Η εποχή των ψαριών ξεκίνησε με μαζικό θάνατο
Ένα ζευγάρι ψαριών Sacabambaspis, μήκους περίπου 35 εκατοστών, τα οποία είχαν ξεχωριστά, στραμμένα προς τα εμπρός μάτια και θωρακισμένο κεφάλι. Δεν έχουν ανακαλυφθεί απολιθώματα ζώων όπως το Sacabambaspis μετά την Ύστερη Ορδοβίσια Μαζική Εξαφάνιση. Από Nobu Tamura.
Νέα βάση δεδομένων απολιθωμάτων παρέχει μοναδικές γνώσεις για τα πρώτα οικοσυστήματα σπονδυλωτών, αποκαλύπτοντας πώς τα γεγονότα μαζικής εξαφάνισης αποτελούν βασικούς παράγοντες της εξελικτικής διαφοροποίησης.
Πριν από 445 εκατομμύρια χρόνια, η ζωή στον πλανήτη μας άλλαξε για πάντα. Σε μια γεωλογική αναλαμπή ενός ματιού, σχηματίστηκαν παγετώνες πάνω από την υπερήπειρο Γκοντβάνα, αποξηραίνοντας πολλές από τις απέραντες, ρηχές θάλασσες σαν σφουγγάρι και δημιουργώντας ένα «κλίμα παγοκατοικίας» που, μαζί με τη ριζικά τροποποιημένη χημεία των ωκεανών, προκάλεσε τελικά την εξαφάνιση περίπου του 85% όλων των θαλάσσιων ειδών - της πλειοψηφίας της ζωής στη Γη.
Σε μια νέα μελέτη του Science Advances, ερευνητές από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Οκινάουα (OIST) απέδειξαν ότι από αυτό το βιολογικό χάος, γνωστό ως Ύστερη Ορδοβικιανή Μαζική Εξαφάνιση (LOME), προήλθε ένας άνευ προηγουμένου πλούτος σπονδυλωτών. Κατά τη διάρκεια της αναταραχής, μια ομάδα κυριάρχησε σε όλες τις άλλες, θέτοντας τη ζωή στο δρόμο για αυτό που την γνωρίζουμε σήμερα: τα σπονδυλωτά με σαγόνι. «Έχουμε δείξει ότι τα ψάρια με σαγόνι έγιναν κυρίαρχα μόνο επειδή συνέβη αυτό το γεγονός», λέει η επικεφαλής συγγραφέας καθηγήτρια Λόρεν Σάλαν της Μονάδας Μακροεξέλιξης στο OIST . «Και ουσιαστικά, έχουμε διαφοροποιήσει την κατανόησή μας για την εξέλιξη χαράσσοντας μια γραμμή μεταξύ του αρχείου απολιθωμάτων, της οικολογίας και της βιογεωγραφίας».
Μια πληρέστερη εικόνα της ζωής στο ηλιοβασίλεμα της Ορδοβικίας
Η Ορδοβικιανή περίοδος, που εκτείνεται από περίπου 486 έως 443 εκατομμύρια χρόνια πριν, ήταν μια εποχή που η Γη φαινόταν πολύ διαφορετική. Η νότια υπερήπειρος, η Γκοντβάνα, κυριαρχούσε στον πλανήτη, περιτριγυρισμένη από απέραντες, ρηχές θάλασσες. Οι πόλοι ήταν απαλλαγμένοι από πάγους και το νερό ήταν ευχάριστα ζεστό χάρη στο κλίμα του θερμοκηπίου. Και ενώ οι ακτές αποικίζονταν σιγά σιγά από φυτά που μοιάζουν με βότανα και αρθρόποδα με πολλά πόδια, οι γύρω λεκάνες έσφυζαν από ποικίλες - και παράξενες - μορφές ζωής. Κωνόδοντα με μεγάλα μάτια, που μοιάζουν με λάμπρεϊνες, έρχονταν γύρω από πανύψηλα θαλάσσια σφουγγάρια, τριλοβίτες σέρνονταν ανάμεσα σε σμήνη μαλακίων χωρίς κέλυφος, ενώ θαλάσσιοι σκορπιοί σε ανθρώπινο μέγεθος και γιγάντιοι ναυτιλοειδή με μυτερά κελύφη μήκους έως και 5 μέτρων περιπολούσαν τα νερά αναζητώντας θήραμα. Λίγα και πολύ κοντά σε αυτά τα παράξενα πλάσματα ήταν οι ταπεινοί πρόγονοι των γναθοστόμων, ή σπονδυλωτών με σαγόνι, τα οποία αργότερα θα κυριαρχούσαν στην ζωική ζωή στον πλανήτη.
