Dupla robbanás a prekambrium-kambrium határon

Egy ideje már tudjuk, hogy a komplex felépítésű állatok legfontosabb csoportjainak a többsége az ún. "kambriumi robbanás" során jelent meg. A látszólag gyors evolúciós esemény 542 millió évvel ezelőtt következett be. A Virginia Egyetem paleontológusai pontos analitikai módszerekkel felismertek egy másik robbanásszerű evolúciós eseményt, amely mintegy 33 millió évvel korábban történt a ma ismert állatoktól teljesen eltérő makroszkópos életformák körében. Ezt az eseményt "Avalon robbanásnak" nevezték el.

A Science január 4-i számában megjelent tanulmány szerzői szerint egynél több robbanásszerű evolúciós esemény következett be az állatok korai evolúciója során. A kambriumi robbanás elnevezés a legtöbb ma ismert állatcsoport hirtelen megjelenésére utal. Ez az esemény geológiai értelemben rövid idő alatt (542 és 520 millió év között) következett be a kambrium időszak elején. Bár akkor még nem élt annyi állatfaj, mint a mai tengerekben, a legtöbb (ha nem az összes) ma élő állatcsoport képviselői jelen voltak a kambriumi óceánokban.

Charles Darwin azt feltételezte, hogy az evolúció lassan és állandó sebességgel zajlik. Elképzelését felfordított kúpokkal ábrázolhatnánk, ami azt jelöli, hogy a morfológiai változatosság folyamatosan növekedik az idő előrehaladásával.

A kambriumi robbanás szereplőit és a későbbi fosszilis maradványokat vizsgálva azonban kiderült, hogy a földtörténet során nem jelentek meg folyamatosan újabb és újabb morfológiai elemek. Ezt tehát nem egy kúpszerű, folyamatosan növekvő grafikonnal szemléltethetjük, hanem inkább egy téglalappal, amelynek már alapjánál megjelennek a morfológiai újítások, és azután nagyjából állandó marad az élővilág morfológiai kincsestára. Számos állatcsoport korai evolúciója jellemezhető erősen felgyorsult fejlődési szakaszokkal.

A Virginia Egyetem kutatói, Shuhai Xiao és Michal Kowalewski két egyetemi hallgató segítségével megvizsgálták, hogy vajon a fő prekambriumi életformák is ehhez hasonlóan, hirtelen és robbanásszerűen alakultak-e ki. Ennek érdekében az Ediacara fauna ősmaradványait vizsgálták. Ezek a legidősebb komplex, soksejtű szervezetek, amelyek 575-542 millió évvel ezelőtt éltek, vagyis még a kambriumi robbanás előtt. Az Ediacara-fosszíliák nincsenek ős-leszármazott viszonyban a kambriumi állatokkal, mivel nagyon eltérő a megjelenésük, sőt a többségük még a kambriumi robbanás előtt kihalt. Vajon az Ediacara-élőlények szintén egy robbanásszerű evolúciós esemény során jelentek meg, vagy a kambriumi robbanás tényleg példa nélküli esemény volt?

A kutatók 50 morfológiai jellemzőt határoztak meg, és megvizsgálták ezek jelenlétét, illetve hiányát több mint 200 Ediacara-fajnál. Ezek a fajok három különböző evolúciós szakaszt képviselnek a 33 millió évig tartó Ediacara-történeten belül. A három egymásra következő evolúciós szakaszt a legjellemzőbb lelőhelyek alapján nevezték el: ezek az Avalon-, a Fehér-tenger- és a Nama-együttesek. A legkorábbi, Avalon-szakaszt viszonylag kevés faj képviselte.

A paleontológusok meglepetésére azonban már ezek a legkorábbi Ediacara-életformák "bemutatták az összes testfelépítési tervet", amit valaha észleltek a teljes Ediacara-faunában. Más szavakkal: az Ediacara-szervezetek fő típusai már történetük hajnalán megjelentek, az Avalon-robbanás során. Később az Ediacara-szervezetek nagyon változatossá váltak a Fehér-tenger szakaszban, majd erősen lecsökkent a diverzitásuk a Nama-együttesben. Azonban a tekintélyes fajszámnövekedés, majd -csökkenés ellenére az Avalon-szervezetek morfológiai változatosságát nem haladták meg egyik későbbi fázisban sem.

A kutatás kezdetén a paleontológusok nem sejthették előre, hogy milyen jelentős eredményekre bukkannak. Mindössze annyi volt a céljuk, hogy a rendelkezésre álló irodalom alapján minél pontosabban rekonstruálják az Ediacara-szervezetek morfológiai történetét. Ehhez olyan módszereket alkalmaztak, melyek jól ismertek a fosszíliák morfológiai evolúciójának vizsgálatában, de még sosem használták ezeket a rejtélyes Ediacara-fauna tanulmányozására. Nem magukat a fajokat vizsgálták, hanem a morfológiai változatosságot, mivel az egyes fajok nagyon hasonlíthatnak egymásra. Példájuk szerint, ha egymás mellé teszünk 50 különböző légyfajt, akkor azok külső megjelenésben nem fognak jelentősen különbözni egymástól, hiszen mindegyik ugyanazt a testfelépítési tervet valósítja meg.

Ezzel szemben akár három faj is sokkal nagyobb változatosságot mutathat, ha azokat különböző csoportokból válogatják össze (pl. egy légy, egy béka és egy földigiliszta). A biodiverzitást tekintve tehát nem csak a különböző fajok számát vehetjük figyelembe, hanem azt is, hogy mennyi eltérő testfelépítési terv van jelen a faunában. Az amerikai kutatók arra törekedtek, hogy mindkét megközelítéssel számoljanak.

A módszer használata során a különböző morfológiai bélyegeket átalakították numerikus (bináris) adatokká. Ez lehetővé tette, hogy objektívebben és következetesebben írják le a prekambriumi fosszíliákat, melyek többnyire csak kétdimenziós lenyomatokként őrződtek meg, és nem ismert minden részletében sem az ökológiájuk, sem a fiziológiájuk.

Azt még egyelőre nem tudják, hogy milyen hajtóerő volt a gyors morfológiai radiáció mögött az Avalon robbanás során. Az is bizonytalan, hogy a későbbi Fehér-tenger- és Nama-szakaszokban miért nem nőtt tovább, miért szűkült össze vagy tolódott el ez a morfológiai sokszínűség. Az azonban az adatok alapján kétségtelen, hogy a legkorábbi komplex makroszkopikus élővilág már a kambriumi robbanás előtt átesett egy nagy változáson. Az 575-520 millió évvel ezelőtti időszakban tehát nem egy, hanem legalább két hirtelen bekövetkező morfológiai forradalom következett be.