Kambrium (Kambrikausi) – fossiilit, elämän monimuotoisuus ja Kambrian räjähdys
Kambrium: fossiilit, elämän monimuotoisuus ja Kambrian räjähdys — miten merissä syntyivät uudet eläinryhmät ja kovat kuoret, jotka mullistivat elämän historian.
Kambrium on paleotsooisen kauden ensimmäinen geologinen kausi. Se kesti 541 miljoonaa vuotta sitten - 485,4 miljoonaa vuotta sitten. Sitä ennen oli ediakari ja sen jälkeen ordovikia.
Biologit ovat oppineet melko paljon kambrikauden eläinten pehmeistä osista. Tämä johtuu siitä, että on löydetty paikkoja, joissa on säilynyt eliöiden pehmeitä osia sekä niiden kestävämpiä kuoria. Tällaiset poikkeuksellisen hyvin säilyttävät kerrostumat (ns. Lagerstätten) ovat paljastaneet monimuotoisen faunan, joka muuten olisi jäänyt tuntemattomaksi. Tunnetuimpia esimerkkejä ovat mm. Burgess Shale Kanadassa ja Maotianshanin (Chengjiang) kerrostumat Kiinassa. Tämä tarkoittaa, että ymmärrämme kambriumin eliöstöä paremmin kuin joidenkin myöhempien aikakausien eläimistöä.
Elämän muodonmuutos ja Kambrian räjähdys
Elämä maapallolla muuttui suuresti kambrikauden aikana. Ennen kambrikauden aikaa elämä oli enimmäkseen pientä ja yksinkertaista. Monimutkaiset eliöt (metazoa) kehittyivät proterotsooisen kauden aikana. Mutta kambriumin kaudella jotkut eliöt käyttivät kuorissaan karbonaattimineraaleja, joten niillä oli kovia osia, joista saattoi tulla fossiileja. Kambriumin kaudella oli monia erilaisia elämänlajeja. Tämä elämänmuotojen monimuotoisuuden lisääntyminen oli suhteellisen nopeaa, ja sitä kutsutaan Kambrian räjähdykseksi. Tämä sopeutuva säteily tuotti ensimmäiset jäsenet eläinten pääryhmiin, joita kutsutaan ryhmittymiksi.
Kambrian räjähdyksen taustalla oli useita mahdollisia tekijöitä, jotka toimivat yhdessä: hapen määrän kasvu merissä, mineraalien saatavuus kovien kuorien muodostukseen, ekologinen kilpailu ja saalistus (”aseiden kilpavarustelu”), sekä kehitysgenetiikan uudistukset, kuten hermoston ja kehitysgeenien (esim. Hox-geenien) rooli kehonrakenteiden monipuolistumisessa. Lisäksi taphonomiset tekijät – eli millä tavalla eliöt jäävät säilymään fossiileiksi – vaikuttavat siihen, miten dramaattiselta räjähdys näyttää.
Fossiilit ja säilyminen
Kambriumilta tunnetaan sekä kovakuorisia että pehmeäruumiisia fossiileja. Monia lajeja tunnetaan vain kuorista tai ulkokuorista (esim. trilobiitit, brachiopodit, hyoliitit ja ensimmäiset kalkkikuoriset korallimaiset arkkeläiset kuten archaeocyathit), mutta Lagerstätten-kerrostumissa on säilynyt myös pehmeät elimet, kuten hermosto, kidukset ja ruumiinlohkot. Pienet mineraaliset kappaleet, niin kutsuttu ”small shelly fauna”, edeltävät tai esiintyvät varhaisessa kambriumissa ja kertovat kuoristumisen vaiheesta.
Hyvän säilymisen taustalla ovat usein anoksiset pohjaolosuhteet, nopea peittyminen (esim. maa- tai luotituulen aiheuttamat muddeerit) ja hienojakoinen sedimentoituu, jotka estävät hajottajien ja hajonnan vaikutusta.