«Ενώ δεν γνωρίζουμε τις τελικές αιτίες του LOME, γνωρίζουμε ότι υπήρξε μια σαφής περίοδος πριν και μετά το συμβάν. Το αρχείο απολιθωμάτων το δείχνει», λέει ο καθηγητής Sallan. Η εξαφάνιση συνέβη σε δύο στάδια: Πρώτον, ο πλανήτης άλλαξε γρήγορα από ένα κλίμα θερμοκηπίου σε ένα κλίμα παγετώνων, καλύπτοντας το μεγαλύτερο μέρος της Γκοντβάνα με παγετώνες που αποξήραναν τα ρηχά ωκεάνια ενδιαιτήματα. Στη συνέχεια, λίγα εκατομμύρια χρόνια αργότερα, ακριβώς τη στιγμή που η βιοποικιλότητα άρχισε να ανακάμπτει, το κλίμα άλλαξε ξανά, λιώνοντας τους πάγους και πνίγοντας την πλέον προσαρμοσμένη στο κρύο θαλάσσια ζωή με ζεστό, θειικό και οξυγόνο νερό.
Κατά τη διάρκεια και μετά από αυτά τα κύματα θανάτου, τα περισσότερα από τα επιζώντα σπονδυλωτά περιορίστηκαν σε καταφύγια - απομονωμένα σημεία βιοποικιλότητας που χωρίζονται από ανυπέρβλητες εκτάσεις βαθέος ωκεανού - όπου τα επιζώντα γναθοσώματα είχαν προφανώς ένα πλεονέκτημα. «Συνδυάσαμε 200 χρόνια παλαιοντολογίας του ύστερου Ορδοβικίου και του πρώιμου Σιλούριου», προσθέτει ο πρώτος συγγραφέας Wahei Hagiwara, πρώην ερευνητής ασκούμενος στη Μονάδα Μακροεξέλιξης, ο οποίος είναι τώρα διδακτορικός φοιτητής του OIST, «δημιουργώντας μια νέα βάση δεδομένων του αρχείου απολιθωμάτων που μας βοήθησε να ανακατασκευάσουμε τα οικοσυστήματα των καταφυγίων. Από αυτό, θα μπορούσαμε να ποσοτικοποιήσουμε την ποικιλομορφία σε επίπεδο γένους της περιόδου, δείχνοντας πώς η LOME οδήγησε άμεσα σε μια σταδιακή, αλλά δραματική αύξηση της βιοποικιλότητας των γναθοσωμάτων. Και η τάση είναι σαφής - οι παλμοί μαζικής εξαφάνισης οδήγησαν άμεσα σε αυξημένη ειδογένεση μετά από αρκετά εκατομμύρια χρόνια».
Από τα οδοντωτά «σκουλήκια» μέχρι τους σπίνους του Δαρβίνου
Κατά την κατασκευή αυτής της ολοκληρωμένης βάσης δεδομένων με απολιθώματα από όλο τον κόσμο, οι ερευνητές μπόρεσαν να συνδέσουν την αυξανόμενη βιοποικιλότητα των γναθοστωμάτων όχι μόνο με το LOME, αλλά και με την τοποθεσία. «Αυτή είναι η πρώτη φορά που μπορέσαμε να εξετάσουμε ποσοτικά τη βιογεωγραφία πριν και μετά από ένα συμβάν μαζικής εξαφάνισης. Μπορέσαμε να εντοπίσουμε την κίνηση των ειδών σε όλο τον κόσμο - και έτσι καταφέραμε να εντοπίσουμε συγκεκριμένα καταφύγια, τα οποία γνωρίζουμε πλέον ότι έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην επακόλουθη διαφοροποίηση όλων των σπονδυλωτών», εξηγεί ο καθηγητής Sallan. Ο Hagiwara προσθέτει: «Για παράδειγμα, σε αυτό που βρίσκεται τώρα στη Νότια Κίνα, βλέπουμε τα πρώτα ολόσωμα απολιθώματα ψαριών με γνάθο που σχετίζονται άμεσα με τους σύγχρονους καρχαρίες. Συγκεντρώθηκαν σε αυτά τα σταθερά καταφύγια για εκατομμύρια χρόνια μέχρι που εξέλιξαν την ικανότητα να διασχίζουν τον ανοιχτό ωκεανό σε άλλα οικοσυστήματα».
