Mackenzie-vuorien fossiilit muuttavat eläinten alkuperää

Ne löytyivät syrjäisestä kohtauksesta Mackenzie-vuoria: outoja, pehmeärunkoisia jälkiä ikivanhoissa kivissä, juuri sellaisia fossiileja, jotka muuttavat aikajanoja. Osa näytteistä ajoittuu noin 567 miljoonan vuoden taakse, ja yhdessä ne viittaavat siihen, että liike, sukupuolinen lisääntyminen ja muut eläintoiminnan tunnusmerkit olivat vakiintumassa aiemmin kuin tutkijat ovat olettaneet.

Hypoteettisen syvänveden paleoyhteisön rekonstruointi uudelta fossiilipaikalta Kanadan Luoteisterritoriossa, perustuen tutkijoiden keräämiin fossiileihin.

Löytö joka haastaa yksinkertaisen kertomuksen

Suurimman osan Maan varhaisesta historiasta mikrobielämä hallitsi. Sitten, geologisessa silmänräpäyksessä, paljastuvat riittävän näkyvät organismit. Paleontologit kutsuvat suurta osaa tästä omituisesta faunasta Ediacaraksi. Uusi kanadalainen kohta, jonka löysivät American Museum of Natural Historyn ja Dartsouthin tiimit ja joka on kuvattu lehdessä Science Advances, sisältää yli 100 fossiilia ja useita lajeja, joita ei aiemmin ole havaittu Pohjois-Amerikassa.

Merkittävää tässä paikassa ei ole pelkästään löydösten määrä vaan myös niiden konteksti. Koostuma kuuluu siihen, mitä tutkijat tunnistavat White Sea -yhteisöksi, organismeiksi jotka tunnettiin aiemmin Euroopasta, Aasiasta ja Australiasta. Nuo fossiilit ajoitettiin suunnilleen 559–550 miljoonan vuoden ikään. Kanadalainen materiaali siirtää joitakin White Sea -tyyppisiä fossiileja 5–10 miljoonaa vuotta kauemmas menneisyyteen ja sijoittaa niitä osittain vanhemman Avalon-ajanjakson sisälle. Ajoitus muuttuu parhaassa tapauksessa monimutkaiseksi; se pakottaa miettimään uudelleen, milloin monimutkaiset eläintoiminnot kehittyivät ja miten ne levisivät muinaisissa valtamerissä.

Mitä fossiilit kertovat varhaisesta eläinelämästä

Jotkin Ediacaran-organismit hämmentävät. Litteitä levyjä. Lehdenkaltaisia versoja. Poimuttuneita soikioita. Monilta puuttuvat kovat osat, jotka yleensä tekevät fossiilit, joten niiden säilyminen vaatii erityisolosuhteita. Silti näistä jäljistä voi nähdä käyttäytymistä ja ruumiinrakenteita.

Dickinsonian fossiili, litteä organismi joka liikkui merenpohjalla; sillä ei ollut suuta, vaan se otti ravintonsa imemällä bakteereja ja levää koko alapintansa kautta.

Kanadalaisella paikalla tutkijat dokumentoivat useita keskeisiä taksoja, jotka valaisevat varhaista eläinbiologiaa. Näihin kuuluvat:

• Dickinsonia: litteä, segmentoitu organismi, joka näyttää liikkuneen merenpohjalla ja ravinneensa mikrobimattoja imemällä alapinnan kautta. Ajattele sitä muinaisena, liikkuvana mattojen syöjänä.
• Funisia: rykelmäinen, putkimainen organismi, jonka populaatiorakenne viittaa sukupuoliseen lisääntymiseen, todennäköisesti synkronoituihin ulkoisiin hedelmöityksiin, mikä muistuttaa monien nykyisten merettömien eläinten lähetystässä tapahtuvaa lisääntymistä.
• Kimberella: eläin, jolla oli lihaksikas jalka alustan raapimiseen; sitä on usein tulkittu nilviäisten varhaiseksi sukulaiseksi ja ehdokkaaksi vanhimmaksi tunnetuksi kaksipuoliseksi (bilateria) ruumiinrakenteeksi, jossa on erottuva etu-taka-orientaatio sekä vasen-oikea-symmetria.
• Eoandromeda: mahdollisesti kammiomeduusan sukulainen, kantoi joukkoa spiraalimaisia käsivarsia, jotka vihjaavat varhaisiin kokeiluihin saalistuksessa ja liikkumisessa.

