Кембрийский взрыв - Википедия - Cambrian explosion

Часть серии по
В Кембрийский взрыв
Ископаемые местонахождения Burgess Shale Чэнцзян Сириус Пассет Doushantuo
Ключевые организмы Эдиакарская биота Дикинсония Кимберелла Vernanimalcula Тип Берджесса Маррелла Аномалокаридиды Halwaxiids Опабиния Одонтогрифус Фауна малых ракушек Гельционеллиды
Эволюционные концепции Тенденции Кембрийская революция субстратов Темы Кладистика Конвергентная эволюция Стебель и группы короны

В Кембрийский взрыв или же Кембрийское излучение^[1] было событием приблизительно 541 миллион лет назад в Кембрийский период когда практически все основные животные тип начали появляться в летописи окаменелостей.^[2][3] Это длилось около 13^[4][5][6] – 25^[7][8] миллионов лет и в результате расхождение из самых современных многоклеточный тип.^[9] Мероприятие сопровождалось большим разнообразием других организмов.^[а]

Перед кембрийским взрывом^[b] большинство организмов были простыми, состоящими из отдельных клеток или небольших многоклеточных организмов, иногда организованных в колонии. По мере того как темпы диверсификации впоследствии ускорились, разнообразие жизни стало напоминать сегодняшнее.^[11] В этот период появились почти все современные типы животных.^[12][13]

История и значение

Казалось бы, быстрое появление окаменелостей в «Изначальных слоях» было отмечено Уильям Бакленд в 1840-х гг.,^[14] и в его книге 1859 г. О происхождении видов, Чарльз Дарвин обсуждал тогда необъяснимое отсутствие более ранних окаменелостей как одну из основных трудностей для своей теории происхождения с медленной модификацией через естественный отбор.^[15] Давняя загадка о появлении кембрия фауна, на первый взгляд внезапно, без предшественников, сосредотачивается на трех ключевых моментах: действительно ли происходила массовая диверсификация сложных организмов за относительно короткий период времени в раннем кембрии; что могло вызвать такие быстрые изменения; и что это могло бы означать о происхождении жизни животных. Интерпретация затруднена из-за ограниченного количества доказательств, основанных в основном на неполной летописи окаменелостей и химических сигнатурах, оставшихся в кембрийских породах.

Первые обнаруженные кембрийские окаменелости были трилобиты, описанный Эдвард Лхойд, куратор Оксфордский музей, в 1698 г.^[16] Хотя их эволюционное значение не было известно, на основании их преклонного возраста Уильям Бакленд (1784–1856) осознал, что резкие скачки в летописи окаменелостей произошли вокруг основания того, что мы теперь называем кембрийским.^[14] Геологи девятнадцатого века, такие как Адам Седжвик и Родерик Мерчисон использовали окаменелости для датировки слоев горных пород, в частности, для установления Кембрийский и Силурийский периоды.^[17] К 1859 году ведущие геологи, включая Родерика Мерчисона, были убеждены, что то, что тогда называлось самым нижним слоем силурия, показывает происхождение жизни на Земле, хотя другие, в том числе Чарльз Лайель, отличается. В О происхождении видов, Чарльз Дарвин считал это внезапное появление уединенной группы трилобитов без явных предшественников и других окаменелостей «несомненно самой серьезной природой» среди трудностей в своей теории естественного отбора. Он рассудил, что раньше моря кишели живыми существами, но их окаменелости не были найдены из-за несовершенства летописи окаменелостей.^[15] В шестом издании своей книги он подчеркнул свою проблему следующим образом:^[18]

На вопрос, почему мы не находим богатые залежи окаменелостей, относящиеся к этим предполагаемым самым ранним периодам, предшествующим кембрийской системе, я не могу дать удовлетворительного ответа.

Американский палеонтолог Чарльз Уолкотт, которые изучили Берджесс сланцевая фауна, предположил, что интервал времени, «липалий», не был представлен в летописи окаменелостей или не сохранил окаменелости, и что предки кембрийских животных эволюционировали в это время.^[19]

С тех пор были найдены более ранние ископаемые свидетельства. Самое раннее утверждение заключается в том, что история жизни на Земле восходит к 3,850 миллион лет:^[20] Скалы того возраста в Варравуна, Австралия, как утверждалось, содержат ископаемые строматолиты, короткие столбы, образованные колониями микроорганизмы. Ископаемые (Грипания ) более сложных эукариотический клетки, из которых построены все животные, растения и грибы, были обнаружены в породах 1,400 миллион лет назад, в Китай и Монтана. Скалы датируются С 580 по 543 миллион лет назад содержат окаменелости Ediacara биота, организмы настолько велики, что они, вероятно, являются многоклеточными, но очень непохожими на любой современный организм.^[21] В 1948 г. Престон Клауд утверждал, что период «эруптивной» эволюции произошел в раннем кембрии,^[22] но совсем недавно, в 1970-х годах, не было замечено никаких признаков того, как «относительно» современные организмы Среднего и Позднего Кембрийский возникла.^[21]

Опабиния внес наибольший вклад в современный интерес к кембрийскому взрыву.

Интенсивный современный интерес к этому "кембрийскому взрыву" был вызван работой Гарри Б. Уиттингтон и его коллеги, которые в 1970-х годах повторно проанализировали множество окаменелостей из сланцев Берджесс и пришли к выводу, что некоторые из них столь же сложны, как и любые живые животные, но отличаются от них.^[23][24] Самый распространенный организм, Маррелла, был явно членистоногие, но не член каких-либо известных членистоногих учебный класс. Такие организмы, как пятиглазый Опабиния и колючий слизняк Wiwaxia настолько отличались от всего остального известного, что команда Уиттингтона предположила, что они должны представлять разные типы, по-видимому, не связанные ни с чем известным сегодня. Стивен Джей Гулд популярный отчет 1989 года об этой работе, Прекрасная жизнь,^[25] привлекла внимание общественности к этому делу и подняла вопросы о том, что представляет собой взрыв. Уиттингтон и Гулд, значительно различающиеся в деталях, предположили, что все современные типы животных возникли почти одновременно за довольно короткий геологический период. Этот взгляд привел к модернизации древа жизни Дарвина и теории прерывистое равновесие, который Элдридж и Гулд, разработанный в начале 1970-х годов, который рассматривает эволюцию как длинные интервалы, близкие к стазису, «перемежающиеся» короткими периодами быстрых изменений.^[26]

Другие анализы, некоторые более свежие и относящиеся к 1970-м годам, утверждают, что сложные животные, похожие на современные, эволюционировали задолго до начала кембрия.^[27][28][29]

Даты кембрия

Радиометрический даты для большей части кембрия, полученные путем анализа радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах, стали доступны только недавно и только для нескольких регионов.

Относительное свидание (А был раньше B) часто считается достаточным для изучения процессов эволюции, но это тоже было сложно из-за проблем, связанных с сопоставлением пород одного возраста в разных континенты.^[30]

Поэтому к датам или описаниям последовательностей событий следует относиться с некоторой осторожностью, пока не станут доступны более точные данные.

