27.4: Еволюційна історія царства тварин
- Page ID
- 1918
Навички для розвитку
- Опишіть риси, якими характеризувалися найбільш ранні тварини і коли вони з'явилися на землі
- Поясніть значення кембрійського періоду для еволюції тварин та зміни різноманітності тварин, що відбулися за цей час
- Опишіть деякі невирішені питання навколо кембрійського вибуху
- Обговоріть наслідки масового вимирання тварин, що відбулися в еволюційній історії
Багато питань щодо походження та еволюційної історії тваринного світу продовжують досліджуватися та обговорюватися, оскільки нові викопні та молекулярні докази змінюють переважаючі теорії. Деякі з цих питань включають наступне: Як давно тварини існували на Землі? Якими були найбільш ранні члени тваринного світу, і який організм був їх спільним предком? Хоча різноманітність тварин збільшилася в кембрійський період палеозойської ери, 530 мільйонів років тому, сучасні дані викопних речовин свідчать про те, що примітивні види тварин існували набагато раніше.
Докембрійське життя тварин
Час до кембрійського періоду відомий як Едіакарський період (приблизно від 635 мільйонів років тому до 543 мільйонів років тому), завершальний період пізньої протерозойської неопротерозойської ери (рис.\(\PageIndex{1}\)). Вважається, що раннє тваринне життя, що називається Едіакарської біота, еволюціонувало з протистів в цей час. Деякі протестні види, звані хоанофлагелатами, дуже нагадують клітини хоаноцитів у найпростіших тварин, губок. На додаток до їх морфологічної подібності, молекулярні аналізи виявили подібні гомології послідовності в їх ДНК.
Давно вважалося, що найдавніше життя, що включає в себе лише крихітні, сидячі, м'які морські істоти. Однак останнім часом з'являється все більше наукових доказів, які свідчать про те, що за цей час жили більш різноманітні та складні види тварин, а можливо, навіть до періоду Едіакару.
Скам'янілості, як вважають, представляють найдавніших тварин з твердими частинами тіла, були нещодавно виявлені в Південній Австралії. Ці скам'янілості, схожі на губку, названі Coronacollina acula, датуються 560 мільйонами років і, як вважають, демонструють існування твердих частин тіла та спікул, які простягнулися на 20-40 см від основного тіла (приблизно 5 см завдовжки). Інші скам'янілості епохи Едіакару показані на малюнку\(\PageIndex{2}\).
Ще одне недавнє відкриття викопних копалин може представляти найдавніші види тварин, коли-небудь знайдені. Хоча обґрунтованість цього твердження все ще знаходиться під дослідженням, ці примітивні скам'янілості здаються маленькими, довжиною в один сантиметр, губчастими істотами. Ці скам'янілості з Південної Австралії датуються 650 мільйонами років, фактично розміщуючи передбачувану тварину перед великою подією вимирання льодовикового періоду, яка ознаменувала перехід між кріогенським періодом та періодом Едіакару. До цього відкриття більшість вчених вважали, що до едіакарського періоду не було тваринного життя. Багато вчених зараз вважають, що тварини, можливо, насправді еволюціонували в період кріогенії.
Кембрійський вибух тваринного життя
Кембрійський період, що відбувається між приблизно 542—488 мільйонами років тому, знаменує собою найшвидшу еволюцію нової тваринної філи та різноманітності тварин в історії Землі. Вважається, що більшість існуючих сьогодні тваринних філ мали свої витоки протягом цього часу, часто називають кембрійським вибухом (рис. 27.4.3). У цей період виникли голкошкірі, молюски, черви, членистоногі, хордові. Одним з найбільш домінуючих видів у кембрійський період був трилобіт, членистоногі, який був одним з перших тварин, які виявили відчуття зору (рис.\(\PageIndex{4}\)).
