211service.com
Evolutions manglende led
John Grotzinger har viet sin karriere til at løse et af de mest omdiskuterede mysterier i evolutionær biologi - hvad der skete for hundreder af millioner af år siden for at forårsage det spontane liv, der affødte de tidlige forfædre til alle dyr på jorden i dag. Han vendte tilbage til MIT i januar 2002 efter et års ophold i Mellemøsten, hvor han indsamlede fossilholdige sten, der dateres tilbage til denne såkaldte kambriske eksplosion. På grundlag af disse fossiler mener Grotzinger, en sedimentolog ved instituttets afdeling for jord-, atmosfære- og planetvidenskab, at han har fundet svaret.
Ifølge fossiloptegnelsen opstod liv på jorden for 3,5 milliarder år siden i form af bittesmå fotosyntetiske bakterier. I tæt på tre milliarder år var planeten blottet for noget større end bakterier, plankton og mikroskopisk tang. Så pludselig, for omkring 540 millioner år siden, i havets mørke dyb, opstod et rigt samfund af bittesmå dyr. Fra lange tornede orme til femøjede væsner med gribeslanger til munden, forvandlede de havbunden fuldstændigt for omkring 10 millioner år siden - et blink med øjet i evolutionær tid. Disse var de første repræsentanter for stort set alle større grupper af dyr på jorden i dag og måske stadig andre grupper, der forsvandt for længe siden.
Forskere er kommet med forskellige forklaringer på den kambriske eksplosion. Ifølge en teori kunne tilstedeværelsen af rovdyr have udløst en periode med hurtig udvikling: tidlige byttedyr, i deres kamp for at tilpasse sig, erhvervede forsvarsmekanismer såsom hårde skaller. En anden mulighed er, at stigninger i atmosfærisk ilt gav næring til udviklingen af mere komplekse kropsstrukturer: ilt er et krav for skeletudvikling og vækst. For at afklare, hvad der faktisk skete, tog Grotzinger til Oman i januar 2001 for at lede efter fossiler i klipper udvundet fra oliefelter fem kilometer under jorden. Fordelen ved disse fossiler er, at de er meget velbevarede, siger Grotzinger.
Da han bragte sine stenprøver tilbage til MIT til analyse, blev Grotzinger forbløffet over, hvad han så. Sammen med to af sine kolleger - geokronolog Sam Bowring og geobiolog Roger Summons - rekonstruerede han i tre dimensioner, hvordan havbassinet ville have set ud før den kambriske periode, den geologiske periode, hvor eksplosionen af liv fandt sted. Fossiler indeholdt i klipperne indikerede, at før den kambriske periode husede havrevene tidlige prototypedyr med bløde skaller- Cloudina , et ormelignende væsen, og Namacalathus , et lillebitte dyr formet som et vinbæger. Når først den kambriske periode begyndte, forsvandt disse organismer simpelthen.
Ved at studere kulstofisotoper i klippen fastslog Grotzinger og Bowring, at lige før den kambriske periode begyndte, skete der en stor miljøkatastrofe: havene stoppede pludselig med at cirkulere. Denne begivenhed førte til massiv udryddelse af disse tidlige dyr - muligvis gennem en stigning i sådanne drivhusgasser som kuldioxid og metan, der blev frigivet fra havene i det øjeblik, oceanerne begyndte at cirkulere igen. De tidlige dyrs død, hævder Grotzinger, ryddede spillefeltet og gjorde det muligt for en ny, mere forskelligartet og bedre tilpasset gruppe af dyr at dukke op.
Dette var ikke det resultat, Grotzinger troede, han ville finde. Vores oprindelige teori var, at udseendet af al den forskelligartede kambriske fauna mere var et resultat af opfindelsen af hårde skaller, som gjorde det muligt for disse organismer pludselig at blive bevaret i fossiloptegnelsen, siger han. Jeg anede ikke, at vi skulle komme med en udryddelseshistorie.
I begyndelsen af 1990'erne havde Grotzinger opdaget prækambriske fossiler af Cloudina og Namacalathus i Namibia. Men fossiloptegnelsen ved grænsen mellem prækambrium og kambrium er dårligt bevaret, og de tidlige skabningers skæbne forblev en gåde. Grotzinger spekulerede i, at de blot var overgangsdyr mellem de allerførste prototypedyr og den forskelligartede kambriske fauna. Men på baggrund af sine data fra Oman mener han, at det var udryddelsen af de tidlige dyr, der stimulerede den kambriske eksplosion. Det er en fantastisk historie, men modsat hvad jeg havde forventet, siger han.
Grotzingers fund er virkelig den rygende pistol, siger Andrew Knoll, en evolutionsbiolog ved Harvard University, som for et par år siden var blandt de første til at foreslå en ekstinktionsteori til at forklare den kambriske eksplosion. Og selvom Knoll og mange andre videnskabsmænd har fundet beviser for et større miljøskifte ved grænsen mellem prækambrium og kambrium, har ingen været i stand til at korrelere begivenheden direkte med forsvinden af tidlige prototypedyr. De nye data fra Oman forbinder disse to begivenheder for første gang, hvilket gør udryddelsesteorien, siger Grotzinger, til en komplet slam dunk.
De nye beviser er også i overensstemmelse med mønstrene for andre store udryddelser i dyrenes udviklingshistorie. For eksempel eksisterede dinosaurer og pattedyr side om side for 150 millioner år siden. Men i al den tid kom pattedyrene aldrig ud af den slags økologiske boks, som de var indespærret i af dinosaurerne, siger Knoll. I stedet forblev de små rottelignende ting, der skitrede rundt i træerne. Men en førende teori hævder nu, at da en meteor ramte jorden for 65 millioner år siden og udslettede dinosaurerne, overlevede pattedyrene. I dette nye, åbne miljø udviklede de sig hurtigt, voksede sig store og fyldte tomme økologiske nicher. Lignende varianter af pattedyr var sandsynligvis blevet produceret gennem genetiske mutationer før, men de ville være blevet elimineret ved naturlig selektion under dinosaurernes regeringstid. Efter dinosaurernes udryddelse overlevede de større pattedyr.
Der er altid en spænding mellem genetik og miljømæssige muligheder, siger Grotzinger, der for nylig blev valgt til National Academy of Sciences. Selvom gener dikterer, hvordan en organisme ser ud, siger han, former fysiske kræfter forløbet af en arts udvikling. Og når disse kræfter er store, kan de åbne døren til helt nye livsformer.
For at verificere resultaterne fra Oman er MIT-forskerne nu rykket videre til Kina, hvor de har fundet sten, der går tilbage til grænsen mellem prækambrium og kambrium. Kina har masser af sten i den rette alder, og deres bevaring ser ud til at være spektakulær, siger Bowring. I det kommende år kommer vi til at producere en masse interessante data. Flere fossiler og signaturer fra gamle miljøer vil fortsætte med at kaste lys over, hvordan de spændende skabninger, der trivedes i de kambriske oceaner for hundreder af millioner af år siden, ankom til jorden.