Окаменелости тела

Окаменелости тел организмов обычно являются наиболее информативным доказательством. Окаменелость - редкое событие, и большинство окаменелостей уничтожается эрозия или же метаморфизм прежде, чем их можно будет наблюдать. Следовательно, летопись окаменелостей очень неполна, чем раньше. Несмотря на это, их часто достаточно для иллюстрации более широких закономерностей жизненной истории.^[31] Кроме того, в летописи окаменелостей существуют предубеждения: разные среды более благоприятны для сохранения разных типов организмов или частей организмов.^[32] Далее, только те части организмов, которые уже были минерализованный обычно сохраняются, например, раковины моллюски. Поскольку большинство видов животных мягкие, они разлагаются, прежде чем смогут окаменеть. В результате, хотя известно более 30 типов живых животных, две трети никогда не были обнаружены в виде окаменелостей.^[21]

Этот Маррелла образец показывает, насколько ясны и детализированы окаменелости из Burgess Shale Lagerstätte находятся.

Кембрийская летопись окаменелостей включает необычно большое количество lagerstätten, сохраняющие мягкие ткани. Это позволяет палеонтологи изучить внутреннюю анатомию животных, которые в других отложениях представлены только панцирями, шипами, когтями и т. д. - если они вообще сохранились. Наиболее значительными кембрийскими лагерштеттенами являются ранний кембрийский период. Маотяньшаньский сланец грядки Чэнцзян (Юньнань, Китай ) и Сириус Пассет (Гренландия );^[33] средний кембрий Burgess Shale (британская Колумбия, Канада );^[34] и поздний кембрий Орстен (Швеция ) ископаемые пласты.

Хотя лагерштеттены хранят гораздо больше, чем традиционные летописи окаменелостей, они еще далеки от завершения. Поскольку лагерштеттены ограничены узким диапазоном сред (где мягкие организмы могут быть сохранены очень быстро, например, оползнями), большинство животных, вероятно, не представлены; кроме того, исключительные условия, которые создают лагерштеттен, вероятно, не соответствуют нормальным условиям жизни.^[35] Кроме того, известные кембрийские лагерштеттены редки и трудны для датирования, тогда как докембрийские лагерштеттены еще предстоит детально изучить.

Редкость летописи окаменелостей означает, что организмы обычно существуют задолго до того, как они обнаруживаются в летописи окаменелостей - это известно как Эффект Синьора – Липпса.^[36]

В 2019 году была открыта "потрясающая" находка лагерштеттенов, известная как Цинцзян биота, сообщили из Река Даньшуй в Хубэй провинция, Китай. Было собрано более 20 000 ископаемых образцов, включая многих животных с мягким телом, таких как медузы, морские анемоны и черви, а также губки, членистоногие и водоросли. У некоторых экземпляров внутренние структуры тела сохранились в достаточной степени, чтобы можно было увидеть мягкие ткани, включая мышцы, жабры, рот, кишки и глаза. Останки были датированы примерно 518 млн лет назад, и около половины видов, идентифицированных на момент публикации, ранее были неизвестны.^[37][38][39]

Следы окаменелостей

Русофик и другие следы окаменелостей из Gog Group, Средний кембрий, Lake Louise, Альберта, Канада

Следы окаменелостей состоят в основном из следов и нор, но также включают копролиты (ископаемое кал ) и следы, оставленные кормлением.^[40][41] Следы окаменелостей особенно важны, потому что они представляют собой источник данных, который не ограничивается животными с легко окаменевшими твердыми частями, и отражает поведение организмов. Кроме того, многие следы датируются значительно раньше, чем окаменелости тел животных, которые, как считается, были способны их создать.^[42] Хотя точное отнесение следов окаменелостей к их создателям, как правило, невозможно, следы могут, например, предоставить самые ранние физические доказательства появления умеренно сложных животных (сравнимых с дождевые черви ).^[41]

Геохимические наблюдения

Несколько химические маркеры указывают на резкие изменения в окружающей среде в начале кембрия. Маркеры указывают на массовое вымирание,^[43][44] или с сильным потеплением в результате выброса метановый лед.^[45]Такие изменения могут отражать причину кембрийского взрыва, хотя они также могли быть результатом повышенного уровня биологической активности - возможного результата взрыва.^[45] Несмотря на эти неопределенности, геохимические данные помогают ученым сосредоточиться на теориях, которые согласуются по крайней мере с одним из вероятных изменений окружающей среды.

Филогенетические методы

Кладистика методика построения «генеалогического древа» множества организмов. Он работает по той логике, что, если группы B и C имеют больше сходства друг с другом, чем одна из них с группой A, то B и C более тесно связаны друг с другом, чем с A. Характеристики, которые сравниваются, могут быть анатомический, например, наличие нотохорда, или же молекулярный, сравнивая последовательности ДНК или же белок. Результатом успешного анализа является иерархия клады - группы, члены которых, как считается, имеют общего предка. Кладистическая техника иногда бывает проблематичной, так как некоторые особенности, такие как крылья или глаза камеры, развивались не один раз, конвергентно - это нужно учитывать при анализе.

На основе взаимоотношений можно определить дату, когда родословная впервые появилась. Например, если окаменелости B или C датируются X миллионов лет назад, а рассчитанное «генеалогическое древо» говорит, что A был предком B и C, то A должен был развиться более X миллионов лет назад.

Также можно оценить, как давно две живые клады разошлись, то есть о том, как давно должен был жить их последний общий предок, если предположить, что ДНК мутации накапливаются с постоянной скоростью. Эти "молекулярные часы ", однако, подвержены ошибкам и дают лишь очень приблизительное время: они недостаточно точны и надежны для оценки того, когда впервые появились группы, участвующие в кембрийском взрыве,^[46] а оценки, полученные с помощью различных методов, различаются в два раза.^[47] Однако часы могут указывать на скорость ветвления, и в сочетании с ограничениями летописи окаменелостей недавние часы предполагают устойчивый период диверсификации через эдиакарский и кембрийский периоды.^[48]

Разъяснение ключевых научных терминов

Стеблевые группы^[49]

• — = Линии спуска
•   = Базальный узел
•   = Корона узел
•   = Всего группа
•   = Группа короны
•   = Группа стержней

Тип

А филюм это высший уровень в Линнеевская система классификации организмов. Типы можно рассматривать как группы животных, основанные на общем строении тела.^[50] Несмотря на кажущийся разный внешний вид организмов, они классифицируются по типам на основе их внутренней организации и организации развития.^[51] Например, несмотря на очевидные различия, пауки и ракушки оба принадлежат к типу Arthropoda, но дождевые черви и ленточные черви хотя и похожи по форме, но принадлежат к разным типам. По мере того, как химическое и генетическое тестирование становится более точным, ранее предполагаемые типы часто полностью пересматриваются.

Тип - это не фундаментальное разделение природы, например различие между электроны и протоны. Это просто группировка очень высокого уровня в система классификации создан для описания всех живых организмов в настоящее время. Эта система несовершена даже для современных животных: в разных книгах приводится разное количество типов, главным образом потому, что они расходятся во мнениях относительно классификации огромного числа червеобразных видов. Поскольку он основан на живых организмах, он плохо приспосабливает вымершие организмы, если вообще.^[21][52]

Стеблевая группа

Концепция чего-либо стволовые группы был введен, чтобы охватить эволюционных «тетушек» и «кузенов» живых групп, и были выдвинуты гипотезы, основанные на этой научной теории. А группа короны это группа близкородственных живых животных плюс их последний общий предок плюс все его потомки. Стеблевая группа - это набор ответвлений от линии в точке, предшествующей последнему общему предку коронной группы; это относительное понятие, например тихоходки являются живыми животными, которые сами по себе образуют коронную группу, но Бадд (1996) считал их также стволовой группой по сравнению с членистоногими.^[49][53]

Кожа
(эктодерма)

Мышцы
(мезодерма)

Целом

Внутренний
орган

Мембрана
(брюшина)

Кишечник
(энтодерма)

Целоматное животное представляет собой набор концентрических трубок с промежутком между кишечником и наружными трубками.

