Das fehlende Glied der Evolution

John Grotzinger hat seine Karriere der Lösung eines der am heißesten diskutierten Mysterien der Evolutionsbiologie gewidmet – was vor Hunderten von Millionen von Jahren geschah, um den spontanen Ausbruch des Lebens auszulösen, der die frühen Vorfahren aller heutigen Tiere auf der Erde hervorbrachte. Nach einem einjährigen Aufenthalt im Nahen Osten kehrte er im Januar 2002 ans MIT zurück, wo er fossilhaltiges Gestein aus dieser sogenannten Kambrischen Explosion sammelte. Auf der Grundlage dieser Fossilien glaubt Grotzinger, Sedimentologe am Institut für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften des Instituts, die Antwort gefunden zu haben.

Laut dem Fossilienbestand entstand das Leben auf der Erde vor 3,5 Milliarden Jahren in Form von winzigen photosynthetischen Bakterien. Fast drei Milliarden Jahre lang gab es auf dem Planeten nichts Größeres als Bakterien, Plankton und mikroskopisch kleine Algen. Dann plötzlich, vor etwa 540 Millionen Jahren, entstand in den dunklen Tiefen des Ozeans eine reiche Gemeinschaft winziger Tiere. Von langen, stacheligen Würmern bis hin zu fünfäugigen Kreaturen mit Greifschläuchen für den Mund haben sie den Meeresboden vor etwa 10 Millionen Jahren vollständig verändert - ein Wimpernschlag in evolutionärer Zeit. Dies waren die ersten Vertreter praktisch aller großen Tiergruppen der heutigen Erde und vielleicht noch anderer Gruppen, die schon lange verschwunden sind.

Wissenschaftler haben verschiedene Erklärungen für die kambrische Explosion gefunden. Einer Theorie zufolge könnte das Auftauchen von Raubtieren eine Phase rasanter Evolution ausgelöst haben: Frühe Beutetiere erwarben in ihrem Anpassungskampf Abwehrmechanismen wie harte Schalen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Zunahme des Luftsauerstoffs die Entwicklung komplexerer Körperstrukturen vorangetrieben hat: Sauerstoff ist eine Voraussetzung für die Entwicklung und das Wachstum des Skeletts. Um zu klären, was tatsächlich passiert ist, reiste Grotzinger im Januar 2001 in den Oman, um in Gesteinen, die fünf Kilometer unter der Erde aus Ölfeldern gewonnen wurden, nach Fossilien zu suchen. Der Vorteil dieser Fossilien sei, dass sie sehr gut erhalten seien, sagt Grotzinger.



Als er seine Gesteinsproben zur Analyse an das MIT zurückbrachte, war Grotzinger erstaunt über das, was er sah. Zusammen mit zwei seiner Kollegen – dem Geochronologen Sam Bowring und dem Geobiologen Roger Summons – rekonstruierte er in drei Dimensionen, wie das Ozeanbecken vor dem Kambrium ausgesehen hätte, der geologischen Periode, in der die Explosion des Lebens stattfand. Fossilien in den Felsen zeigten, dass die Ozeanriffe vor dem Kambrium frühe Prototypen von Tieren mit weichen Schalen beherbergten. Cloudina , eine wurmartige Kreatur, und Namacalathus , ein winziges Tier in Form eines Weinkelches. Mit Beginn des Kambriums verschwanden diese Organismen jedoch einfach.

beleidigende städtische Wörterbuchwörter

Durch die Untersuchung von Kohlenstoffisotopen im Gestein stellten Grotzinger und Bowring fest, dass sich kurz vor Beginn des Kambriums eine große Umweltkatastrophe ereignete: Die Ozeane hörten plötzlich auf zu zirkulieren. Dieses Ereignis führte zu einem massiven Aussterben dieser frühen Tiere – möglicherweise durch einen Anstieg von Treibhausgasen wie Kohlendioxid und Methan, die aus den Ozeanen freigesetzt wurden, als die Ozeane wieder zu zirkulieren begannen. Das Ableben der frühen Tiere, so Grotzinger, habe das Spielfeld gesäubert und eine neue, vielfältigere und besser angepasste Tiergruppe entstehen lassen.

Dies war nicht das Ergebnis, das Grotzinger zu finden glaubte. Unsere ursprüngliche Theorie war, dass das Auftauchen der vielfältigen kambrischen Fauna eher auf die Erfindung von harten Schalen zurückzuführen war, die es ermöglichten, diese Organismen plötzlich im Fossilienbestand zu erhalten, sagt er. Ich hatte keine Ahnung, dass wir uns eine Aussterbegeschichte ausdenken würden.