Ekologia ja merien elämänverkot
Lähes kaikki tämä uusi elämä oli merissä. Maalla oli vain vähän elämää mikrobeja lukuun ottamatta. Useiden mantereiden lähellä oli matalia meriä, koska Pannotia-niminen superkontinentti oli hajonnut pienempiin osiin. Meret olivat lämpimiä, eikä pohjois- ja etelänavalla ollut jäätä. Monet kovakuoriset eläimet ilmestyivät ensimmäistä kertaa kambrikauden alussa.
Kambriumissa syntyi monimutkaisia ravintoverkkoja: pohjaneläimet, planktonista ravinnon saavat eläimet ja ensimmäiset tehokkaat saalistajat, kuten anomalokariidit (mm. Anomalocaris). Myös bioturbaatio – eli eliöiden kaivautuminen ja sedimentin sekoittaminen – yleistyi, mikä muutti merenpohjan ekologiaa ja vaikutti sedimentin hapettumiseen ja ravinteiden kiertoon.
Geologia, ilmasto ja jaottelu
Kambrium oli yleensä lämmin ajanjakso, meri- ja merenpohjaolosuhteet vaihtelivat paikallisesti, ja laajalle levinneet matalavetiset epikontinenttimeret tarjosivat runsaasti elinalueita. Kambrium jaetaan nykyisin useisiin osiin (esimerkiksi Terreneuvian, Series 2, Miaolingian ja Furongian sekä edelleen vaiheisiin ja yksittäisiin stratigrafisiin vaiheisiin), ja näitä käytetään paikallisten fossiilimiesten ja geologien ajoituksessa.
Tärkeitä eläinryhmiä ja merkkilajit
- Trilobiitit – runsas ja monimuotoinen ryhmä, jota käytettiin laajasti ikämäärityksiin.
- Archaeocyathit – varhaiset kalkkimuodostajat, jotka rakensivat sarvimaisia rakenteita ja toimivat kuin korallit muodostamalla ensimmäisiä riuttoja.
- Erilaiset niveljalkaiset ja äärimmäisen outoja pehmeäruumiisia muodot, kuten Hallucigenia, Opabinia ja Anomalocaris, jotka näyttävät erikoisilta mutta edustavat evoluution kokeiluja uusilla ruumiinrakenteilla.
- Brachiopodit, molluskit, echinodermit ja muut ryhmät aloittivat laajempaan radiatiiviseen leviämiseen kambriumissa.
Merkitys ja perintö
Kambrium on keskeinen jakso eläinkunnan historiassa, koska siellä muodostuivat monet modernien eläinryhmien kantamuodot ja monimuotoisuus lisääntyi nopeasti. Kambriumista periytyvät sekä fossilinen perintö että biologiset innovaatiot, jotka loivat perustan myöhemmälle meriekologialle ja maaekologian myöhäisemmälle vakiintumiselle.
Vaikka Kambrian räjähdys vaikuttaa joskus äkilliseltä tapahtumalta fossiiliaineistossa, nykytutkimus korostaa, että ilmiössä näkyvät sekä biologiset tapahtumat että geologis-taphonomiset tekijät. Tutkimus jatkuu: uudet löydöt ja tarkemmat ajoitukset antavat jatkuvasti yksityiskohtaisemman kuvan tästä keskeisestä vaiheesta elämän historiassa.
Tämä Marrella-näyte osoittaa, kuinka selkeitä ja yksityiskohtaisia fossiileja Burgess Shale lagerstätte on.
Kivettynyt trilobiitti. Tässä Burgessin liuskeesta peräisin olevassa Olenoides serratus -nimisessä näytteessä on säilynyt "pehmeitä osia" eli antennit ja jalat.
Dickinsonia , Ediacaran-eläin, jolla on tikattu ulkonäkö.