Триплобластический

Период, термин Триплобластический средство, состоящее из трех слоев, которые формируются в эмбрион, довольно рано в развитии животного от одноклеточного яйца до личинки или ювенильной формы. Самый внутренний слой образует пищеварительный тракт (кишечник); крайний образует кожу; а средний формирует мышцы и все внутренние органы, кроме пищеварительной системы. Большинство видов живых животных являются триплобластными - самые известные исключения: Porifera (губки) и Книдария (медузы, анемоны и др.).

Билатериан

В билатерии - животные, у которых в какой-то момент жизненного пути есть правая и левая сторона тела. Это означает, что у них есть верхняя и нижняя поверхности и, что важно, четкие передняя и задняя части. Все известные двунаправленные животные являются триплобластными, а все известные триплобластные животные - двунаправленными. Жизнь иглокожие (морские звезды, морские ежи, морские огурцы и т. д.) "выглядят" радиально-симметрично (как колеса), а не билатерианами, но их личинки демонстрируют билатеральную симметрию, и некоторые из самых ранних иглокожих могли быть билатерально-симметричными.^[54] Porifera и Cnidaria радиально-симметричны, не билатерины и не триплобластны.

Целомата

Период, термин Целомата означает наличие полости тела (целом), содержащей внутренние органы. Большинство типов фигурируют в дебатах о кембрийском взрыве.^{[требуется разъяснение ]} целоматы: членистоногие, кольчатые червя черви, моллюски, иглокожие и хордовые - нецеломат приапулиды являются важным исключением. Все известные целоматные животные являются триплобластными билатерианами, но некоторые триплобластные билатерии не имеют целома, например плоские черви, органы которого окружены неспециализированные ткани.

Докембрийская жизнь

Филогенетический анализ использовался для подтверждения мнения, что во время кембрийского взрыва многоклеточные животные (многоклеточные животные) эволюционировали монофилетически от одного общего предка: жгутиковые колониальные протисты похож на современный хоанофлагелляты.^{[нужна цитата ]}

Свидетельства существования животных около 1 миллиарда лет назад

Строматолиты (Свита Пика, средний кембрий) у озера Хелен, Национальный парк Банф, Канада

Современные строматолиты в Морской заповедник Пул Хамлен, Западная Австралия

Изменения в численности и разнообразии некоторых видов окаменелостей были интерпретированы как свидетельство «нападений» животных или других организмов. Строматолиты, короткие столбы, построенные колониями микроорганизмы, являются важной составляющей летописи окаменелостей примерно 2,700 миллион лет назад, но их численность и разнообразие резко сократились примерно после 1,250 миллион лет назад. Это снижение объясняется нарушением работы пастбищ и роющих животных.^[27][28][55]

В морском разнообразии докембрия преобладали небольшие окаменелости, известные как акритархи. Этот термин описывает практически любую небольшую окаменелость с органическими стенками - от яиц мелких многоклеточные животные отдыхать кисты много разных видов зеленые водоросли. После появления вокруг 2,000 миллион лет назад, акритархи пережили бум вокруг 1,000 миллион лет назад, увеличение численности, разнообразия, размера, сложности формы и особенно размера и количества колючек. Их все более колючие формы за последний миллиард лет могут указывать на возросшую потребность в защите от хищников. Остальные группы мелких организмов из Неопротерозойский Эпоха также показывает признаки защиты от хищников.^[55] Учет продолжительности жизни таксона, по-видимому, подтверждает рост давления хищников примерно в это время.^[56]В целом летопись окаменелостей показывает очень медленное появление этих форм жизни в докембрии, причем многие виды цианобактерий составляют большую часть нижележащих отложений.^[57]

Окаменелости формации Доушантуо

Слои Формирование Доушантуо со всего 580 миллион лет^[58]содержат микроскопические окаменелости, которые могут представлять ранних билатерий. Некоторые из них были описаны как эмбрионы и яйца животных, хотя некоторые могут представлять собой останки гигантских бактерий.^[59]Еще одно ископаемое, Vernanimalcula, было интерпретировано как целомат двухсторонний^[60]но может быть просто заполненным пузырем.^[61]

Эти окаменелости представляют собой самые ранние неопровержимые свидетельства существования животных в отличие от других хищников.^[59][62]

Норы

Окаменелость эдиакарского следа, созданная, когда организм зарылся под микробный коврик.

Следы организмов, движущихся по микробным матам, покрывающим эдиакарское морское дно, и непосредственно под ними, сохранились с эдиакарского периода, примерно 565 миллион лет назад.^[c] Вероятно, они были созданы организмами, напоминающими дождевые черви по форме, размеру и тому, как они двигались. Копатели нор никогда не были найдены сохранившимися, но, поскольку они нуждались в голове и хвосте, норы, вероятно, обладали двусторонней симметрией - что, по всей вероятности, сделало бы их животными с двумя мордами.^[65] Они питались над поверхностью отложений, но были вынуждены зарываться, чтобы избежать хищников.^[66]

Примерно в начале кембрия (около 542 миллион лет назад), сначала появляется много новых типов следов, в том числе хорошо известные вертикальные норы, такие как Диплократерион и Сколитос, и следы, обычно приписываемые членистоногим, таким как Cruziana и Русофик. Вертикальные норы указывают на то, что червеобразные животные приобрели новое поведение и, возможно, новые физические возможности. Некоторые окаменелости кембрийских следов указывают на то, что их создатели экзоскелеты, хотя они не обязательно были минерализованными.^[64]

Норы служат убедительным свидетельством существования сложных организмов; они также намного легче сохраняются, чем окаменелости тел, поскольку отсутствие следов окаменелостей было использовано для обозначения подлинного отсутствия крупных подвижных донных организмов.^{[нужна цитата ]} Они предоставляют дополнительную линию доказательств, чтобы показать, что кембрийский взрыв представляет собой реальную диверсификацию, а не является артефактом сохранения.^[67]

Эта новая привычка изменила геохимию морского дна и привела к снижению содержания кислорода в океане и повышению уровня CO2 в морях и атмосфере, что привело к глобальному потеплению на десятки миллионов лет и могло быть причиной массовых вымираний.^[68] Но по мере того, как норы установились, это привело к собственному взрыву, поскольку, когда норы взламывали морское дно, они аэрировали его, добавляя кислород в токсичный ил. Это сделало донные отложения более гостеприимными и позволило более широкому кругу организмов населять их, создав новые ниши и возможности для большего разнообразия.^[67]

Эдиакарские организмы

Дикинсония костата, эдиакарский организм неизвестного происхождения, со стеганой внешностью

