Kambrisk vippepunkt?

Kambriske eksplosjonssplinter som fortsatt rammer evolusjonære scenarier
Evolution news; 28. mars 2018
Oversatt herfra.

Bilde 1: Bevis på at dyr gravde før den kambriske eksplosjonen? Via Nagoya University.

Hvor mange evolusjonære forklaringer for den kambriske eksplosjonen har vi passert så langt? Vi har sett oksygenteorien, kreftteorien, slimteorien og andre. Her er en annen utfordrer rapportert ved Quanta Magazine –her: ‘vippe-punkt’ teorien. Dyr ‘prøvde veldig hardt å slå på regulerende gen-nettverk’ ved en tilfeldighet. Det tok en veldig lang tid, men – endelig! – slo de på lotteriet, og alt tok av.

Bilde 2. Darwin-reservasjon
Denne modellen er ‘hjerne-barnet’ til Nicholas Butterfield fra University of Cambridge. Han publiserte det i Geobiology-her. Det er åpen tilgang, så du kan ta en titt. Tilbake på Quanta sier stabskribent Jordana Cepelewicz at den nye teorien ikke bare forklarer det plutselige ved den kambriske eksplosjonen, men hvorfor det tok så lang tid.
For omtrent 540 millioner år siden spredte livet seg raskt i et evolusjonært utbrudd – et biologisk “Big Bang” som var vitne til fremveksten av nesten alle moderne dyregrupper. Forskere har lenge forsøkt å avgjøre hva som forårsaket den kambriske eksplosjonen, og forklare hvorfor dyrelivet ikke tok dette skrittet på noe tidspunkt ca. en milliard år tidligere.
Butterfield kjøper ikke oksygen teorien. Han peker på andre situasjoner hvor dyr klarer seg uten moderne oksygenivåer. Sikkert nok kunne mikrober ha funnet ut hvordan de får den nødvendige energien. Dessuten burde det vært nok oksygen i havene for å støtte livet lenge før den såkalte store oksidasjonsbegivenheten for 2.4 milliarder år siden – og det var lenge før den kambriske eksplosjonen (540 millioner år siden).
Før dyr kan eksplodere på scenen, tror han at de trengte to ting: evnen til å re-konstruere oksygenstruktur i havene (det han kaller “akvatisk bioturbasjon”) og oppfinnelsen av genregulatoriske nettverk for å tilpasse seg det nye miljøet.

Bilde 3. Klodyr fra Kambrium

–Til slutt nådde dette overlappende samspillet mellom dyrs utilsiktede re-engineering av havstruktur og deres adaptive respons på disse endringene et vippepunkt. “Systemet gikk kritisk ,” – i Butterfields ord, noe som resulterte i den plutselige utbruddet av dyrediversitet og kompleksitet under Kambrium.
Forsinket fremdukking av dyr i havet var derfor ikke forårsaket av oksygenmangel , ifølge Butterfield, men heller fordi blind darwinistisk evolusjon trengte tid for å komme fram til det vippepunktet. “Genreguleringsnettverket for å bygge et dyr er den mest komplekse algoritmen som evolusjonen noensinne har produsert ,” sa han. “Og det har bare skjedd en gang, (akkurat som) det bare har skjedd en gang en gang i landplanter,” som han påpeker, er den eneste andre avstamningslinje av organismer som har oppnådd differensiert vev, organer og organsystemer. Og det tok enda lengre tid. Det fulgte utviklingen av dyr med ytterligere 100 millioner år. “