Merenpohjan muutos
Kambriumin alussa varhaisemmat eläimet (ediakaraanin eliöstö) ovat saattaneet kuolla sukupuuttoon. Näyttää siltä, että näihin vanhempiin eliölajeihin vaikuttivat merenpohjaan kaivautuneet uudet lajit. Tämä muutti vanhempien lajien elinolosuhteita. Kaivautumisen on täytynyt häiritä merenpohjaa peittävää bakteeri- ja levämattoa. Samoihin aikoihin löydämme ensimmäiset esimerkit monista heimoista. Joitakin fossiilisia jälkiä on myös silloisella maalla, joten ehkä muutamat kambrikauden eliöt ovatkin lähteneet vedestä.
Fossiilit
Kambrikauden fossiileissa näkyy joskus, millaisia pehmeät osat olivat, toisin kuin useimmissa fossiileissa, joissa pehmeät osat katoavat. Kanadan Ontariossa sijaitsevan Burgess Shalen fossiilit ovat esimerkkejä fossiileista, joissa on pehmeitä osia. Seuraavassa on joitakin elämänmuotoja, jotka ilmestyivät ensimmäisen kerran kambrikaudella, vanhimmat ensin:
- Ensimmäiset Cnidaria- ja todennäköisesti myös annelidiat noin 580 miljoonaa vuotta sitten, ediacaran-kaudella.
- Pienet kuorelliset fossiilit (SSF), mukaan lukien ensimmäiset nilviäiset ja brachiopodat, noin 537 miljoonaa vuotta sitten.
- Ensimmäiset trilobiitit noin 526 miljoonaa vuotta sitten.
- Ensimmäiset piikkinahkaiset noin 522 miljoonaa vuotta sitten.
- Ensimmäiset äyriäiset noin 510 miljoonaa vuotta sitten.
Aina ei ole selvää, mihin heimoon fossiili pitäisi luokitella. Niinpä joistakin fossiileista keskustellaan vielä vuosia niiden löytymisen jälkeen.
Näin merenpohja muuttui kambrikauden aikana.
Kysymyksiä ja vastauksia
Kysymys: Mikä paleotsooisen kauden jakso on kambrikausi?
V: Kambrium on paleotsooisen kauden ensimmäinen geologinen kausi.
K: Kuinka kauan se kesti?
V: Se kesti 541 miljoonaa vuotta sitten - 485,4 miljoonaa vuotta sitten.
K: Mikä edelsi ja seurasi kambrikauden jaksoa?
V: Sitä ennen oli ediakari ja sen jälkeen ordovikiaika.
K: Miksi ymmärrämme kambriumin ajan eläimiä paremmin kuin joitakin myöhempiä kausia?
V: Ymmärrämme kambriumin eläimiä paremmin, koska on löydetty paikkoja, joissa on säilynyt eliöiden pehmeitä osia sekä niiden kestävämpiä kuoria.
K: Millaista elämä oli ennen kambrikauden aikaa ja sen aikana?
V: Ennen kambrikauden aikaa elämä oli enimmäkseen pientä ja yksinkertaista, mutta tämän ajanjakson aikana kehittyi monimutkaisia eliöitä (metazoa), ja monia erilaisia elämänlajeja ilmestyi suhteellisen nopeasti niin sanotun kambrikauden räjähdyksen aikana.
K: Missä suurin osa tästä uudesta elämästä ilmestyi?
V: Suurin osa tästä uudesta elämästä ilmestyi valtameriin, ja maalla oli vain vähän mikrobeja.
K: Mitä muita olosuhteita tuolloin vallitsi, jotka ovat saattaneet vaikuttaa tähän nopeaan monimuotoistumiseen? V: Useiden mantereiden lähellä oli matalia meriä, jotka johtuivat Pannotian hajoamisesta pienempiin osiin, lämpimiä meriä, joissa ei ollut jäätä kummallakaan napa-alueella, mikä on saattanut edistää tätä nopeaa monimuotoistumista kambrikauden alussa.
Etsiä