi kabi, bo'limlarga, masalan, oldingi, o'rta va orqa ichakka bo'linish bo'linishiga ega. Oziq-ovqat har doim ichak orqali bir yo'nalishda - og'izdan anusgacha harakat qiladi. Bilateriyaliklar orasida ichakning yo'qligi holatlari mavjud, ammo ularning aksariyati, ehtimol, ikkilamchi yo'qotish bilan bog'liq. "Nebilateria" da hech qachon naycha shaklida bo'lgan ichak bo'lmaydi. Agar ularning ichak bo'shlig'ida og'izdan boshqa teshiklar bo'lsa ham (masalan, stenoforlarda), u erda bir tomonlama oziq-ovqat oqimi tizimi mavjud emas.
Uchta mikrob qatlami. Ko'p hujayrali hayvonlarning embrioni odatda germ qatlamlari deb ataladigan hujayra qatlamlariga bo'linadi. Bilateriyada uchta germ qatlami aniq tasvirlangan. "Nebilateria" da mikrob qatlamlarini umuman farqlash qiyin (gubkalar, lamellar) yoki ularning ikkitadan ko'pi uchtadan (taroqli jele, cnidarians) mavjud. Shu sababli 19-asrdan boshlab ikki qavatli hayvonlar uch qavatli (triploblastlar), “nebilaterianlar” esa ikki qavatli (diploblastlar) hisoblanib kelinmoqda. Uch qavatli hayvonlar ikki qavatli hayvonlardan o'rtacha mikrob qatlami - mezoderma mavjudligi bilan farq qiladi, xususan, mushak tizimi rivojlanadi. Shuning uchun bunday hayvonlar ancha faol va xilma-xil harakatlarga qodir.
Mashhur ingliz paleontologi Saymon Konuey Morris 1993 yilda Kembriy portlashining asosiy evolyutsion mazmuni ikki qavatli hayvonlar darajasidan uch qavatli, ya'ni ikki tomonlama simmetrik darajaga o'tish degan fikrni bildirgan. Konvey Morrisning so'zlariga ko'ra, Kembriy portlashi asosan uch qatlamli hayvonlarning Yer biosferasiga "bostirib kirishi" dan iborat edi. O'shandan beri to'plangan paleontologik ma'lumotlar bu fikrga mutlaqo zid emas.
Barcha tirik bilateriyaliklarning (LCAB) oxirgi umumiy ajdodi qanday ko'rinishga ega edi? Qiyosiy anatomiya va rivojlanish genetikasi bu umumiy ajdodda markaziy asab tizimi, kirib boruvchi ichak va lateral (ehtimol hatto segmentlangan) mushaklari bo'lgan deb o'ylash uchun yaxshi asos beradi. Ushbu mushaklarning qisqarishi tananing shaklini murakkab yo'llar bilan o'zgartirishga imkon berdi, bu emaklash, suzish yoki qazishni ta'minladi - barcha holatlarda birinchi navbatda.
Ikki tomonlama nosimmetrik hayvonlar uch o'lchovli fazoda faol harakatga bilater bo'lmaganlarga qaraganda ancha yaxshi moslashgan. Bundan tashqari, ular uchun uch o'lchamli makon nafaqat suv ustuni, balki tuproq qatlami ham bo'lishi mumkin. Ervin gipotezasidan ko'rinib turibdiki, bu erta ikkiliklarning evolyutsiyasida asosiy rol o'ynagan yerni qazish bo'lishi mumkin. Ikki tomonlama nosimmetrik jonzot uchun tuproqdan oziqlanish uchun foydalanish qulay: loy og'izga kiradi, ichak trubkasidan o'tib, yo'lda ozuqa moddalarini beradi va orqada qoladi. Unga erdan harakat qilish ham qulay: buning uchun kuchli mushaklar mavjud va bundan tashqari, suyuqlik bilan to'ldirilgan va gidrostatik skelet vazifasini bajaradigan mezodermada selomik (ikkilamchi) bo'shliq ham paydo bo'lishi mumkin. Zoologiyada uzoq vaqtdan beri hamma narsa qazishga o'tish paytida, gidroskelet sifatida paydo bo'lgan va keyinchalik zarur bo'lgan degan fikr uzoq vaqtdan beri mavjud edi.
Agar bu stsenariy to'g'ri bo'lsa, unda yomg'ir qurtidan boshqa hech kim bilateriyaning qadimgi hayot shaklining ajoyib namunasi bo'la olmaydi. U dengiz muhitini tuproqqa o'zgartirdi, lekin sanab o'tilgan barcha xususiyatlarni eng yorqin shaklda saqlab qoldi: tananing old uchida og'iz va orqa uchida anus, kuchli mushaklar (segmentlangan) va aniq qo'llab-quvvatlash funktsiyasi bilan coelom.
