ziemia
Autor: Ronald Martin i Antonietta Quigg | dodano: 2013-06-24
Jak maleńkie rośliny władały kiedyś morzami

Okrzemki widziane przez mikroskop

Około 250 mln lat temu zwierzęta morskie ochoczo zabrały się do różnicowania. Niezwykłe jest to, że energii tej eksplozji bioróżnorodności dostarczyła prawdopodobnie ewolucja miniaturowych roślin – fitoplanktonu.

Gdyby można było wskoczyć do wehikułu czasu i odwiedzić ziemię taką, jaką była 500 mln lat temu, w paleozoiku, łatwo by było sobie wyobrazić, że nie przenieśliśmy się w inny okres, tylko na całkiem inną planetę. I właściwie tak by było. Większość kontynentów znajdowała się akurat na półkuli południowej, ułożenie i prądy oceanów były zupełnie inne, a Alpy i Sahara dopiero miały się pojawić. Rośliny lądowe jeszcze nawet nie wyewoluowały. Jednak chyba najbardziej dramatyczna różnica tkwiłaby w zwierzętach zamieszkujących tę pierwotną Ziemię. W tamtym czasie większość wielokomórkowych stworzeń żyła w morzu. Światem władały podobne do małży ramienionogi oraz trylobity, wymarli kuzynowie współczesnych homarów i owadów, mający twarde szkielety zewnętrzne, długie czułki i złożone oczy.

W ciągu następnych 250 mln lat różnorodność morskich zwierząt znacząco wzrastała, dopóki wymieranie permskie nie zgładziło ponad 90% gatunków oceanicznych, przynosząc kres paleozoikowi. Straty wśród organizmów żywych były oszałamiające. Jednak na horyzoncie majaczyły już zmiany. Życie na lądzie przeszło radykalną metamorfozę, obejmującą pojawienie się dinozaurów i ssaków. W tym samym czasie organizmy morskie wkroczyły w fazę gruntownej reorganizacji, która doprowadziła do dominacji licznych grup zwierząt władających dziś morskim królestwem, włącznie ze współczesnymi grupami ryb drapieżnych, mięczaków, skorupiaków i różnokształtnych jeżowców.

Z zapisu kopalnego wynika, że w ciągu następujących później epok mezozoiku i kenozoiku życie morskie różnicowało się w niespotykanym wcześniej tempie, do tego stopnia, że naukowcy zastanawiali się kiedyś, czy przypadkiem obserwowane wzorce nie odpowiadają po prostu większemu prawdopodobieństwu zachowania się młodszych geologicznie skamieniałości, które krócej narażone były na erozję. Jednak dalsze analizy wykazały, że ten widoczny rozkwit różnorodności gatunków był rzeczywisty. Aby wyjaśnić to zjawisko, badacze uciekli się do całej gamy czynników, włącznie ze zmianami klimatu i poziomu morza oraz masowymi wymieraniami. Każdy z tych elementów otwierał nowe możliwości. A jednak, choć te zdarzenia mogły się przyczynić do różnicowania, które rozpoczęło się około 250 mln lat temu, nie można nimi samymi wytłumaczyć obserwowanej eksplozji.

Należy rozważyć jeszcze jeden, niewystarczająco doceniany czynnik: dostępność pokarmu. Okazuje się, że zaskakującemu pojawianiu się nowych stworów morskich w mezozoiku i kenozoiku towarzyszył wzrost liczebności fitoplanktonu oraz zawartości substancji odżywczych w komórkach tych mikroskopijnych roślin stanowiących podstawę morskiej piramidy troficznej. Twierdzimy, że to ewolucja tych skromnych organizmów stanowiła napęd dla powstania współczesnej fauny morskiej. Nowe spojrzenie na rolę fitoplanktonu w przekształceniu życia dawnych oceanów może nam coś również powiedzieć o przy szłości naszej planety. Fitoplankton w dalszym ciągu podtrzymuje piramidę pokarmową, jeśli jednak następujące zmiany klimatyczne i deforestacja zaburzą mechanizmy kontrolujące jego liczebność, jak to już się zaczyna dziać, rośliny te mogą stać się siłą niszczącą.