В начале эдиакарского периода большая часть акритарх фауна, которая оставалась относительно неизменной в течение сотен миллионов лет, вымерла, и на ее место пришел ряд новых, более крупных видов, которые оказались гораздо более эфемерными.^[57] Это излучение, первое в летописи окаменелостей,^[57] вскоре за ним следует множество незнакомых крупных окаменелостей, получивших название Ediacara biota,^[69] который процветал 40 миллионов лет до начала кембрия.^[70] Большая часть этой «биоты Ediacara» была не менее нескольких сантиметров в длину, что значительно больше, чем любые более ранние окаменелости. Организмы образуют три отдельных комплекса, увеличиваясь в размерах и сложности с течением времени.^[71]

Многие из этих организмов были совершенно непохожи на все, что появлялось до или после, напоминая диски, наполненные грязью мешки или стеганые матрасы - один палеонтолог предложил классифицировать самые странные организмы как отдельные Королевство, Vendozoa.^[72]

Ископаемое Кимберелла, триплобластный билатериан и, возможно, моллюск

По крайней мере, некоторые из них могли быть ранними формами типов, лежащих в основе дебатов о «кембрийском взрыве»,^{[требуется разъяснение ]} были интерпретированы как ранние моллюски (Кимберелла ),^[29][73] иглокожие (Аркаруа );^[74] и членистоногие (Spriggina,^[75] Парванкорина,^[76] Yilingia ). Тем не менее, существуют дебаты о классификации этих образцов, в основном потому, что диагностические признаки, которые позволяют систематикам классифицировать более современные организмы, такие как сходство с живыми организмами, как правило, отсутствуют у эдиакаранов.^[77] Однако мало сомнений в том, что Кимберелла был, по крайней мере, триплобластным двунаправленным животным.^[77] Эти организмы занимают центральное место в дебатах о том, насколько внезапным был кембрийский взрыв.^{[нужна цитата ]} Если бы некоторые из них были ранними представителями животных типов, наблюдаемых сегодня, «взрыв» выглядел бы намного менее внезапным, чем если бы все эти организмы представляли собой несвязанный «эксперимент» и были заменены животным миром довольно скоро после этого (40 миллионов лет - это «скоро»). по эволюционным и геологическим меркам).

Бек Спринг Доломиты

Пол Кнаут, геолог из Университет штата Аризона, утверждает, что фотосинтезирующие организмы, такие как водоросли, возможно, выросли за период 750-800 миллионов лет в Долина Смерти известный как Доломиты источника Бека. В начале 1990-х годов образцы из этого слоя доломита толщиной в 1000 футов показали, что в этом регионе обитали цветущие маты фотосинтезирующих одноклеточных форм жизни, которые предшествовали кембрийскому взрыву.

Микрофоссилии были обнаружены из отверстий, пронизывающих бесплодную поверхность доломита. Эти геохимические и микрофоссильные находки подтверждают идею о том, что в докембрийский период сложная жизнь развивалась как в океанах, так и на суше. Кнаут утверждает, что животные, возможно, произошли из пресноводных озер и ручьев, а не из океанов.

Примерно 30 лет спустя ряд исследований задокументировал множество геохимических и микрофоссильных данных, показывающих, что жизнь охватывала континенты еще 2,2 миллиарда лет назад. Многие палеобиологи теперь принимают идею о том, что простые формы жизни существовали на суше в докембрийском периоде, но выступают против более радикальной идеи о том, что многоклеточная жизнь процветала на суше более 600 миллионов лет назад.^[78]

Эдиакарско-раннекембрийская скелетонизация

Первый эдиакарский и низший кембрийский (Немакит-Далдынян () окаменелости скелета представляют собой трубочки и проблемные спикулы губки.^[79] Самые старые спикулы губки - кремнистые монаксона, возраст около 580 миллион лет назад, известные из формации Доушаньтоу в Китае и из отложений того же возраста в Монголии, хотя интерпретация этих окаменелостей как спикул вызывает сомнения.^[80] В позднем эдиакарском низменном кембрии появились многочисленные трубчатые жилища загадочных организмов. Это были трубы с органическими стенками (например, Саарина ) и хитиновые трубки сабеллидитид (например, Соколовина, Сабеллидиты, Палеолина)^[81][82] которые процветали до начала Томмотян. Минерализованные трубки Cloudina, Намакалатус, Синотубулиты, и еще десяток других организмов из карбонатных пород, образовавшихся ближе к концу эдиакарского периода из 549–542 миллион лет назад, а также трирадиально симметричные минерализованные трубки анабаритид (например, Анабариты, Камбротубулюс) из верхов эдиакарского и нижнего кембрия.^[83] Эдиакарские минерализованные трубки часто встречаются в карбонатах строматолитовых рифов и тромболиты,^[84][85] т.е. они могли жить в среде, неблагоприятной для большинства животных.

Хотя их так же трудно классифицировать, как и большинство других эдиакарских организмов, они важны еще по двум причинам. Во-первых, это самые ранние известные кальцифицирующие организмы (организмы, построившие раковины из карбонат кальция ).^[85][86][87] Во-вторых, эти трубочки - это устройство для подъема над субстратом и конкурентами для эффективного кормления и, в меньшей степени, они служат броней для защиты от хищников и неблагоприятных условий окружающей среды. Немного Cloudina окаменелости показывают небольшие отверстия в раковинах. Отверстия, возможно, свидетельствуют о том, что хищники, достаточно развитые, пробивают снаряды.^[88] Возможный "эволюционная гонка вооружений «между хищниками и добычей» - одна из гипотез, которые пытаются объяснить кембрийский взрыв.^[55]

В нижнем кембрии строматолиты были уничтожены. Это позволило животным начать заселение бассейнов с теплой водой карбонатными отложениями. Сначала это было анабаритиды и Протогерцина (окаменелые цепкие шипы хетогнаты ) окаменелости. В самых верхних слоях земли появились такие минеральные скелеты, как раковины, склериты, шипы и пластины. Немакит-Далдынян; они были самыми ранними видами халкириды, брюхоногие моллюски, гиолиты и другие редкие организмы. Начало Томмотян исторически считалось, что это означает резкое увеличение количества и разнообразия окаменелостей моллюсков, гиолиты, и губки наряду с богатым комплексом элементов скелета неизвестных животных, первые археоциаты, брахиоподы, томмотииды, и другие.^{[89][90][91][92]} Также мягкий существующие типы, такие как гребешки, скалидофора, энтопроктаны, подковообразные черви и лобоподийцы имели бронированные формы.^[93] Это внезапное увеличение частично является артефактом отсутствия пластов в разрезе томмотского типа, и большая часть этой фауны фактически начала диверсифицироваться серией пульсаций через немакит-далдынский ярус и в томмотский век.^[94]

У некоторых животных, возможно, уже были склериты, шипы и пластины в Эдиакарье (например, Кимберелла имели твердые склериты, вероятно, карбонатные), но тонкие карбонатные скелеты не могут быть окаменелы в силикатный депозиты.^[95] Более древние (~ 750 млн лет назад) окаменелости указывают на то, что минерализация задолго до кембрия, вероятно, защищала небольшие фотосинтезирующие водоросли от одноклеточных эукариотических хищников.^[96][97]

Кембрийская жизнь

Следы окаменелостей

Следы окаменелостей (норы и т. Д.) Являются надежным индикатором того, что было вокруг, и указывают на разнообразие жизни в начале кембрия, когда пресноводное царство было заселено животными почти так же быстро, как и океаны.^[98]

Фауна малых ракушек

Окаменелости, известные как "фауна малых ракушек "были обнаружены во многих частях мира и датируются периодом незадолго до кембрия и примерно через 10 миллионов лет после начала кембрия ( Немакит-Далдынян и Томмотян возраст; видеть график ). Это очень смешанная коллекция окаменелостей: шипы, склериты (броневые пластины), трубки, археоциаты (губчатые животные) и маленькие раковины, очень похожие на раковины брахиоподы и моллюски, похожие на улиток, но все они крошечные, большей частью от 1 до 2 мм в длину.^[99]

Хотя эти окаменелости и малы, они встречаются гораздо чаще, чем целые окаменелости организмов, которые их произвели; что особенно важно, они закрывают окно от начала кембрия до первого лагерштеттена: период времени, в остальном отсутствовавший в окаменелостях. Следовательно, они дополняют обычную летопись окаменелостей и позволяют расширить ареалы окаменелостей многих групп.

