Asztrobiológusok egy sivatagi Galápagoson vizsgálják meg az evolúció nagy ugrását

Asztrobiológusok egy sivatagi Galápagoson vizsgálják meg az evolúció nagy ugrását
Asztrobiológusok egy sivatagi Galápagoson vizsgálják meg az evolúció nagy ugrását
Anonim

Ez a legfigyelemreméltóbb és legfontosabb időszak a földi élet történetében – 540 millió évvel ezelőtt, amikor 3 milliárd éves egyszerű, egysejtű élet drámai fordulóponthoz érkezett, és az élet sokfélevé fejlődött. többsejtű formák. Ez egy bolygóbiológiai esemény volt, amelyet kambriumi átmenetként ismernek, és néha "kambriumi robbanásnak" is nevezik.

"A pokol elszabadult az evolúcióban" - mondta James Elser, az Arizonai Állami Egyetem biológusa. "Mindenféle új, többsejtű életforma keletkezett az összes nagyobb csoportban."

"Ez egy hatalmas, hatalmas esemény volt a bioszférában" - tette hozzá Jack Farmer, az ASU paleontológusa és asztrobiológusa. "Átálltunk a mikrobiálisan ur alt világról egy olyan világra, amelyben nagy, többsejtű állatok és növények – nagy makroszkopikus szervezetek – szerepelnek. Ez egy evolúciós esemény volt, amely egész ökoszisztémát megváltoztatott. A bioszféra hirtelen növényevőkkel és húsevőkkel egészítette ki azokat az ökoszisztémákat, ahol még soha nem léteztek Ez azt jelentette, hogy az ökoszisztéma összes dinamikája – az energiaáramlási folyamatok és így tovább – gyökeres változáson ment keresztül."

"Valószínűleg ez a legfontosabb esemény az élet történetében, és nem igazán értjük, miért történt" - mutatott rá Elser. "Bár sok ötlet van arról, hogy mi történhetett."

Farmert, a geológia professzorát, aki a stromatolitoknak nevezett ősi bakteriális fosszíliák szaktekintélye, és Elser biológiaprofesszort, aki az ökoszisztéma dinamikáját tanulmányozza, egy másik szerepük miatt különösen érdekli ez az ősi ökológiai áttörés. mindketten tudósként játszanak – asztrobiológiai kutatóként betöltött szerepük.Farmer az ASU asztrobiológiai programjának igazgatója, Elser pedig a kutatási kezdeményezés társkutatója. Maga az ASU a NASA Astrobiology Institute (NAI) öt egyetemi tagjának egyike.

Elser egy új, 750 000 dollár értékű NASA kutatási ösztöndíj fő vizsgálója is, amelynek célja, hogy meghatározza és kipróbálja azokat a környezeti, ökológiai és evolúciós szabályozásokat, amelyek még nem bizonyították be a Föld bioszférájának a kambriumi átmenet során bekövetkezett jelentős változásait. A támogatás, amely a NAI által odaítélt nyolc új kiegészítő kutatási díj egyike, az "Evolution in Microbe-based Ecosystems: Desert Springs as Analogues for the Early Development and Stabilization of Ecological Systems" címet viseli.

Elser szerint az új kutatás célja a mexikói Coahuila állambeli Cuatro Cienegas közelében található figyelemre méltó sivatagi források ökológiájának tanulmányozása, amely modern "analógot" adhat a tudósoknak a Föld ősi forrásaiból való átmenet körülményeihez. baktérium alapú bioszféra a jelenlegi, összetettebbé.

A terület számos tisztakék, forrásból táplálkozó medencéjének és kifolyó patakjának mindegyike megvan a maga szokatlan termikus és kémiai körülményei, valamint saját jellegzetes élővilága, amelyek úgy fejlődtek, hogy megbirkózzanak az adott környezettel. Mint egy Galápagos-szigetcsoport megfordítva, ezek a sivatagtengerben elhelyezkedő vízszigetek egy sor extrém környezetet és a hozzájuk kapcsolódó táplálékhálót kínálnak a kutatócsoportnak, hogy tanulmányozzák a kambriumi átmenet kapcsán.

Mivel a Galápagos-féle modell betekintést engedett Darwinnak az evolúció működésébe, az asztrobiológusok remélik, hogy Cuatro Cienegas vízi környezete segíteni fog nekik a Föld bioszféra evolúciójának dinamikájának modellezésében a kambriumi korszak kezdetén – evolúciós és ökológiai tudás, amely viszont létfontosságú a más világokon való élet keresésében.