Причина кембрійського вибуху досі обговорюється. Існує безліч теорій, які намагаються відповісти на це питання. Зміни навколишнього середовища, можливо, створили більш придатне середовище для життя тварин. Приклади цих змін включають підвищення рівня атмосферного кисню та значне збільшення концентрації океанічного кальцію, що передувало кембрійському періоду (рис.\(\PageIndex{5}\)). Деякі вчені вважають, що експансивний континентальний шельф з численними мілководними лагунами або басейнами забезпечив необхідну житлову площу для співіснування більшої кількості різних видів тварин. Існує також підтримка теорій, які стверджують, що екологічні відносини між видами, такі як зміни в харчовій павутині, конкуренція за їжу та простір та відносини хижака-здобич, були створені для сприяння раптовій масовій коеволюції видів. Ще інші теорії стверджують генетичні причини та причини розвитку кембрійського вибуху. Морфологічна гнучкість і складність розвитку тварин, що забезпечуються еволюцією генів контролю Хокса, можливо, надали необхідні можливості для збільшення можливої морфології тварин на час кембрійського періоду. Теорії, які намагаються пояснити, чому стався кембрійський вибух, повинні бути в змозі надати вагомі причини масової диверсифікації тварин, а також пояснити, чому це сталося, коли це сталося. Є дані, що як підтримує, так і спростовує кожну з описаних вище теорій, і відповіддю цілком може бути поєднання цих та інших теорій.
Однак невирішеними залишаються питання про диверсифікацію тварин, яка мала місце в кембрійський період. Наприклад, ми не розуміємо, як відбувалася еволюція такої кількості видів за такий короткий проміжок часу. Чи справді був «вибух» життя саме в цей час? Деякі вчені ставлять під сумнів обґрунтованість цієї ідеї, оскільки існує все більше доказів того, що більше тваринного життя існувало до кембрійського періоду і що так звані вибухи (або випромінювання) інших подібних видів відбулися пізніше в історії. Крім того, величезна диверсифікація видів тварин, яка, як видається, почалася в кембрійський період, продовжувалася і в наступний ордовицький період. Незважаючи на деякі з цих аргументів, більшість вчених сходяться на думці, що кембрійський період ознаменував час вражаюче швидкої еволюції та диверсифікації тварин, що не має собі рівних в інших місцях протягом історії.
Посилання на навчання
Перегляньте анімацію того, яким може бути океанське життя під час кембрійського вибуху.
Пост-кембрійська еволюція та масові вимирання
Періоди, що слідували за кембрійським під час палеозойської ери, відзначаються подальшою еволюцією тварин та появою багатьох нових порядків, сімей та видів. Оскільки тварина філа продовжувала урізноманітнюватися, нові види адаптувалися до нових екологічних ніш. У ордовицький період, що послідував за кембрійським періодом, рослинне життя вперше з'явилося на суші. Ця зміна дозволила раніше водним видам тварин вторгнутися в землю, харчуючись безпосередньо рослинами або гниючої рослинністю. Постійні зміни температури та вологості протягом решти палеозойської ери внаслідок рухів континентальної пластини сприяли розвитку нових пристосувань до наземного існування у тварин, таких як кінцівки придатків у земноводних та епідермальних лусочок у плазунів.
Зміни в навколишньому середовищі часто створюють нові ніші (житлові приміщення), які сприяють швидкому видоутворенню і збільшенню різноманітності. З іншого боку, катаклізмічні події, такі як виверження вулканів та метеоритні удари, які знищують життя, можуть призвести до руйнівних втрат різноманітності. Такі періоди масового вимирання (рис.\(\PageIndex{6}\)) неодноразово відбувалися в еволюційному записі життя, стираючи деякі генетичні лінії, створюючи простір для інших, щоб еволюціонувати в порожні ніші, що залишилися позаду. Кінець пермського періоду (і палеозойської ери) ознаменувався найбільшою подією масового вимирання в історії Землі, втратою приблизно 95 відсотків існуючих видів на той час. Деякі домінуючі філи в світовому океані, такі як трилобіти, зникли повністю. На суші зникнення деяких домінуючих видів пермських рептилій дозволило з'явитися нова лінія плазунів - динозаврів. Теплі та стабільні кліматичні умови наступної мезозойської ери сприяли вибуховій диверсифікації динозаврів у кожну мислиму нішу на суші, повітрі та воді. Рослини теж випромінювали в нові ландшафти і порожні ніші, створюючи складні спільноти виробників і споживачів, деякі з яких стали дуже великими на рясні наявні продукти харчування.