Ранние кембрийские трилобиты и иглокожие

Окаменевший трилобит, древний тип членистоногие: Этот экземпляр из сланца Берджесс сохраняет «мягкие части» - усики и ноги.

Раннее трилобит окаменелостям около 530 миллионов лет, но этот класс уже был довольно разнообразным и всемирным, что позволяет предположить, что они существовали уже довольно давно.^[100]Летопись окаменелостей трилобитов началась с появления трилобитов с минеральными экзоскелетами, а не с момента их происхождения.

Самые ранние общепринятые окаменелости иглокожих появились немного позже, в позднем Атдабанян; В отличие от современных иглокожих, эти ранние кембрийские иглокожие не все были радиально-симметричными.^[101]

Это дает точные данные о "конце" взрыва или, по крайней мере, указывает на то, что были представлены коронные группы современных типов.

Фауна сланцевого типа Берджесс

В сланцах Берджесс и подобных лагерштеттенах сохраняются мягкие части организмов, которые предоставляют множество данных, помогающих в классификации загадочных окаменелостей. Он часто сохранял полные образцы организмов, которые иначе известны только по разрозненным частям, таким как рыхлая чешуя или отдельные части ротовой полости. Кроме того, большинство организмов и таксонов в этих горизонтах полностью мягкотелые, поэтому они отсутствуют в остальной летописи окаменелостей.^[102] Поскольку большая часть экосистемы сохраняется, экология сообщества также может быть предварительно реконструирована.^{[требуется проверка ]}Однако скопления могут представлять собой «музей»: глубоководную экосистему, которая эволюционно «отстает» от быстро меняющейся фауны мелководья.^[103]

Поскольку лагерштеттен обеспечивает режим и качество сохранности, которые практически отсутствуют за пределами кембрия, многие организмы выглядят совершенно отличными от всего, что известно из традиционной летописи окаменелостей. Это побудило первых исследователей в этой области попытаться впихнуть организмы в существующие типы; Недостатки этого подхода побудили более поздних рабочих построить множество новых типов, чтобы вместить всех чудаков. С тех пор стало ясно, что большинство чудаков расходились с родословная до того, как они установили тип, известный сегодня^{[требуется разъяснение ]} - немного другие конструкции, которым суждено было скорее погибнуть, чем расцвести в филы, как это произошло с их родственниками.

Режим сохранения редко встречается в предшествующий эдиакарский период, но эти известные сообщества не показывают никаких следов жизни животных - возможно, подразумевая подлинное отсутствие макроскопических многоклеточных животных.^[104]

Раннекембрийские ракообразные

Ракообразные, одна из четырех великих современных групп членистоногих, очень редки на протяжении всего кембрия. Убедительный ракообразные когда-то считалось обычным явлением в биотах сланцевого типа Берджесс, но нельзя показать, что ни один из этих особей попадает в коронную группу «настоящих ракообразных».^[105] Кембрийские сведения о ракообразных кроновой группы происходят от микрофоссилий. Шведский Орстен В горизонтах встречаются более поздние кембрийские рачки, но сохранились только организмы размером менее 2 мм. Это ограничивает набор данных молодыми и миниатюрными взрослыми особями.

Более информативным источником данных являются органические микрофоссилии Формирование Mount Cap, Горы Маккензи, Канада. Этот позднеранний кембрийский комплекс (510–515 миллион лет назад) состоит из микроскопических фрагментов кутикулы членистоногих, которые остаются после растворения породы плавиковая кислота. По своему разнообразию этот комплекс аналогичен фауне современных ракообразных. Анализ фрагментов оборудования для кормления, обнаруженных в формации, показывает, что она была приспособлена для очень точного и изысканного кормления. Это контрастирует с большинством других членистоногих раннего кембрия, которые питались беспорядочно, загоняя в рот все, что могли получить свои пищевые придатки. Это сложное и специализированное оборудование для кормления принадлежало большой (около 30 см)^[106] организм, и дал бы большой потенциал для диверсификации; специализированное устройство для кормления позволяет использовать ряд различных подходов к кормлению и развитию, а также создает ряд различных подходов, позволяющих избежать поедания.^[105]

Раннее ордовикское излучение

После вымирание на границе кембрия и ордовика произошла еще одна радиация, которая установила таксоны, которые будут доминировать в палеозое.^[107]

Во время этого излучения общее количество порядков удвоилось, а семей утроилось,^[107] увеличение морского разнообразия до уровней, типичных для палеозоя,^[45] и несоответствие уровням, примерно эквивалентным сегодняшнему.^[11]

Этапы

Мероприятие длилось около 20 следующих.^[5][108]–25^[109][110] миллионов лет, и его высокие темпы эволюции закончились основанием кембрийской серии 2, 521 миллион лет назад, совпадающий с первыми трилобитами в летописи окаменелостей.^[111] Разные авторы по-разному разбивают взрыв на этапы.

Ed Landing recognizes three stages: Stage 1, spanning the Ediacaran-Cambrian boundary, corresponds to a diversification of biomineralizing animals and of deep and complex burrows; Stage 2, corresponding to the radiation of molluscs and stem-group Brachiopods (гиолиты и томмотииды ), which apparently arose in intertidal waters; and Stage 3, seeing the Atdabanian diversification of trilobites in deeper waters, but little change in the intertidal realm.^[112]

Грэм Бадд synthesises various schemes to produce a compatible view of the SSF record of the Cambrian explosion, divided slightly differently into four intervals: a "Tube world", lasting from 550 to 536 миллион лет назад, spanning the Ediacaran-Cambrian boundary, dominated by Cloudina, Namacalathus and pseudoconodont-type elements; a "Sclerite world", seeing the rise of halkieriids, tommotiids, and hyoliths, lasting to the end of the Fortunian (c. 525 Ma); a brachiopod world, perhaps corresponding to the as yet unratified Cambrian Stage 2; and Trilobite World, kicking off in Stage 3.^[113]

Complementary to the shelly fossil record, trace fossils can be divided into five subdivisions: "Flat world" (late Ediacaran), with traces restricted to the sediment surface; Protreozoic III (after Jensen), with increasing complexity; pedum world, initiated at the base of the Cambrian with the base of the T.pedum zone (see discussion at Cambrian#Dating the Cambrian ); Русофик world, spanning 536 to 521 миллион лет назад and thus corresponding exactly to the periods of Sclerite World and Brachiopod World under the SSF paradigm; и Cruziana world, with an obvious correspondence to Trilobite World.^[113]