"Az asztrobiológia célja annak meghatározása, hogy mi az élet célpontja" - magyarázta Farmer. „Az egyik dolog, amit megtanultunk, az az, hogy a bonyolult, többsejtű életformák – amelyek szükséges lépések az intelligens élethez vezető úton – nagyon későn fejlődtek ki a Föld 4-én.5 milliárd éves történelem…

"Természetes dolog visszanézni és megkérdezni, hogyan alakult ki a bioszféra saját bolygónkon, és melyek voltak azok a nagy események, amelyek jellemezték evolúciós történetét – mennyire megismételhetők ezek az események? Melyek azok az elemek, amelyek egyetemesek és alkalmazható más bolygókon lévő bioszférák keresésére?"

Jelenleg Farmer és Elser rámutat, hogy sok minden továbbra is bizonytalan a kambriumi átmenettel kapcsolatban.

A 3,5 milliárd évvel ezelőtti és 600 millió évvel ezelőtti geológiai feljegyzések csak bakteriális bizonyítékokat adnak – különösen sztómatolitok, zátonyszerű ásványi lerakódások formájában, amelyeket vízi baktériumkolóniák hagytak hátra. "Ezek a leggyakoribb kövületek a Földön" - mondta Farmer.

Ezután a stromatolitok nagyrészt eltűnnek, és "metazoanok" vagy többsejtű életformák sokasága követi őket – a kambriumi átmenet során. "Az emberek azt feltételezik, hogy a metazoák legeltették a stromatolitokat" - mondta Elser."Az egyetlen hely, ahol még mindig megtalálhatók, az olyan hely, ahol a kémia vagy a fizikai környezet túl szélsőséges ahhoz, hogy magasabb rendű állatok élhessenek."

Mi okozta vagy tette lehetővé a bonyolultabb élet kialakulását és uralkodását, az még nehezebb rejtély. Farmer rámutat az oxigén lassú felhalmozódására a környezetben, olyan szintre, amely elősegíti a magasabb rendű élőlények oxigénalapú, nagy energiájú anyagcseréjét. E forgatókönyv szerint a fotoszintetikus cianobaktériumok évmilliárdokon keresztül pumpáltak oxigént a környezetbe, amíg el nem tudták borítani a korai óceán- és szárazföldi felszín oxigénkötési kémiáját, majd fel nem tudták építeni a légköri oxigén küszöbértékét, amely az összetett élethez szükséges.

Elser azonban más lehetőséget is felvet. "Az egyik hipotézis, amelyet tesztelünk, az az oka, hogy a metazoonok nem tudtak fejlődni, az volt, hogy gondot okozott nekik a stromatolitok legeltetése – a táplálék minősége rossz volt, és nem volt elég tápláló ahhoz, hogy eltartsa a magasabb rendű állatokat" – mondta Elser."Talán olyan környezeti változás következett be, amely megváltoztatta a stromatolitok tápanyag-összetételét, és ehetőbbé és táplálóbbá tette őket a legelők számára, így a legeltetési életmód változhatott."

Az egyik olyan kérdés, amely Elsert érdekli a mikroba-alapú táplálékhálózat dinamikájának vizsgálatakor, a rendelkezésre álló foszfor relatív bősége, amely meglehetősen ritka elem a Földön, de ribonukleinsav (RNS) szükséges. intenzíven a sejtnövekedés és -szaporodás mechanizmusa révén komplex szervezetekben), valamint az organizmusok más kulcsfontosságú biokémiai összetevői.

A geológus és a biológus is azt állítja, hogy a kérdés minden bizonnyal bonyolult, mivel a korai planetáris kémia bonyolult táncát foglalja magában egy nagyrészt ismeretlen prokarióta (egyszerű sejtes) bioszféra működésével.

Ezek a problémák a Cuatro Cienegast egyfajta természetes laboratóriummá teszik a Föld legkorábbi napjaival kapcsolatos legfontosabb hipotézisek tesztelésére.A Cuatro Cienegas forrásai és patakjai azon kevés helyek közé tartoznak a Földön, ahol a stromatolitképző baktériumszőnyegek még mindig virágoznak, és az ökoszisztéma alapját képezik. A különböző medencék változó hőmérséklete és kémiája egy 40 000 éves kísérlethez is alapot ad, hogy teszteljék ezeknek a környezeti változóknak az ökoszisztéma evolúciójára gyakorolt ​​hatását.

