7 Minutės
Salterella yra smulki, neįprasta fosilija iš ankstyvojo kambrio, kuri verčia mokslininkus iš naujo galvoti apie tai, kaip pirmieji gyvūnai išmoko formuoti kriaukles ir skeletus. Kambrinėse uolienose gausi ši konusinė forma derina išorinį apvalkalą ir vidinį mineralinį įdėklą tokiu būdu, kuris retai pasitaiko fosilijų registre — todėl ji tampa svarbia mįslės dalimi paleontologams, tyrinėjantiems biomineralizacijos ištakas.
Salterella fosilijos iš Kanados. Šis eksponatas yra laikinai paskolintas iš Na-Cho Nyäk Dun tautos bendradarbiaujant su Yukon Government Heritage. Jis paimtas iš jų tradicinės teritorijos gavus leidimą. Nuotraukos autorius: Spencer Coppage, Virginia Tech
Fosilija, kuri atsisako patogios šeimos medžio vietos
Ankstyvasis kambris (maždaug prieš 538–506 milijonus metų) žymi kertinį laikotarpį, kai dauguma pagrindinių gyvūnų gyslų evoliucionavo mineralizuotus skeletus ir kriaukles. Praėjus daugiau nei pusei milijardo metų, šios struktūravimo strategijos tebėra dominuojančios: kai kurie gyvūnai sekretoškai nuosėdino mineralus ant organinių karkasų (pvz., kaulų ir dantų formavimas), o kiti pasyviai sujungė ar agregavo išorinius mineralus į apsauginius apvalkalus ar šarvus.
Tačiau Salterella neįsitenka vienoje iš šių kategorijų. Vietoj to, kad paprasčiausiai išskirtų mineralinę plokštę ar pasyviai sukibtų su aplinkinėmis nuosėdomis, ji sukūrė ploną konusinį išorinį apvalkalą aplink kūną ir sąmoningai užpildė apvalkalo ertmę kruopščiai parinktų mineralinių grūdelių mišiniu, taip sukurdama tvirtą vidinį įdėklą. Ši neįprasta „dviguba“ konstrukcija — išorinis konusas kartu su tikslingai supakuotu vidumi — komplikuoja pastangas priskirti Salterella kamienui arba padėčiai gyvūnų šeimų medyje.
Istoriškai Salterella „šokinėjo“ tarp labai skirtingų grupių: kartais ją sulygindavo su cefalopodais (kalmarais ir aštuonkojais), vėliau — su gastropodais ir jų giminaičiais, dar vėliau — su medūzų protėviais, o kartais lygino su kirmėlėmis. 1970-aisiais ji ir panaši fosilija Volborthella buvo išskirta į atskirą grupę, daugiausia todėl, kad niekur kitur jos neįsipaišė. Dešimtmečius jos liko evoliuciniais našlaičiais — visur pasitaikančios kambrinėse uolienose, bet menkai suprastos ir klasifikuotos.
Prescott Vadya, geosciences magistrantas, gilinosi į Salterella — senovinį ir neįprastą organizmą, turėjusį tiek išorinį apvalkalą, tiek vidaus skeletą. Nuotraukos autorius: Spencer Coppage, Virginia Tech
Kaip tyrėjams pavyko atskleisti dalį mįslės
Prescott Vayda, geosciences magistrantas, vadovavo daugiametei, tarpinstitucinei studijai, kurioje Salterella ir jos giminės buvo iš naujo tiriamos remiantis lauko rinktinėmis ir laboratoriniais mineraloginiais tyrimais. Vayda ir kolegos surinko egzempliorius iš klasikinių kambrinių vietovių — Death Valley (JAV), Yukono (Kanada) ir Wythe County (Virdžinija) — ir nuodugniai ištyrė apvalkalo formą, grūdelių pasirinkimą bei kristalinę sandarą naudodami šiuolaikines mikroskopijos, skenavimo elektroninės mikroskopijos (SEM), rentgeno difrakcijos (XRD) ir geocheminių analizės metodikas.