Ενσωματώνοντας το αρχείο απολιθωμάτων με τη βιογεωγραφία, τη μορφολογία και την οικολογία, αυτά τα ευρήματα βοήθησαν να διαφοροποιήσουμε την κατανόησή μας για την εξέλιξη. «Εξελίχθηκαν οι γνάθοι για να δημιουργήσουν μια νέα οικολογική θέση ή μήπως οι πρόγονοί μας κάλυπταν πρώτα μια υπάρχουσα θέση και στη συνέχεια διαφοροποιούνταν;» ρωτάει ο καθηγητής Sallan. «Η μελέτη μας υποδεικνύει το δεύτερο. Περιοριζόμενοι σε γεωγραφικά μικρές περιοχές με πολλές ανοιχτές θέσεις στο οικοσύστημα που άφησαν τα νεκρά σπονδυλωτά χωρίς γνάθο και άλλα ζώα, τα γναθοσώματα θα μπορούσαν ξαφνικά να κατοικήσουν σε ένα ευρύ φάσμα διαφορετικών θέσεων». Μια παρόμοια τάση είναι σαφής με τους σπίνους του Δαρβίνου στα νησιά Γκαλαπάγκος, οι οποίοι εκμεταλλεύτηκαν τις νέες ευκαιρίες για να διαφοροποιήσουν τη διατροφή τους για να επιβιώσουν - και με την πάροδο του χρόνου, τα ράμφη τους εξέλιξαν διαφορετικά σχήματα για να ταιριάζουν καλύτερα στη θέση που κατέλαβαν.
Ενώ τα ψάρια με σαγόνια παγιδεύτηκαν στη Νότια Κίνα, οι συγγενείς τους χωρίς σαγόνια συνέχισαν να εξελίσσονται παράλληλα αλλού, κυριαρχώντας στις ευρύτερες θάλασσες για τα επόμενα 40 εκατομμύρια χρόνια. Αυτά διαφοροποιήθηκαν σε πολλές διαφορετικές μορφές ψαριών των υφάλων, μερικά από τα οποία είχαν εναλλακτικές δομές στόματος. Αλλά το γιατί τα ψάρια με σαγόνια, μεταξύ όλων των άλλων επιζώντων, κυριάρχησαν αργότερα, μόλις εξαπλώθηκαν από τα καταφύγια, παραμένει μυστήριο.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αντί να σβήσει τα δεδομένα, η LOME πυροδότησε μια οικολογική επαναφορά. Τα πρώιμα σπονδυλωτά εισήλθαν στις κόγχες που άφησαν κενές οι κωνόδοντες και τα αρθρόποδα, ανοικοδομώντας την ίδια οικολογική δομή αλλά με νέα είδη. Αυτό το μοτίβο επαναλαμβάνεται σε όλη την Παλαιοζωική περίοδο μετά από γεγονότα εξαφάνισης που οφείλονται σε παρόμοιες περιβαλλοντικές συνθήκες, σχηματίζοντας αυτό που η ομάδα αποκαλεί έναν επαναλαμβανόμενο «κύκλο ποικιλομορφίας-επαναφοράς» στον οποίο η εξέλιξη αποκαθιστά τα οικοσυστήματα συγκλίνοντας στα ίδια λειτουργικά σχέδια.
Ο καθηγητής Sallan συνοψίζει: «Ενσωματώνοντας την τοποθεσία, τη μορφολογία, την οικολογία και τη βιοποικιλότητα, μπορούμε επιτέλους να δούμε πώς τα πρώιμα οικοσυστή
ματα των σπονδυλωτών ανοικοδομήθηκαν μετά από σημαντικές περιβαλλοντικές διαταραχές. Αυτή η εργασία βοηθά να εξηγηθεί γιατί εξελίχθηκαν οι γνάθοι, γιατί τελικά επικράτησαν τα σπονδυλωτά με γνάθο και γιατί η σύγχρονη θαλάσσια ζωή ανάγει τα ίχνη της σε αυτούς τους επιζώντες και όχι σε παλαιότερες μορφές όπως οι κωνοδόντες και οι τριλοβίτες. Η αποκάλυψη αυτών των μακροπρόθεσμων προτύπων και των υποκείμενων διεργασιών τους είναι μια από τις συναρπαστικές πτυχές της εξελικτικής βιολογίας».
Γεωδίφης με πληοροφορίες από eurekalert.org
περισσότερα,
Mass extinction triggered the early radiations of jawed vertebrates and their jawless relatives (gnathostomes)-
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb2297
Μεταπτυχιακό Πανεπιστήμιο του Ινστιτούτου Επιστήμης και Τεχνολογίας της Οκινάουα (OIST)
https://www.eurekalert.org/news-releases/1111422