In den frühen 1990er Jahren hatte Grotzinger präkambrische Fossilien von Cloudina und Namacalathus in Namibia. Aber der Fossilienbestand an der Grenze zwischen dem Präkambrium und dem Kambrium ist schlecht erhalten, und das Schicksal der frühen Kreaturen blieb ein Rätsel. Grotzinger spekulierte, dass es sich lediglich um Übergangstiere zwischen den allerersten Prototyptieren und der vielfältigen kambrischen Fauna handelte. Aber aufgrund seiner Daten aus dem Oman glaubt er, dass es das Aussterben der frühen Tiere war, die die Kambrium-Explosion stimulierten. Es ist eine großartige Geschichte, aber im Gegensatz zu dem, was ich erwartet hatte, sagt er.

Grotzingers Entdeckung ist wirklich die rauchende Waffe, sagt Andrew Knoll, ein Evolutionsbiologe an der Harvard University, der vor einigen Jahren zu den ersten gehörte, die eine Extinktionstheorie zur Erklärung der kambrischen Explosion vorschlugen. Und obwohl Knoll und viele andere Wissenschaftler Beweise für eine bedeutende Umweltverschiebung an der Grenze zwischen Präkambrium und Kambrium gefunden haben, konnte keiner das Ereignis direkt mit dem Verschwinden früher Prototyptiere korrelieren. Die neuen Daten aus dem Oman fügen diese beiden Ereignisse zum ersten Mal zusammen und machen die Aussterbetheorie laut Grotzinger zu einem kompletten Slam Dunk.

wie man quadratische Gleichungen macht

Die neuen Beweise stimmen auch mit den Mustern anderer großer Aussterben in der Geschichte der Tierevolution überein. Dinosaurier und Säugetiere lebten beispielsweise vor 150 Millionen Jahren zusammen. In all dieser Zeit kamen Säugetiere jedoch nie aus der Art ökologischer Kiste, in die sie von den Dinosauriern gesperrt wurden, sagt Knoll. Stattdessen blieben sie kleine rattenähnliche Wesen, die in den Bäumen herumhuschten. Eine führende Theorie besagt jedoch, dass die Säugetiere überlebten, als vor 65 Millionen Jahren ein Meteor die Erde traf und die Dinosaurier auslöschte. In dieser neuen, offenen Umgebung entwickelten sie sich schnell, wurden groß und füllten leere ökologische Nischen. Ähnliche Varianten von Säugetieren wurden wahrscheinlich schon früher durch genetische Mutationen erzeugt, wären aber während der Herrschaft der Dinosaurier durch natürliche Selektion eliminiert worden. Nach dem Aussterben der Dinosaurier überlebten die größeren Säugetiere.

Es gebe immer eine Spannung zwischen Genetik und Umweltmöglichkeiten, sagt Grotzinger, der kürzlich in die National Academy of Sciences gewählt wurde. Obwohl Gene diktieren, wie ein Organismus aussieht, prägt physikalische Kräfte den Verlauf der Evolution einer Art, sagt er. Und wenn diese Kräfte groß sind, können sie die Tür zu ganz neuen Lebensformen öffnen.

Um die Ergebnisse aus dem Oman zu verifizieren, sind die MIT-Forscher nun nach China gereist, wo sie Gesteine ​​gefunden haben, die bis in die präkambrische-kambrische Grenze zurückreichen. China hat viele Gesteine ​​im richtigen Alter, und ihre Erhaltung scheint spektakulär zu sein, sagt Bowring. Im kommenden Jahr werden wir viele interessante Daten produzieren. Weitere Fossilien und Signaturen antiker Umgebungen werden weiterhin Aufschluss darüber geben, wie diese faszinierenden Kreaturen, die vor Hunderten von Millionen von Jahren in den kambrischen Ozeanen gediehen, auf die Erde gelangten.

verbergen

Tatsächliche Technologien

Kategorie

Unkategorisiert

Technologie

Biotechnologie

Technologierichtlinie

Klimawandel

Mensch Und Technik

Silicon Valley

Computer

Mit News Magazine

Künstliche Intelligenz

Platz

Intelligente Städte

Blockchain

Reportage

Alumni-Profil

Alumni-Verbindung

Mit News Feature

1865

Meine Sicht

77 Mass Avenue

Treffen Sie Den Autor

Profile In Großzügigkeit

Auf Dem Campus Gesehen

Lerne Den Autor Kennen

Alumni-Briefe

Nicht Kategorisiert

77 Massenallee

Rechnen

Tech-Richtlinie

Lernen Sie Den Autor Kennen

Nachrichten

Wahl 2020

Mit Index

Unter Der Kuppel

Feuerwehrschlauch

Unendliche Geschichten

Pandemie-Technologieprojekt

Vom Präsidenten

Titelstory

Fotogallerie

Empfohlen