Paliwowe ogniwo ewolucji

aby docenić rolę, jaką odegrał fitoplankton w ewolucji morskich zwierząt, trzeba najpierw nieco poznać biologię tych roślin i ich powiązania z żywiącymi się nimi mikroskopijnymi zwierzętami. Tak jak wszystkie rośliny, fitoplankton wytwarza swój pokarm w procesie fotosyntezy, wykorzystując energię słoneczną. Drobni, unoszący się w toni wodnej roślinożercy określani zbiorczo jako zooplankton, zjadają następnie fitoplankton i sami stają się pokarmem. Azot, żelazo, fosfor i inne substancje odżywcze obecne w wodzie działają jak nawóz stymulujący wzrost fitoplanktonu. Im więcej tych substancji jest dostępnych, tym więcej jest fitoplanktonu i tym więcej zooplanktonu może się nim wyżywić, dzięki czemu jego liczebność wiąż wzrasta.

Oprócz eksplodującej liczebności fitoplanktonu, obfitość substancji odżywczych może sprawić, że będzie on pożywniejszy dla zooplanktonu, ponieważ jego komórki będą bogatsze w łatwo dostępne paliwo, które z łatwością zaspokoi bieżące potrzeby i zapewni wzrost i proliferację zwierzęcej drobnicy. W miarę wzrostu populacji zooplanktonu zwierzęta się rozprzestrzeniają, dają początek nowym populacjom, które izolują się od swoich przodków, adaptują się do nowych warunków i tworzą nowe gatunki.

Jedna z pierwszych poszlak wskazujących na to, że skok liczebności fitoplanktonu mógł mieć swój udział w zapoczątkowaniu eksplozji życia po paleozoiku pojawiła się w latach 90. XX wieku. Naukowcy, w tym Richard Bambach, obecnie pracujący w Smithsonian Institution, oraz jedno z nas (Martin), na podstawie skamieniałości zwierząt morskich niezależnie od siebie wywnioskowali, że pomiędzy paleozoikiem a kenozoikiem musiała wzrosnąć dostępność pokarmu. Ich wniosek płynął stąd, że drapieżniki, a także inne gatunki o wyższych potrzebach energetycznych niż zooplankton stopniowo zwiększały swój udział w składzie morskiej fauny. W mniej odległej przeszłości oboje (Martin i Quigg) wraz z Wiktorem Podkowirowem z Rosyjskiej Akademii Nauk znaleźliśmy w kopalnym zapisie planktonu morskiego dowody na poparcie tych wniosków.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 07/2013 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
11/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
20
W 1985 r. Microsoft zaprezentował system operacyjny Windows 1.0.
Warto przeczytać
Chwila bez biologii… nie istnieje. W nas i wokół nas kipi życie. Dlaczego by wobec tego nie poznać go bliżej, najlepiej we własnym laboratorium? By nie sięgać daleko, można zacząć od siebie.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Ronald Martin i Antonietta Quigg | dodano: 2013-06-24
Jak maleńkie rośliny władały kiedyś morzami

Okrzemki widziane przez mikroskop

Około 250 mln lat temu zwierzęta morskie ochoczo zabrały się do różnicowania. Niezwykłe jest to, że energii tej eksplozji bioróżnorodności dostarczyła prawdopodobnie ewolucja miniaturowych roślin – fitoplanktonu.

Gdyby można było wskoczyć do wehikułu czasu i odwiedzić ziemię taką, jaką była 500 mln lat temu, w paleozoiku, łatwo by było sobie wyobrazić, że nie przenieśliśmy się w inny okres, tylko na całkiem inną planetę. I właściwie tak by było. Większość kontynentów znajdowała się akurat na półkuli południowej, ułożenie i prądy oceanów były zupełnie inne, a Alpy i Sahara dopiero miały się pojawić. Rośliny lądowe jeszcze nawet nie wyewoluowały. Jednak chyba najbardziej dramatyczna różnica tkwiłaby w zwierzętach zamieszkujących tę pierwotną Ziemię. W tamtym czasie większość wielokomórkowych stworzeń żyła w morzu. Światem władały podobne do małży ramienionogi oraz trylobity, wymarli kuzynowie współczesnych homarów i owadów, mający twarde szkielety zewnętrzne, długie czułki i złożone oczy.

W ciągu następnych 250 mln lat różnorodność morskich zwierząt znacząco wzrastała, dopóki wymieranie permskie nie zgładziło ponad 90% gatunków oceanicznych, przynosząc kres paleozoikowi. Straty wśród organizmów żywych były oszałamiające. Jednak na horyzoncie majaczyły już zmiany. Życie na lądzie przeszło radykalną metamorfozę, obejmującą pojawienie się dinozaurów i ssaków. W tym samym czasie organizmy morskie wkroczyły w fazę gruntownej reorganizacji, która doprowadziła do dominacji licznych grup zwierząt władających dziś morskim królestwem, włącznie ze współczesnymi grupami ryb drapieżnych, mięczaków, skorupiaków i różnokształtnych jeżowców.