Gauti rezultatai nubraižė netikėtą portretą. Salterella nesurinko atsitiktinės nuosėdų masės ar mišinio. Ji elgėsi selektyviai: tam tikri grūdai, pavyzdžiui, molio dalelės, buvo sistemingai pašalinami, kvarcas buvo toleruojamas, bet nepageidaujamas, o sunkesni arba retesni mineralai — ką tyrimas šmaikščiai vadina „parinktaisiais“ grūdais, pavyzdžiui, titanu prisotintos fazės — buvo palankiau inkorporuojami. Toks modelis rodo aktyvų pasirinkimą, o ne paprastą pasyvų užpildymą.
Selektinio grūdų rinkimo modelis siūlo biologinę funkcionalumą. Vidinis mineralinis įdėklas galėjo padėti stabilizuoti organizmą minkštose nuosėdose, pakeisti masės centrą palankesnei judėjimo dinamikai arba netgi dalyvauti maitinime — galbūt kaip balastas, slėptuvė maisto dalelėms surinkti ar paviršius mikroorganizmams pritraukti. Surinkti ir tiksliai išdėstyti grūdus reiškia, kad Salterella turėjo tam tikrus priedus ar struktūras, galinčias paimti ir manipuliuoti dalelėmis — elgsena, kuri turi svarbių evoliucinių pasekmių ir atveria klausimus apie ankstyvąją sudėtingos elgsenos raidą.
Kur Salterella galėtų prigulti tarp gyvųjų grupių
Sujungę morfologiją, ekologiją ir apvalkalo mikrostruktūrą, Vayda ir kolegos pasiūlė provokuojančią hipotezę: Salterella ir Volborthella gali priklausyti žieduotojų (Cnidaria) giminei — grupei, kuriai priklauso šiandieniniai koralai, jūrinės anemonės ir medūzos. Šiuolaikiniai žieduotojai apima daugiau nei 9 000 aprašytų rūšių ir demonstruoja įvairias gyvybinės strategijas — nuo sėslių koralų, kurie sekretoja kalcio karbonatą, iki pelaginių medūzų, plūduriuojančių atviroje jūroje.
Priskiriant Salterella platesniam žieduotųjų kamienui, daug lengviau paaiškinti jos unikalias konstrukcijas: žieduotojai jau tarp gyvųjų grupių eksperimentuoja su skirtingais skeletų formavimo būdais, o ankstyvas, dabar išnykęs eksperimentas su mineralų agregacija ir selektyviu pildymu galėjo būti prarasta šaka evoliucijos kontekste. Tokia interpretacija nebūtinai reiškia, kad Salterella būtų tiesioginis šiuolaikinių koralų ar medūzų protėvis, bet ji siūlo, kad biomineralizacijos praktikos kambriniame sprogime buvo įvairios ir kartais trumpalaikės — evoliucinės „bandymų“ linijos, kurios nepaliko daug tiesioginių palikuonių, tačiau prisidėjo prie morfologinės įvairovės poslinkių.
Kaip Vayda pastebėjo, „tinkamos vietos šiems fosiliniams pavyzdžiams suradimas yra svarbus mūsų supratimui apie tai, kaip gyvūnai evoliucionavo skeletus ir kriaukles.“ Tokie teiginiai turi svertą, nes jie padeda nuosekliau susieti fosilinius duomenis su gyvųjų organizmų biologija ir ekologija, leidžiant paleontologams rekonstruoti ne tik morfologijas, bet ir elgesio bei funkcinę dinamiką praeityje.
Kodėl tai svarbu evoliuciniam mokslui
Perduodant Salterella į platesnę gyvųjų grupių naratyvą, perrašoma nedidelė, bet reikšminga biomineralizacijos istorijos dalis. Jei ankstyvas žieduotųjų giminaitis naudojo tiek išorinį apvalkalą, tiek vidinį pakraunamą įdėklą, tai praplečia žinomą ankstyvųjų skeletų ir kriauklių statybos strategijų repertuarą ir parodo, kad kambrinė evoliucinė eksperimentacija buvo dar turtingesnė, nei manyta iki šiol.