Qanday bo'lmasin, ikki tomonlama simmetrik hayvonlarning paydo bo'lishini aytish mumkin: (1) Kembriy chegarasining vaqtinchalik yaqinida sodir bo'lgan (ikkilatli hayvonlarning ancha ilgari mavjudligiga ishonchli dalillar yo'q) va (2) haqiqiy inqilobni amalga oshirgan. hayvonlar dunyosi anatomiyasida va global ekologiyada.
Ammo bu inqilobga nima sabab bo'ldi? Bu erda organizmlardagi qanday ichki o'zgarishlar imkon berganligi haqida o'ylash kerak.
Ajablanarlisi shundaki, biologiyaning hozirgi rivojlanish darajasida biz ko'pincha bu hayvonlarning anatomiyasidan ko'ra qadimgi hayvonlarning genlari haqida ko'proq bilamiz. Bunday holda, genlardan boshlashga arziydi.
Bizni birinchi navbatda (1) asab tizimi, (2) ichaklar va (3) mushaklar va butun o'z ichiga olgan mezodermal tuzilmalarning rivojlanishini boshqaruvchi genlar qiziqtiradi (rasmda pastki chap). Hozirda bunday genlar ko'p. Qoida tariqasida, ular boshqa genlarni yoqishi yoki o'chirishi mumkin bo'lgan oqsillarni kodlaydi, ya'ni ular transkripsiya omillari hisoblanadi. Hayvonlarning rivojlanishiga ta'sir ko'rsatadigan transkripsiya omili genlariga, masalan, Fox genlari, Pax genlari, homeobox genlari, T-box genlari va sink barmoq genlari kiradi.
"Siz hammasini o'zingiz qabul qila olmaysiz", chunki Piter Xolland ushbu besh gen guruhidan faqat bittasini, gomeobox genlarini o'rganishni tanladi. Ular yaxshi o'rganilgan va, aftidan, bizni qiziqtirgan organ tizimlarining rivojlanishi ularga bog'liq.
Gomeobox genlari haqida gap ketganda, ko'plab biologlar (va ilmiy adabiyotlarga qiziqqan biolog bo'lmaganlar ham) birinchi navbatda Xox oilasining genlari haqida o'ylashadi. Qattiq aytganda, bu noto'g'ri. Xoks genlari haqiqatan ham hayvonlar rivojlanishining muhim regulyatorlari bo'lib, ular, aytaylik, tananing turli segmentlari o'rtasidagi farqlarni aniqlay oladi. Ammo barcha homeobox genlari Hox genlari emas. Masalan, drozofila pashshasining genomida yuzdan ortiq gomeoboks genlari mavjud bo'lib, ulardan faqat sakkiztasi Xox oilasiga tegishli. Inson genomida ikki yuzdan ortiq gomeobox genlari mavjud va ulardan faqat 39 tasi Xoks oilasiga tegishli.Gollandiyaning fikricha, Xoks genlari “gomeobox aysbergining uchi”dir.
Evolyutsiyasi qiyosiy anatomiya nuqtai nazaridan alohida qiziqish uyg'otadigan gomeobox genlari ANTP genlari deb ataladi (antennapediya mutatsiyasidan). Bu gomeobox genlarining bir necha sinflaridan biri bo'lib, ular o'z navbatida gen oilalariga bo'linadi. Yuqorida aytib o'tilgan Hox genlaridan tashqari, ANTP genlariga ParaHox genlari, NK genlari, Dlx genlari, Evx genlari, Emx genlari, Dbx genlari, Msx genlari va boshqalar kiradi.
Xoks oilasi genlarining muhim xususiyati shundaki, ular xromosomalarda bir-birining yonida joylashgan bo'lib, zich guruhlar - klasterlarni hosil qiladi. Misol uchun, Drosophila'da barcha sakkizta Hox genlari birgalikda to'plangan. Bir odamda to'rtta shunday klaster mavjud. Ba'zi hayvonlarda hox klasterlari parchalanadi, lekin ko'pincha ular ko'proq yoki kamroq saqlanib qoladi. Bu xususiyat Xoks genlari ishini tartibga solish uchun ham, ularning evolyutsiyasi uchun ham katta ahamiyatga ega. Aynan Xoks klasterining ishlash printsipining dekodlanishi 1995 yilda buning uchun Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan buyuk amerikalik genetik Edvard B. Lyuisning asosiy yutug'i bo'ldi.