Срок действия

There is strong evidence for species of Книдария и Porifera существующий в Эдиакарский^[114] and possible members of Porifera even before that during the Cryogenian.^[115] Мшанки don't appear in the fossil record until after the Cambrian, in the Lower Ордовик.^[116]

The fossil record as Darwin knew it seemed to suggest that the major metazoan groups appeared in a few million years of the early to mid-Cambrian, and even in the 1980s, this still appeared to be the case.^[24][25]

However, evidence of Precambrian Metazoa is gradually accumulating. If the Ediacaran Кимберелла was a mollusc-like протостом (one of the two main groups of coelomates ),^[29][73] the protostome and дейтеростом lineages must have split significantly before 550 миллион лет назад (deuterostomes are the other main group of coelomates).^[117] Even if it is not a protostome, it is widely accepted as a bilaterian.^[77][117] Since fossils of rather modern-looking книдарийцы (медуза -like organisms) have been found in the Doushantuo lagerstätte, the cnidarian and bilaterian lineages must have diverged well over 580 миллион лет назад.^[117]

Следы окаменелостей^[71] and predatory borings in Cloudina shells provide further evidence of Ediacaran animals.^[118] Some fossils from the Doushantuo formation have been interpreted as embryos and one (Vernanimalcula ) as a bilaterian coelomate, although these interpretations are not universally accepted.^{[60][61][119]} Earlier still, predatory pressure has acted on stromatolites and acritarchs since around 1,250 миллион лет назад.^[55]

Some say that the evolutionary change was accelerated by an порядок величины,^[d] but the presence of Precambrian animals somewhat dampens the "bang" of the explosion; not only was the appearance of animals gradual, but their эволюционное излучение ("diversification") may also not have been as rapid as once thought. Indeed, statistical analysis shows that the Cambrian explosion was no faster than any of the other radiations in animals' history.^[e] However, it does seem that some innovations linked to the explosion – such as resistant armour – only evolved once in the animal lineage; this makes a lengthy Precambrian animal lineage harder to defend.^[121] Further, the conventional view that all the phyla arose in the Cambrian is flawed; while the phyla may have diversified in this time period, representatives of the crown groups of many phyla do not appear until much later in the Phanerozoic.^[12] Further, the mineralised phyla that form the basis of the fossil record may not be representative of other phyla, since most mineralised phyla originated in a бентосный параметр. The fossil record is consistent with a Cambrian explosion that was limited to the benthos, with pelagic phyla evolving much later.^[12]

Ecological complexity among marine animals increased in the Cambrian, as well later in the Ordovician.^[11] However, recent research has overthrown the once-popular idea that disparity was exceptionally high throughout the Cambrian, before subsequently decreasing.^[122] In fact, disparity remains relatively low throughout the Cambrian, with modern levels of disparity only attained after the early Ordovician radiation.^[11]

The diversity of many Cambrian assemblages is similar to today's,^[123][105] and at a high (class/phylum) level, diversity is thought by some to have risen relatively smoothly through the Cambrian, stabilizing somewhat in the Ordovician.^[124] This interpretation, however, glosses over the astonishing and fundamental pattern of basal политомия and phylogenetic telescoping at or near the Cambrian boundary, as seen in most major animal lineages.^[125] Таким образом Гарри Блэкмор Уиттингтон 's questions regarding the abrupt nature of the Cambrian explosion remain, and have yet to be satisfactorily answered.^[126]

The Cambrian explosion as survivorship bias

Бадд and Mann^[127] suggested that the Cambrian explosion was the result of a type of предвзятость выживаемости называется "Толчок прошлого ". As groups at their origin tend to go extinct, it follows that any long-lived group would have experienced an unusually rapid rate of diversification early on, creating the illusion of a general speed-up in diversification rates. However, rates of diversification could remain at background levels and still generate this sort of effect in the surviving lineages.

Возможные причины

Despite the evidence that moderately complex animals (триплобластический билатерии ) existed before and possibly long before the start of the Cambrian, it seems that the pace of evolution was exceptionally fast in the early Cambrian. Possible explanations for this fall into three broad categories: environmental, developmental, and ecological changes. Any explanation must explain both the timing and magnitude of the explosion.

Changes in the environment

Increase in oxygen levels

Earth's earliest atmosphere contained no free кислород (O₂); the oxygen that animals breathe today, both in the air and dissolved in water, is the product of billions of years of фотосинтез. Cyanobacteria were the first organisms to evolve the ability to photosynthesize, introducing a steady supply of oxygen into the environment.^[128] Initially, oxygen levels did not increase substantially in the atmosphere.^[129] The oxygen quickly reacted with iron and other minerals in the surrounding rock and ocean water. Once a saturation point was reached for the reactions in rock and water, oxygen was able to exist as a gas in its diatomic form. Oxygen levels in the atmosphere increased substantially afterward.^[130] As a general trend, the концентрация of oxygen in the atmosphere has risen gradually over about the last 2.5 billion years.^[21]

Oxygen levels seem to have a positive correlation with diversity in eukaryotes well before the Cambrian period.^[131] The last common ancestor of all extant eukaryotes is thought to have lived around 1.8 billion years ago. Around 800 million years ago, there was a notable increase in the complexity and number of eukaryotes species in the fossil record.^[131] Before the spike in diversity, eukaryotes are thought to have lived in highly sulfuric environments. Sulfide interferes with mitochondrial function in aerobic organisms, limiting the amount of oxygen that could be used to drive metabolism. Oceanic sulfide levels decreased around 800 million years ago, which supports the importance of oxygen in eukaryotic diversity.^[131]

The shortage of oxygen might well have prevented the rise of large, complex animals. The amount of oxygen an animal can absorb is largely determined by the area of its oxygen-absorbing surfaces (lungs and gills in the most complex animals; the skin in less complex ones); but, the amount needed is determined by its volume, which grows faster than the oxygen-absorbing area if an animal's size increases equally in all directions. An increase in the concentration of oxygen in air or water would increase the size to which an organism could grow without its tissues becoming starved of oxygen. However, members of the Ediacara biota reached metres in length tens of millions of years before the Cambrian explosion.^[43] Other metabolic functions may have been inhibited by lack of oxygen, for example the construction of tissue such as коллаген, required for the construction of complex structures,^[132] or to form molecules for the construction of a hard exoskeleton.^[133] However, animals were not affected when similar oceanographic conditions occurred in the Phanerozoic; there is no convincing correlation between oxygen levels and evolution, so oxygen may have been no more a prerequisite to complex life than liquid water or primary productivity.^[134]

Ozone formation

The amount of ozone (O₃) required to shield Earth from biologically lethal UV radiation, wavelengths from 200 to 300 nanometers (nm), is believed to have been in existence around the Cambrian explosion.^[135] Наличие озоновый слой may have enabled the development of complex life and life on land, as opposed to life being restricted to the water.