Eoandromedan fossiili, mahdollinen kammiomeduusa, jolla oli kahdeksan spiraalimaisia käsivarsia.

Nämä fossiilit eivät ole pelkkiä kuriositeetteja. Liike ja sukupuolinen lisääntyminen ovat monimutkaisia käyttäytymismuotoja, jotka edellyttävät integroituneita fysiologisia järjestelmiä. Jos Dickinsonia todella liikkui ja Funisia todella lisääntyi sukupuolisesti, niin merkittävät eläintoimintojen osatekijät olivat paikallaan aikaisemmin kuin vallitseva White Sea -aikajana antoi ymmärtää.

Miksi syvemmillä vesillä on merkitystä

Eräs huomattava piirre Mackenzie-koostumassa on sen päätelty elinympäristö. Sedimentologia ja yhteydessä olevat fossiilit osoittavat, että nämä organismit elivät suhteellisen syvissä merialueissa avoimilla vesillä eivätkä matalilla rannikon hyllyillä, joissa monet fossiiliyhdistelmät yleensä muodostuvat. Tämä viittaa malliin, jossa evolutiivinen innovaatio juurtui ensin vakaampiin, syvempiin meriluokkiin ennen kuin nämä muodot siirtyivät rantavyöhykkeelle.

Syvä vesi ei ole sama asia kuin eloton. Se voi suojata paremmin lyhytaikaisilta lämpötila- ja happitason vaihteluilta. Miljoonien vuosien aikana tällainen vakaus voisi tarjota ekologista hengitystilaa uusien ruumiinrakenteiden ja lisääntymisstrategioiden kehittymiselle ja säilymiselle. Kun nämä mallit olivat vakiintuneet, ne saattoivat levitä vaihtelevampiin mataliin ympäristöihin, joissa myöhempi monimuotoistuminen ja kilpailu kiihtyivät.

Tässä tutkimuksessa tutkijat löysivät selkeitä todisteita White Sea -koostumasta Kanadan Mackenzie-vuorten muinaisista kivistä Luoteisterritorioilla, Sahtú Dene- ja Métis-kansojen perinteisillä alueilla, jotka antoivat tutkimusryhmälle ohjeistusta ja luvan päästä paikalle.

Tieteellinen konteksti ja merkitykset

Tutkijat jakavat Ediacaran-elämän kolmeen laajaan kerrostumaan, jotka heijastavat muutoksia noin 575–538 miljoonan vuoden ajanjaksolla. Avalon-kerrostuma kattaa vanhemman ajanjakson, White Sea -kerrostuma seuraa sitä ja Nama-kerrostuma tulee perässä. Kukin ryhmä kuvastaa muutoksia monimuotoisuudessa, morfologiassa ja ekologisissa suhteissa.

White Sea -taksojen löytäminen Pohjois-Amerikasta kaventaa maantieteellistä aukkoa tallenteessa. Se myös monimutkaistaa yksinkertaisia, lineaarisia malleja eläintoimintojen kehittymisestä. Kanadalaiset fossiilit sijoittuvat stratigrafisesti sellaiseen kerrokseen, jonka yläpuolella on satoja metrejä nuorempaa kiveä, joka saattaa sisältää lisää materiaalia. Toisin sanoen löytö voi olla näkyvä huippu paljon laajemmasta arkistosta.