Ще одна подія масового вимирання сталося в кінці крейдяного періоду, доводячи мезозойську еру до кінця. Небо потемніло, а температура падала, коли великий метеорний удар, а тонни вулканічного попелу блокували вхідне сонячне світло. Рослини гинули, травоїдні і м'ясоїдні тварини голодували, а в основному холоднокровні динозаври поступилися своє панування в ландшафті більш теплокровним ссавцям. У наступну кайнозойську еру ссавці випромінювали в наземні і водні ніші, колись зайняті динозаврами, а птахи, теплокровні відгалуження однієї лінії правлячих плазунів, стали фахівцями з авіації. Поява і домінування квітучих рослин в кайнозойську еру створили нові ніші для комах, а також для птахів і ссавців. Зміни видового різноманіття тварин під час пізнього крейди та раннього кайнозою також сприяли різкий зрушення географії Землі, оскільки континентальні плити ковзали по земній корі на свої нинішні позиції, залишаючи деякі групи тварин ізольованими на островах і континентах, або розділені гірськими хребтами або внутрішні моря від інших конкурентів. На початку кайнозою з'явилися нові екосистеми з еволюцією трав і коралових рифів. Наприкінці кайнозою подальші вимирання з подальшим видоутворенням відбулися під час льодовикових періодів, які покрили високі широти льодом, а потім відступили, залишаючи нові відкриті простори для колонізації.
Кар'єрний зв'язок: Палеонтолог
Музеї природної історії містять викопні зліпки вимерлих тварин та інформацію про те, як ці тварини еволюціонували, жили та гинули. Палеонтологи - це вчені, які вивчають доісторичне життя. Вони використовують скам'янілості для спостереження та пояснення того, як життя розвивалося на Землі та як види взаємодіяли між собою та з навколишнім середовищем. Палеонтолог повинен бути обізнаним в біології, екології, хімії, геології та багатьох інших наукових дисциплін. Робота палеонтолога може включати польові дослідження: пошук і вивчення скам'янілостей. Окрім копання та пошуку скам'янілостей, палеонтологи також готують скам'янілості для подальшого вивчення та аналізу. Хоча динозаври - це, мабуть, перші тварини, які спадають на думку, думаючи про палеонтологію, палеонтологи вивчають все, від рослинного життя, грибів та риб до морських тварин і птахів.
Ступінь бакалавра в галузі науки про землю або біології є гарним місцем для початку кар'єрного шляху становлення палеонтолога. Найчастіше необхідна диплом випускника. Додатково корисний досвід роботи в музеї або в палеонтологічній лабораторії.
Резюме
Найбільш швидка диверсифікація та еволюція видів тварин за всю історію відбулася в кембрійський період палеозойської ери, явища, відомого як кембрійський вибух. До недавнього часу вчені вважали, що до цього періоду існувало лише дуже мало крихітних і спрощених видів тварин. Однак останні викопні відкриття виявили, що додаткові, більші та складніші тварини існували в епоху Едіакару, а навіть, можливо, раніше, в період кріогенії. Тим не менш, кембрійський період, безсумнівно, став свідком появи більшості тваринних філ, які ми знаємо сьогодні, хоча багато питань залишаються невирішеними щодо цього історичного явища.
Решта палеозойської ери відзначається зростаючим появою нових класів, сімей та видів, а також ранньою колонізацією суші певними морськими тваринами. Еволюційна історія тварин також відзначена численними великими подіями вимирання, кожне з яких знищило більшість існуючих видів. Деякі види більшості тварин філи пережили ці вимирання, дозволивши філі зберігатися і продовжувати еволюціонувати у види, які ми бачимо сьогодні.
Глосарій
- Кембрійський вибух
- час протягом кембрійського періоду (542—488 мільйонів років тому), коли більша частина існуючої сьогодні тваринної філи еволюціонувала
- Кріогенний період
- геологічний період (850—630 мільйонів років тому) характеризується дуже холодним глобальним кліматом
- Едіакарський період
- геологічний період (630—542 млн років тому), коли еволюціонували найдавніші визначені багатоклітинні організми з тканинами
- масове вимирання
- подія, яка знищує більшість видів протягом відносно короткого геологічного періоду часу