Indeksinės fosilijos, tokios kaip Salterella, taip pat yra praktiniai įrankiai geologijoje: jų gausa ir stratigrafinis pastovumas leidžia naudoti jas kaip žymes uolienų sluoksnių datavimui ir koreliacijai. Tačiau už uolienų datavimo ribų šios fosilijos užkoduoja elgesio elementus, aplinkos sąveikas ir konstrukcines technikas — užuominas, kurios pagilina mūsų vaizdą apie ankstyvųjų gyvūnų ekosistemas, jų maisto grandines, buveinių užimtumą ir ekologinę specializaciją.
Be to, tyrimas atveria techninius klausimus, kuriuos galima toliau tirti naudojant tarpdalykinį priėjimą: pavyzdžiui, detalesnė mineraloginė analizė gali nustatyti tikslesnį grūdelių kilmės regioninį kontekstą, izotopinės analizės galėtų atskleisti biogeochemines sąlygas, o modeliavimo priemonės — kaip vidinis įdėklas paveikė hidrodinamiką ar užkasimo procesus. Tokie požiūriai padeda sujungti mikroskalės mineralinę struktūrą su makroskalės ekologinėmis ir evoliucinėmis funkcijomis.
Ekspertų įžvalgos
„Salterella suteikia retą langą į ankstyvąją gyvūnų inžineriją,“ teigia dr. Lara Emerson, paleobiologė, nedalyvavusi tyrime. „Tai primena, kad evoliucija ieško daugybės struktūrinių sprendimų — kai kurie jų palieka mažai tiesioginių palikuonių, bet atskleidžia svarbias stadijas, sudarančias šiandieninę anatominių sistemų sudėtingumą.“
Grąžinus Salterella į platesnį biomineralizacijos naratyvą, mokslininkai gali geriau suprasti, kodėl vienos mineralinės strategijos išliko, o kitos išnyko. Vayda ir kolegos pabrėžia, kad šis atradimas yra tiek mokslinis, tiek filosofiškai reikšmingas: „Tai apie tikrą supratimą, iš kur mes kilome ir gyvybės Žemėje istorijos aiškinimą,“ — sako jis. Maža, enigmaticiška Salterella pasirodo esanti netikėtai raiški pasakotoja, kurios studijavimas gali atskleisti naujus aspektus apie kambrinio sprogimo metu vykusią biologinę inovaciją ir kompleksines biomineralizacijos trajektorijas.
Išplėstinės analizės ir lyginamoji morfologija su Volborthella bei kitomis kambrinėmis formomis gali padėti patikslinti filogenetinius ryšius ir atskleisti, ar panašūs konstrukciniai sprendimai atsirado konvergentiškai ar kaip bendros evoliucinės linijos dalis. Tolesni tyrimai, ypač naudojant pažangias vaizdo rekonstrukcijas ir 3D modeliavimo technologijas, gali leisti tyrėjams virtualiai „perstatyti“ šių organizmų apvalkalus ir išnagrinėti, kaip skirtingos mineralinės sudėtys ir grūdelių kombinacijos veiktų realiomis geologinėmis sąlygomis.
Galiausiai, Salterella atgaivina diskusijas apie biomineralizacijos kilmę ir evoliuciją plačiau: ar mineralų naudojimas kaip konstrukcinis elementas buvo dažnas ankstyvaisiais gyvybės laikotarpiais, bet dažnai neužfiksuotas dėl blogo išsaugojimo ar netinkamų interpretacijų? Ar galėjo būti daug trumpalaikių mineralinių eksperimentų, kurie paliko tik fragmentinius įrašus? Atsakymai į šiuos klausimus reikalauja tiek platesnio paleontologinio duomenų rinkinio, tiek tarpdisciplininių metodų, siekiant atkurti gyvybės technologinę evoliuciją per geologinį laiką.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą