Allozaur.

Skamieniałości to podstawowe źródło naszej wiedzy o życiu w geologicznej przeszłości. Nie zawsze można im jednak ufać.

Współczesne formy życia pojawiły się na Ziemi o wiele wcześniej niż przypuszczano. Do takich wniosków prowadzą badania oparte na metodach ewolucji molekularnej.

Niezwykłe – choć spodziewane – rezultaty udało się uzyskać dzięki zegarom molekularnym. Pozwalają one na wydatowanie momentu pojawienia się dowolnej grupy organizmów na podstawie mutacji w sekwencjach DNA i białkach.

Zegary molekularne

Zegary ewolucyjne (molekularne) pozwalają na zweryfikowanie informacji uzyskanych dzięki badaniom skamieniałości. Ponieważ zachowanie się szczątków organizmów w skałach jest zdarzeniem ekstremalnie rzadkim, więc datowania paleontologiczne są z reguły zaniżone. Pomiędzy momentem powstania gatunku lub taksonu wyższego rzędu (rodzaju, rodziny, rzędu, gromady) a zachowaniem się pierwszego okazu w postaci skamieniałości mogą bowiem minąć setki tysięcy, a nawet miliony lat.

Metody ewolucji molekularnej są pozbawione takich ograniczeń. Nic więc dziwnego, że ustalone za ich pomocą momenty pojawienia się grup zwierząt i roślin przypadają wcześniej, niż te same datowania wykonane przez paleontologów.

Różnice są niekiedy zaskakująco duże. Wszystko wskazuje na to, że najważniejsze grupy organizmów żywych pojawiły się na Ziemi o wiele wcześniej niż do niedawna sądzono.

Tajemnica kambryjskiej eksplozji życia

Dobry przykład stanowi podkrólestwo wielokomórkowców (Metazoa), które można utożsamić ze zwierzętami. Rozdzielenie się głównych linii ewolucyjnych w obrębie tej grupy miało miejsce (jeśli wierzyć danym paleontologicznym) w najpóźniejszym proterozoiku oraz w kambrze – a zatem nie wcześniej niż 600 milionów lat temu.

Z zapisu kopalnego znamy zjawisko tak zwanej kambryjskiej eksplozji życia. Miała ona miejsce we wczesnym kambrze, kiedy to niemal równocześnie pojawiło się wiele grup zwierząt wyposażonych w twardy szkielet. Z paleontologicznego punktu widzenia kambryjska eksplozja życia zbiega się w czasie z powstaniem głównych grup podkrólestwa Metazoa.

Łupki z Burgess (kambr) - rodzaj Wiwaxia.

Łupki z Burgess powstały niedługo po kambryjskiej eksplozji życia. Pochodzące z nich wspaniałe znaleziska pokazują nam, jak bogate było ówczesne życie. Na zdjęciu rodzaj Wiwaxia (źródło: Wikipedia).

I nic dziwnego. To właśnie wtedy gwałtownie wzrosła zdolność organizmów do zachowania się w skałach. Twarde szkielety przetrwały do dziś jako skamieniałości, podczas gdy po miękkich ciałach ich właścicielach nie pozostał żaden ślad.

Nie oznacza to jednak, że takie bezszkieletowe zwierzęta w ogóle nie istniały. Po prostu nie da ich odnaleźć, gdyż nie zachowały się w skałach. Właśnie w takiej sytuacji lepiej od paleontologii sprawdzają się metody ewolucji molekularnej.

Fauna z Ediacara

Proterozoiczne (a zatem starsze niż kambryjskie) organizmy, zwłaszcza reprezentujące meduzopodobną faunę z Ediacara, nie miały dużej szansy na zachowanie się w zapisie kopalnym. Stąd też nasza znajomość tych tajemniczych organizmów (zwierząt?) jest niewielka.

Fauna z Ediacara mogła należeć do istniejących dzisiaj typów zaliczanych do królestwa zwierząt. Niektóre z tych skamieniałości włączano zresztą do stawonogów, szkarłupni oraz parzydełkowców. Jeśli rzeczywiście stanowiły one jedno z ogniw ewolucyjnych podkrólestwa Metazoa to trzeba założyć, że główne gałęzie zwierzęcego drzewa życia musiały wyodrębnić się już wcześniej – a więc co najmniej 800 mln lat temu.

Fauna z Ediacara - rodzaj Dickinsonia.

Dickinsonia – jeden z najbardziej znanych przedstawicieli fauny z Ediacara. Pozycja filogenetyczna tych tajemniczych organizmów wciąż nie została ostatecznie ustalona (źródło: Wikimedia Commons).

Dane paleontologiczne nie mogą tego potwierdzić. W takiej sytuacji świetnie sprawdzają się zegary ewolucyjne.

Wczesne datowania z użyciem metod molekularnych sugerowały, że pierwsze zwierzęta pojawiły się od 600 do 1500 mln lat temu. Tak duży rozrzut wyników sprawiał, że były one praktycznie bezużyteczne.

Doskonalenie technik zegara molekularnego sprawiło jednak, że widełki datowań udało się znacząco zawęzić. Nowsze (z końca lat 90-tych XX wieku) liczby wskazują na to, że pierwsze zwierzęta pojawiły się na naszej planecie około 1000 do 700 milionów lat temu.

Wyniki te potwierdzają ogólną zasadę, wedle której datowania uzyskane na podstawie badań paleontologicznych są zaniżone (bo prawdopodobieństwo, że najstarszy reprezentant danej grupy zachowa się w postaci skamieniałości i zostanie odnaleziony przez człowieka, jest znikome). Są też w zgodzie z ogólnym przeświadczeniem, że ewolucja musiała nabrać rozmachu wcześniej niż podczas kambryjskiej eksplozji życia.

Najstarsze rośliny

Podobne trudności pojawiają się podczas datowania momentu powstania innych ważnych grup organizmów. Pierwsze rośliny lądowe pojawiły się nie wcześniej niż 700 mln lat temu i nie później niż 420 mln lat temu. Kiedy dokładnie? Nie wiadomo. Wszystko zależy od sposobu datowania tego ważnego momentu:

  • pierwsze skamieniałości prymitywnych roślin lądowych (z grupy ryniofitów) pochodzą z syluru (około 420 mln lat temu),
  • najstarsze pozostałości prawdopodobnych zarodników (spor) roślin wydatowano na ordowik (475 mln lat),
  • zegary molekularne sugerują, że rośliny rozpoczęły podbój lądów już 700 mln lat temu.
Ryniofity - rodzaj Cooksonia.

Tak mogły wyglądać ryniofity - pierwsze rośliny lądowe, których skamieniałości zostały znalezione. Nie oznacza to jednak, że rośliny nie skolonizowały lądów już wcześniej (źródło: Wikimedia Commons).

Na razie trudno stwierdzić, czy dane molekularne są poprawne. Wydaje się jednak, że istnieje szansa na odnalezienie roślin (lub przynajmniej trudnych do zakwestionowania zarodników) starszych niż sylurskie ryniofity. Takie znalezisko byłoby jednym z największych odkryć współczesnej paleontologii.

Źródło:

Michael J. Benton, Francisco J. Ayala, 2003. Dating the tree of life. Science 300, 1698-1700.