Снежок Земля

В конце Неопротерозойский (extending into the early Эдиакарский period), the Earth suffered massive glaciations in which most of its surface was covered by ice. This may have caused a mass extinction, creating a genetic bottleneck; the resulting diversification may have given rise to the Ediacara биота, which appears soon after the last "Snowball Earth" episode.^[136]However, the snowball episodes occurred a long time before the start of the Cambrian, and it is difficult to see how so much diversity could have been caused by even a series of bottlenecks;^[45] the cold periods may even have delayed the evolution of large size organisms.^[55]

Increase in the calcium concentration of the Cambrian seawater

Newer research suggests that volcanically active midocean ridges caused a massive and sudden surge of the calcium concentration in the oceans, making it possible for marine organisms to build skeletons and hard body parts.^[137]Alternatively a high influx of ions could have been provided by the widespread erosion that produced Powell's Большое несоответствие.^[138]

An increase of calcium may also have been caused by erosion of the Transgondwanan Supermountain that existed at the time of the explosion. The roots of the mountain are preserved in present-day Восточная Африка как ороген.^[139]

Развивающие объяснения

A range of theories are based on the concept that minor modifications to animals' development as they grow from эмбрион to adult may have been able to cause very large changes in the final adult form. В Hox-гены, for example, control which organs individual regions of an embryo will develop into. For instance, if a certain Hox gene is expressed, a region will develop into a limb; if a different Hox gene is expressed in that region (a minor change), it could develop into an eye instead (a phenotypically major change).

Such a system allows a large range of disparity to appear from a limited set of genes, but such theories linking this with the explosion struggle to explain why the origin of such a development system should by itself lead to increased diversity or disparity. Evidence of Precambrian metazoans^[45] combines with molecular data^[140] to show that much of the genetic architecture that could feasibly have played a role in the explosion was already well established by the Cambrian.

This apparent paradox is addressed in a theory that focuses on the физика of development. It is proposed that the emergence of simple multicellular forms provided a changed context and spatial scale in which novel physical processes and effects were mobilized by the products of genes that had previously evolved to serve unicellular functions. Morphological complexity (layers, segments, lumens, appendages) arose, in this view, by самоорганизация.^[141]

Горизонтальный перенос генов has also been identified as a possible factor in the rapid acquisition of the biochemical capability of biomineralization among organisms during this period, based on evidence that the gene for a critical protein in the process was originally transferred from a bacterium into sponges.^[142]

Экологические объяснения

These focus on the interactions between different types of organism. Some of these hypotheses deal with changes in the пищевая цепочка; some suggest гонка вооружений between predators and prey, and others focus on the more general mechanisms of коэволюция. Such theories are well suited to explaining why there was a rapid increase in both disparity and diversity, but they do not explain why the "explosion" happened when it did.^[45]

End-Ediacaran mass extinction

Evidence for such an extinction includes the disappearance from the fossil record of the Ediacara biota and shelly fossils such as Cloudina, and the accompanying perturbation in the δ¹³C записывать. It is suspected that several global аноксические события were responsible for the extinction.^[143][144]

Mass extinctions are often followed by adaptive radiations as existing clades expand to occupy the ecospace emptied by the extinction. However, once the dust had settled, overall disparity and diversity returned to the pre-extinction level in each of the Phanerozoic extinctions.^[45]

Аноксия

The late Ediacaran oceans appears to have suffered from an аноксия that covered much of the seafloor, which would have given mobile animals able to seek out more oxygen-rich environments an advantage over sessile forms of life.^[145]

Evolution of eyes

Эндрю Паркер has proposed that predator-prey relationships changed dramatically after eyesight evolved. Prior to that time, hunting and evading were both close-range affairs – smell, vibration, and touch were the only senses used. When predators could see their prey from a distance, new defensive strategies were needed. Armor, spines, and similar defenses may also have evolved in response to vision. He further observed that, where animals lose vision in unlighted environments such as caves, diversity of animal forms tends to decrease.^[146] Nevertheless, many scientists doubt that vision could have caused the explosion. Eyes may well have evolved long before the start of the Cambrian.^[147] It is also difficult to understand why the evolution of eyesight would have caused an explosion, since other senses, such as smell and pressure detection, can detect things at a greater distance in the sea than sight can; but the appearance of these other senses apparently did not cause an evolutionary explosion.^[45]

Arms races between predators and prey

The ability to avoid or recover from хищничество often makes the difference between life and death, and is therefore one of the strongest components of естественный отбор. The pressure to adapt is stronger on the prey than on the predator: if the predator fails to win a contest, it loses a meal; if the prey is the loser, it loses its life.^[148]

But, there is evidence that predation was rife long before the start of the Cambrian, for example in the increasingly spiny forms of acritarchs, the holes drilled in Cloudina shells, and traces of burrowing to avoid predators. Hence, it is unlikely that the внешний вид of predation was the trigger for the Cambrian "explosion", although it may well have exhibited a strong influence on the body forms that the "explosion" produced.^[55] However, the intensity of predation does appear to have increased dramatically during the Cambrian^[149] as new predatory "tactics" (such as shell-crushing) emerged.^[150] This rise of predation during the Cambrian was confirmed by the temporal pattern of the median predator ratio at the scale of genus, in fossil communities covering the Cambrian and Ordovician periods, but this pattern is not correlated to diversification rate.^[151] This lack of correlation between predator ratio and diversification over the Cambrian and Ordovician suggests that predators did not trigger the large evolutionary radiation of animals during this interval. Thus the role of predators as triggerers of diversification may have been limited to the very beginning of the "Cambrian explosion".^[151]

Increase in size and diversity of planktonic animals

Geochemical evidence strongly indicates that the total mass of планктон has been similar to modern levels since early in the Proterozoic. Before the start of the Cambrian, their corpses and droppings were too small to fall quickly towards the seabed, since their тащить was about the same as their weight. This meant they were destroyed by scavengers or by chemical processes before they reached the sea floor.^[35]

Mesozooplankton are plankton of a larger size. Early Cambrian specimens фильтрованный microscopic plankton from the seawater. These larger organisms would have produced droppings and ultimately corpses large enough to fall fairly quickly. This provided a new supply of energy and nutrients to the mid-levels and bottoms of the seas, which opened up a new range of possible ways of life. If any of these remains sank uneaten to the sea floor they could be buried; this would have taken some углерод снаружи обращение, resulting in an increase in the концентрация of breathable oxygen in the seas (carbon readily сочетает with oxygen).^[35]

The initial herbivorous mesozooplankton were probably larvae of benthic (seafloor) animals. A larval stage was probably an evolutionary innovation driven by the increasing level of predation at the seafloor during the Эдиакарский период.^[10][152]

Metazoans have an amazing ability to increase diversity through коэволюция.^[57] This means that an organism's traits can lead to traits evolving in other organisms; a number of responses are possible, and a different species can potentially emerge from each one. As a simple example, the evolution of predation may have caused one organism to develop a defence, while another developed motion to flee. This would cause the predator lineage to diverge into two species: one that was good at chasing prey, and another that was good at breaking through defences. Actual coevolution is somewhat more subtle, but, in this fashion, great diversity can arise: three quarters of living species are animals, and most of the rest have formed by coevolution with animals.^[57]

Ecosystem engineering

Evolving organisms inevitably change the environment they evolve in. The Девонский colonization of land had planet-wide consequences for sediment cycling and ocean nutrients, and was likely linked to the Devonian mass extinction. A similar process may have occurred on smaller scales in the oceans, with, for example, the sponges filtering particles from the water and depositing them in the mud in a more digestible form; or burrowing organisms making previously unavailable resources available for other organisms.^[153]