"Ez egy érdekes környezetkészlet, sok szélsőséges és változatos kémiával" - mondta Farmer. "Vannak eltérések a víz kémiájában, lúgosságában és termikus viszonyaiban tóról tóra, és ez egy környezeti mozaikot, a környezetek sakktábláját hoz létre. Nagyon rövid sétatávolságon belül egészen más körülmények között lehet élni. A természet szereti a természetet. Az ilyen helyzetek előnyei azáltal, hogy különböző környezeteket különböző fajokkal népesítenek be. Szinte minden tónak megvan a maga endemikus növény- és állatvilága."

Az ezekből a változatos környezetekből származó adatok értelmezésének és a geológiai nyilvántartásban való alkalmazásának elősegítése érdekében Elser összeállított egy multidiszciplináris csapatot, amelyben ő maga, Farmer, mikrobiális ökológus Ferran Garcia-Pichel és Carol Tang paleontológus áll., elméleti ökológus William Fagan és ichtiológus és ökológiai szaktekintély Cuatro Cienegasról, W.L. Minckley. Szintén kulcsszerepet játszik Valeria Souza és Luis Eguiarte, az Universidad National Autonomidad de Mexico evolúciós biológusai.

Az ehhez hasonló multidiszciplináris erőfeszítés egyre gyakoribb kutatási forgatókönyv a kortárs ökológiában, mutat rá Elser, de maga az ökológiai tanulmányozás későn jelent meg az asztrobiológia területén, amely hagyományosan jobban aggódik az élet követelményei miatt. az élet kezdeteitől több, mint a később keletkezett összetettebb organizmusoké. Arra azonban, hogy más világokon találjunk életet, a válasz a második szakasz környezetének keresése lehet.

"Az asztrobiológiával kapcsolatos múltbeli munka nagy része azokra a fizikai és kémiai feltételekre összpontosult, amelyek az első fejlődő kémiai protobiológiai rendszerek megjelenéséhez szükségesek" - jegyezte meg Elser. "Az az érvünk, hogy egy dolog, hogy ez megjelenik, és egy másik dolog, hogy fennmarad, fejlődik és terjeszkedik. Ez ökológiai kérdéssé válik.

"Lehetséges, hogy megjelenik egy biológiai rendszer, majd kifújja magát. Ha olyan helyeken akarsz életet keresni, mint a Mars, akkor találnod kell egy helyet, ahol az élet megmaradt és nagy vagy széles körben elterjedt - így reménykedhet, hogy talál néhány maradványt. Azt hiszem, itt van a legnagyobb remény az élet megtalálására, és ez az, ahol a kutatásunk folyik."

FOTÓK:

Népszerű téma

Érdekes cikkek
Az őskémiai érzékelő fejlődése, a nocicepció, kiszagolva
Olvass tovább

Az őskémiai érzékelő fejlődése, a nocicepció, kiszagolva

Amikor megfullad a csípős cigarettafüsttől, úgy érzi, mintha felégne egy falat wasabi-csipkés sushitól, vagy sírna, miközben nyers hagymát és fokhagymát vág, válaszát egy eredeti kémiai érzékelő váltja ki mintegy 500 millió éves állatfejlődés – számoltak be a Brandeis Egyetem tudósai a Nature március 18-i tanulmányában.

A gombák gyorsan változhatnak, továbbadhatják a fertőző képességet
Olvass tovább

A gombák gyorsan változhatnak, továbbadhatják a fertőző képességet

A gombák jelentős potenciállal rendelkeznek a „horizontális” génátvitelben, egy új tanulmány kimutatta, hasonlóan azokhoz a mechanizmusokhoz, amelyek lehetővé teszik a baktériumok ilyen gyors fejlődését, rezisztenssé válnak az antibiotikumokkal szemben, és más súlyos problémákat okoznak.

Marine Mr. Mom: A hím csőhalak szülnek, de némelyik döglött apa, a tanulmány szerint
Olvass tovább

Marine Mr. Mom: A hím csőhalak szülnek, de némelyik döglött apa, a tanulmány szerint

A hím csőhalak és csikóhal-unokatestvéreik az egyetlen hím, amely ténylegesen vemhes lesz és megszül, de a pipahalak valószínűleg soha nem nyerik el az Év Atyja díjat – az utódokhoz való hozzáállásuk a teljes szeretettől a teljes elhanyagolásig terjedhet, a Texas A&M Egyetem kutatóinak új eredményei szerint.