1990-yillarda nukleotidlar ketma-ketligi bo'yicha Xox genlariga juda yaqin bo'lgan, ammo Hox klasteriga kiritilmagan va, ehtimol, boshqa funktsiyalarga ega bo'lgan yana bir nechta genlar topildi. Ushbu genlar birgalikda ParaHox deb nomlangan. Bundan tashqari, uchta bunday genlar uchun - Gsx, Xlox (aka Pdx) va Cdx - ularning ketma-ketligida ko'p Hox genlari bir-biriga qaraganda ba'zi Hox genlariga yaqinroq ekanligi ko'rsatildi. Ular qayerdan kelgan? Bu sir 1998 yilda Piter Xolland va uning hamkasblari ParaHox genlari ham to'planganligini aniqlaganlarida, qisman hal qilindi - o'z genlari. To'g'ri, ParaHox klasteri Hox klasteridan ancha kichik: masalan, lanceletda 15 ta Hox genlari va faqat uchta ParaHox genlari mavjud. Lekin, albatta, ularning umumiy kelib chiqishi bor. Ushbu mavzu bo'yicha birinchi maqola: "ParaHox klasteri Hox klasterining evolyutsion singlisi" deb nomlangan.
Bu erda o'zini taklif qiladigan evolyutsion stsenariy shunday ko'rinadi. Ko'pgina zamonaviy hayvonlarning umumiy ajdodi bitta kichik gen klasteriga ega bo'lib, Hox genlari va ParaHox genlari uchun "ajdodlar". Ushbu qadimiy klaster ProtoHox klasteri deb ataladi. Bir nuqtada ProtoHox klasteri u joylashgan xromosoma qismi bilan birga ikki baravar ko'paydi. Ushbu genetik hodisa tandem duplikatsiyasi deb ataladi. Shunday qilib, bir-biriga bog'liq ikkita klaster paydo bo'ldi, ularning evolyutsiyasi keyinchalik boshqacha davom etdi. Ulardan biri Hox klasteriga, ikkinchisi esa ParaHox klasteriga aylandi (yuqoridagi rasmning o'rtasida).
Klasterga moyil bo'lgan ANTP genlarining uchinchi oilasi ham mavjud. Ular NK genlari deb ataladi. Meva chivinlarida ulardan beshtasi bor va ular Hox va ParaHox klasterlaridan butunlay ajralib turadigan ixcham klasterda to'plangan. Bu genlar juda qadimiy (ular, albatta, hayvonlar ikki tomonlama nosimmetrik bo'lishidan oldin paydo bo'lgan) va juda saqlanib qolgan, ya'ni ular juda oz o'zgarib turadigan turli xil organizmlarda saqlanadi. Lanselet va umurtqali hayvonlarda NK klasteri parchalanib ketgan, ammo unga kiritilgan genlar alohida saqlanib qolgan. Bundan tashqari, qiyosiy genomika shuni ko'rsatadiki, Drosophila NK klasteri (beshta genga ega) ikki tomonlama evolyutsiyaning boshida mavjud bo'lgan va kamida sakkizta genni o'z ichiga olgan kattaroq klasterning qoldig'i. Endi u sekin parchalanish jarayonida va undan "ajralgan" ba'zi genlar uzoq vaqtdan beri o'z-o'zidan mavjud bo'lgan.
02.12.2016
Hammaga yana salom! Ushbu postda men Yerdagi hayot tarixidagi noyob voqea haqida gapirishga harakat qilaman. Biz Kembriy portlashi yoki u ham deyilganidek, Kembriy nurlanishi haqida gapiramiz. Kembriy portlashi sayyoramizning paleontologik rekordlaridagi eng yorqin voqea bo'lib, nisbatan qisqa vaqt ichida (bir necha o'n million yillar) tirik mavjudotlarning qazilma qoldiqlari sonining keskin ko'payishi va birinchi qarashda. , go'yo hech qanday joydan deyarli barcha zamonaviy hayvonlar turlari paydo bo'ladi (xordalar, artropodlar, mollyuskalar, echinodermlar va boshqalar).
Uning o'tmishdoshlari bor edi, ammo Bulut Kembriy portlashi g'oyasini eng zo'r va geologik nafosat bilan qamrab olishga muvaffaq bo'ldi. O'zining buyuk rahbarligi va paleontologlar avlodiga ustozlik qilishdan tashqari, u paleogeografiya, karbonat stratigrafiyasi va karbonat sedimentologiyasi bo'yicha ko'nikmalarni qo'shib, paleontologiyaga integral yondashuvni ishlab chiqdi. Santa-Barbaradagi Kaliforniya universitetidagi keyingi faoliyati uning qiziqishlarini astrobiologiya va hayotning kelib chiqishiga kengaytirdi. Uning paleontolog sifatidagi kuzatishlari uni fanerozoy davridagi qazilma qoldiqlarini evolyutsion otilishlar qatori sifatida tavsiflashiga olib keldi, Kembriy esa eng kattasi edi.