Complexity threshold

The explosion may not have been a significant evolutionary event. It may represent a threshold being crossed: for example a threshold in genetic complexity that allowed a vast range of morphological forms to be employed.^[154] This genetic threshold may have a correlation to the amount of oxygen available to organisms. Using oxygen for metabolism produces much more energy than anaerobic processes. Organisms that use more oxygen have the opportunity to produce more complex proteins, providing a template for further evolution.^[129] These proteins translate into larger, more complex structures that allow organisms better to adapt to their environments.^[155] With the help of oxygen, genes that code for these proteins could contribute to the expression of сложные черты more efficiently. Access to a wider range of structures and functions would allow organisms to evolve in different directions, increasing the number of niches that could be inhabited. Furthermore, organisms had the opportunity to become more specialized in their own niches.^[155]

Uniqueness of the explosion

The "Cambrian explosion" can be viewed as two waves of metazoan expansion into empty niches: first, a coevolutionary rise in diversity as animals explored niches on the Ediacaran sea floor, followed by a second expansion in the early Cambrian as they became established in the water column.^[57] The rate of diversification seen in the Cambrian phase of the explosion is unparalleled among marine animals: it affected all metazoan клады of which Cambrian fossils have been found. Потом излучения, например, из рыбы в Силурийский и Девонский periods, involved fewer таксоны, mainly with very similar body plans.^[21] Although the recovery from the Пермско-триасовое вымирание started with about as few animal species as the Cambrian explosion, the recovery produced far fewer significantly new types of animals.^[156]

Whatever triggered the early Cambrian diversification opened up an exceptionally wide range of previously unavailable экологические ниши. When these were all occupied, limited space existed for such wide-ranging diversifications to occur again, because strong competition existed in all niches and incumbents usually had the advantage. If a wide range of empty niches had continued, clades would be able to continue diversifying and become disparate enough for us to recognise them as different тип; when niches are filled, lineages will continue to resemble one another long after they diverge, as limited opportunity exists for them to change their life-styles and forms.^[157]

There were two similar explosions in the evolution of land plants: after a cryptic history beginning about 450 миллион лет назад, land plants underwent a uniquely rapid adaptive radiation during the Devonian period, about 400 миллион лет назад.^[21] Furthermore, angiosperms (цветущие растения ) originated and rapidly diversified during the Меловой период.

Смотрите также

• Massive Australian Precambrian/Cambrian Impact Structure

Сноски

Рекомендации

дальнейшее чтение

• Budd, G.E .; Дженсен, Дж. (2000). «Критическая переоценка летописи окаменелостей билатерального типа». Биологические обзоры. 75 (2): 253–295. Дои:10.1111 / j.1469-185X.1999.tb00046.x. PMID  10881389. S2CID  39772232.
• Коллинз, Аллен Г. «Metazoa: летопись окаменелостей». Проверено 14 декабря 2005 г.
• Конвей Моррис, С. (1997). Горнило творения: сланцы Берджесс и рост животных. Издательство Оксфордского университета. ISBN  0-19-286202-2.
• Конвей Моррис, С. (июнь 2006 г.). "Дилемма Дарвина: реалии кембрийского взрыва"'". Философские труды Королевского общества B: биологические науки. 361 (1470): 1069–1083. Дои:10.1098 / rstb.2006.1846. ISSN  0962-8436. ЧВК  1578734. PMID  16754615. Приятный аккаунт.
• Гулд, С.Дж. (1989). Прекрасная жизнь: сланцы Берджесс и природа истории. W.W. Нортон и компания. Bibcode:1989wlbs.book ..... G.
• Kennedy, M .; М. Дрозер; Л. Майер .; Д. Пивеар и Д. Мрофка (2006). «Глина и атмосферный кислород». Наука. 311 (5766): 1341. Дои:10.1126 / science.311.5766.1341c. S2CID  220101640.
• Knoll, A.H .; Кэрролл, С. (1999-06-25). «Ранняя эволюция животных: новые взгляды на сравнительную биологию и геологию». Наука. 284 (5423): 2129–37. Дои:10.1126 / science.284.5423.2129. PMID  10381872. S2CID  8908451.
• Марков, Александр В .; Коротаев, Андрей В. (2007). «Морское биоразнообразие фанерозоя следует гиперболической тенденции». Палеомир. 16 (4): 311–318. Дои:10.1016 / j.palwor.2007.01.002.
• Монтенари, М .; Леппиг, У. (2003). «Acritarcha: их классификационная морфология, ультраструктура и палеоэкологическое / палеогеографическое распространение». Paläontologische Zeitschrift. 77: 173–194. Дои:10.1007 / bf03004567. S2CID  127238427.
• Wang, D.Y.-C .; С. Кумар; С. Б. Хеджес (январь 1999 г.). «Оценки времени расхождения для ранней истории типов животных и происхождения растений, животных и грибов». Труды Королевского общества B. 266 (1415): 163–71. Дои:10.1098 / rspb.1999.0617. ISSN  0962-8452. ЧВК  1689654. PMID  10097391.
• Вуд, Рэйчел А., «Возвышение животных: новые окаменелости и анализ химического состава древнего океана раскрывают удивительно глубокие корни кембрийского взрыва», Scientific American, т. 320, нет. 6 (июнь 2019 г.), стр. 24–31.
• Xiao, S .; Ю. Чжан и А. Нолл (январь 1998 г.). «Трехмерная консервация водорослей и эмбрионов животных в неопротерозойском фосфорите». Природа. 391 (1): 553–58. Bibcode:1998Натура.391..553X. Дои:10.1038/35318. ISSN  0090-9556. S2CID  4350507.

Ссылки на хронологию:

• Мартин, M.W; Гражданкин, Д.В.; Bowring, S.A; Эванс, Д.А.Д .; Федонкин М.А.; Киршвинк, J.L (2000). «Возраст неопротерозойского двунаправленного тела и ископаемых остатков, Белое море, Россия: последствия для эволюции многоклеточных животных». Наука. 288 (5467): 841–845. Bibcode:2000Sci ... 288..841M. Дои:10.1126 / science.288.5467.841. PMID  10797002.

внешняя ссылка

• Кембрийский «взрыв» многоклеточных животных и молекулярной биологии: будет ли удовлетворен Дарвин?
• Об эмбрионах и предках к Стивен Джей Гулд
• Конвей Моррис, С. (апрель 2000 г.). "Кембрийский" взрыв ": медленный взрыв или мегатоннаж?". Труды Национальной академии наук. 97 (9): 4426–4429. Bibcode:2000PNAS ... 97.4426C. Дои:10.1073 / пнас.97.9.4426. ЧВК  34314. PMID  10781036.
• Кембрийский взрыв  – В наше время, BBC Radio 4 трансляция, 17 февраля 2005 г.
• "Берджесс Шейл". Виртуальный музей Канады. 2011 г., исчерпывающие сведения о сланцах Берджесс, их окаменелостях и их значении для кембрийского взрыва
• Кембрийская жизнь Юты - новый (2008 г.) веб-сайт с хорошими изображениями ряда окаменелостей сланцевого типа Берджесса и других кембрийских окаменелостей.
• Смитсоновский национальный музей