Z zapisu kopalnego wynika, że w ciągu następujących później epok mezozoiku i kenozoiku życie morskie różnicowało się w niespotykanym wcześniej tempie, do tego stopnia, że naukowcy zastanawiali się kiedyś, czy przypadkiem obserwowane wzorce nie odpowiadają po prostu większemu prawdopodobieństwu zachowania się młodszych geologicznie skamieniałości, które krócej narażone były na erozję. Jednak dalsze analizy wykazały, że ten widoczny rozkwit różnorodności gatunków był rzeczywisty. Aby wyjaśnić to zjawisko, badacze uciekli się do całej gamy czynników, włącznie ze zmianami klimatu i poziomu morza oraz masowymi wymieraniami. Każdy z tych elementów otwierał nowe możliwości. A jednak, choć te zdarzenia mogły się przyczynić do różnicowania, które rozpoczęło się około 250 mln lat temu, nie można nimi samymi wytłumaczyć obserwowanej eksplozji.

Należy rozważyć jeszcze jeden, niewystarczająco doceniany czynnik: dostępność pokarmu. Okazuje się, że zaskakującemu pojawianiu się nowych stworów morskich w mezozoiku i kenozoiku towarzyszył wzrost liczebności fitoplanktonu oraz zawartości substancji odżywczych w komórkach tych mikroskopijnych roślin stanowiących podstawę morskiej piramidy troficznej. Twierdzimy, że to ewolucja tych skromnych organizmów stanowiła napęd dla powstania współczesnej fauny morskiej. Nowe spojrzenie na rolę fitoplanktonu w przekształceniu życia dawnych oceanów może nam coś również powiedzieć o przy szłości naszej planety. Fitoplankton w dalszym ciągu podtrzymuje piramidę pokarmową, jeśli jednak następujące zmiany klimatyczne i deforestacja zaburzą mechanizmy kontrolujące jego liczebność, jak to już się zaczyna dziać, rośliny te mogą stać się siłą niszczącą.

Paliwowe ogniwo ewolucji

aby docenić rolę, jaką odegrał fitoplankton w ewolucji morskich zwierząt, trzeba najpierw nieco poznać biologię tych roślin i ich powiązania z żywiącymi się nimi mikroskopijnymi zwierzętami. Tak jak wszystkie rośliny, fitoplankton wytwarza swój pokarm w procesie fotosyntezy, wykorzystując energię słoneczną. Drobni, unoszący się w toni wodnej roślinożercy określani zbiorczo jako zooplankton, zjadają następnie fitoplankton i sami stają się pokarmem. Azot, żelazo, fosfor i inne substancje odżywcze obecne w wodzie działają jak nawóz stymulujący wzrost fitoplanktonu. Im więcej tych substancji jest dostępnych, tym więcej jest fitoplanktonu i tym więcej zooplanktonu może się nim wyżywić, dzięki czemu jego liczebność wiąż wzrasta.

Oprócz eksplodującej liczebności fitoplanktonu, obfitość substancji odżywczych może sprawić, że będzie on pożywniejszy dla zooplanktonu, ponieważ jego komórki będą bogatsze w łatwo dostępne paliwo, które z łatwością zaspokoi bieżące potrzeby i zapewni wzrost i proliferację zwierzęcej drobnicy. W miarę wzrostu populacji zooplanktonu zwierzęta się rozprzestrzeniają, dają początek nowym populacjom, które izolują się od swoich przodków, adaptują się do nowych warunków i tworzą nowe gatunki.

Jedna z pierwszych poszlak wskazujących na to, że skok liczebności fitoplanktonu mógł mieć swój udział w zapoczątkowaniu eksplozji życia po paleozoiku pojawiła się w latach 90. XX wieku. Naukowcy, w tym Richard Bambach, obecnie pracujący w Smithsonian Institution, oraz jedno z nas (Martin), na podstawie skamieniałości zwierząt morskich niezależnie od siebie wywnioskowali, że pomiędzy paleozoikiem a kenozoikiem musiała wzrosnąć dostępność pokarmu. Ich wniosek płynął stąd, że drapieżniki, a także inne gatunki o wyższych potrzebach energetycznych niż zooplankton stopniowo zwiększały swój udział w składzie morskiej fauny. W mniej odległej przeszłości oboje (Martin i Quigg) wraz z Wiktorem Podkowirowem z Rosyjskiej Akademii Nauk znaleźliśmy w kopalnym zapisie planktonu morskiego dowody na poparcie tych wniosków.