Justin Strauss, joka on työskennellyt alueella noin 15 vuotta, totesi, että löydöstä avautuu uusia mahdollisuuksia Ediacaran-ympäristöjen ja aikataulujen rekonstruointiin. Yksityiskohtaisen alueellisen geologian ja poikkeuksellisen rikkaan fossiilimateriaalin yhdistelmä antaa tutkijoille harvinaisen tilaisuuden testata hypoteeseja siitä, missä ja milloin eläintason monimutkaisuus ensin vakiintui.

Asiantuntijan näkökulma

"Kun löydät organismeja, jotka osoittavat koordinoitua lisääntymistä tai aktiivista liikettä näin kaukaisessa menneisyydessä, se pakottaa meidät jaksottamaan uudelleen varhaisen eläinevoluution malleja", sanoo tohtori Lena Moretti, paleobiologi joka tutkii esikambrian ekosysteemejä. "Syvät merialueet voivat toimia evolutiivisina inkubaattoreina. Ne ovat vakaita, suojattuja ja mahdollistavat hauraiden elinkaarten kehittymisen ilman rannikkoa lähellä esiintyvää ympäristön ailahtelevuutta. On uskottavaa, että monet keskeiset innovaatiot syntyivät avoimilla vesillä ja vasta myöhemmin vallottivat matalampia elinympäristöjä."

Tohtori Morettin huomio heijastaa kasvavaa käsitystä paleontologiassa: konteksti on yhtä tärkeä kuin morfologia. Aikataulut, jotka perustuvat hajanaisiin löytöpaikkoihin, ovat hauraita, kunnes rakennamme tiheämmän, globaalin verkoston hyvin ajoitettuja paikallisuuksia.

Mitä seuraavaksi

Välittömät seuraavat askeleet ovat metodologisia ja logistisia. Tiimit palaavat Mackenzie-altistumiin kartoittamaan stratigrafiaa yksityiskohtaisemmin, näytteistämään lisää kerroksia geokronologiaa varten ja laajentamaan järjestelmällisiä kaivauksia. Korkean resoluution ajoitus on ratkaisevan tärkeää. Vankka absoluuttinen ikäraami voi määrittää tarkasti, ovatko nämä fossiilit todella vanhempia kuin muut White Sea -paikat vai ovatko alueelliset tektoniset liikkeet ja hautautuminen muuttaneet näennäistä järjestystä.

Tutkijat vertaavat myös morfologiaa ja populaatiorakenteita muiden klassisten Ediacaran-paikkojen kanssa. Näyttävätkö kanadalaiset Dickinsonia-yksilöt samoja kasvumalleja kuin australialaiset? Vastaako Funisia-näytteiden päätelty lisääntymisekologia populaatiorakenteita muualla? Vertailut eri paikasta voivat paljastaa, onko kyse konvergoivasta evoluutiosta, levinneisyyslaajentumista vai laajasti yhteydellisestä, kosmopoliittisesta faunasta.

Paikka Kanadan Luoteisterritorioilla, jossa tutkijat ovat paljastaneet laajan kirjon fossiileja, jotka edustavat Ediacaran-biotoa.

Johtopäätös

Mackenzie-vuorten fossiilit muistuttavat siitä, että fossiiliaineisto ei ole staattinen. Se on tilkkuinen verkosto, joka silloin tällöin paljastaa uuden, niin elävän palan, että meidän on piirrettävä karttoja ja aikatauluja uudelleen. Jos kanadalainen koostuma kestää tarkemman tutkimuksen, se siirtää keskeisiä merkkejä eläinten alkuperän kertomuksessa: ei ainoastaan sitä, milloin monimutkaiset käyttäytymismallit ilmestyivät, vaan myös missä ne ensimmäisinä juurtuivat. Paleontologeille se on kutsu kaivaa syvemmälle arkistoihin ja odottaa odottamatonta.