Legg merke til at Butterfield snur oksygenteorien på hodet. En økning i oksygen var et resultat av, ikke en årsak til -eksplosjonen. For det andre, legg merke til at hans argument er i utgangspunktet et blind-urmaker argument: “blind darwinistisk evolusjon” prøvde veldig hardt å komme fram til den magiske kombinasjonen for å låse opp dyrs iboende potensial for å utvikle seg. Det tok lang tid, men når det skjedde, var resten lett. Selektivt press ville garantere fremveksten av muskler, øyne, fordøyelsessystemer, rustning og resten.
–All biologisk utveksling er i siste instans avhengig av kjemisk diffusjon, men det er den tilhørende fluid-dynamiske konteksten som bestemmer fysiologiske og økologiske egenskaper (Agutter, Malone, & Wheatley, 2000). I sammenheng med tidlig dyre-evolusjon var det den evolusjonære samlingen av stadig mer sofistikerte enheter for å manipulere væsker som revolusjonerte biosfæren. Kollektiv flagellar pulsering var tydeligvis stedet å starte, og gir skritt-stender til høyere ordens arbeidsdeling. I kjølvannet kom skala- virkninger, evolusjonære oppdagelse av muskel-fremdrift og trinnvis anvendelse av fremvoksende hydrodynamiske egenskaper.

Bilde 4. Bakterie-flagell

Det hele begynte med de første mikrobene som fant måter å utnytte tilgjengelig oksygen på. De gjorde dette ved å skape strømmer rundt sine kropper, øke diffusjonen av oppløst oksygen, slik at de kunne bruke det til energi. Jo flere mikrober som perfeksjonerte denne nyheten, desto mer omstrukturerte de havdypene med akvatisk bioturbasjon, og sendte mer oksygen nedover for flere mikrober til å benytte. Når gen-regulatoriske nettverk ble oppdaget ved en tilfeldighet, ble lunta tent. Evolusjonen var klar til å oppdage muskler og alle slags andre fine oppfinnelser.

Pluteselige flageller
Butterfield starter med flagella som allerede jobber. Er det ikke litt som å anta en boks- åpner? Egentlig ja, og han er ikke den eneste. I Current Biology –her, tar Khan og Scholey en titt på de tre forskjellige tilfellene av roterende påhengsmotorer i de tre dyrerikenes liv: flagellumet i bakterier (prokaryoter), arkaellum i arkea og cilium i eukaryoter. Gjett hvilken de tenker dukket opp først. Det stemmer: Ifølge figur 1 oppsto bakteriell flagellumet – ikonet for intelligent design og ikke-reduserbar kompleksitet – først. (Hvis du skal tro på mirakuløse tilfeldigheter, kan du også begynne stort.) De to andre, som er strukturelt forskjellige, kunne ikke ha utviklet seg fra det, fordi de “samlet seg fra forskjellige underenheter som ikke deler en felles stamfar og genererte dreiemoment ved hjelp av energi som kommer fra forskjellige brennstoffkilder … ” Så kommer en av darwinismens magiske favoritt fraser for å forklare denne situasjonen:
–Celler fra alle tre domenene i livet på jorda bruker bevegelige makromolekylære enheter som stikker ut fra celleoverflaten for å generere krefter som gjør at de kan svømme gjennom væskestoffer. Forskning utført på arkea i løpet av det siste tiåret eller så, har ført til anerkjennelsen at motilitetsinnretningene til de tre domenene til tross for at deres felles funksjon viser fundamentale forskjeller i deres egenskaper og avstamning, noe som gjenspeiler et slående eksempel på konvergent evolusjon.

Bilde 5. Kerygmachela kierkegaardi

Andre kambriske nyheter
Husk den kambriske fossilsengen i Nord-Grønland vi snakket nylig om –her? Forskere fant utsøkt bevaring av “ikke bare én, men 15 fossiliserte hjerner fra en 520 millioner år gammelt marint rovdyr”, rapporterer Live Science –her. Oppdagelsen ” hjelper forskere til å forstå hvordan gamle hjerner utviklet seg til de komplekse kommandosentrene de er i dag.” National Geographic , puster livet inn i disse komplekse National Geographic –her:
–Den utdøde arter, Kerygmachela kierkegaardi, svømte i havvann under et evolusjonært våpenløp kalt den kambriske eksplosjonen. Flankert av 11 rynkeflapper på hver side av kroppen, fremviste det gamle rovdyret en lang hale og et avrundet hode. Dets fryktelige fremover-vendte vedheng griper byttedyr, sier britisk paleontolog Jakob Vinther, som “gjør livet miserabelt for andre dyr.”

Vitenskapelige navn kan være morsomt å analysere. Denne, navngitt av Graham Budd i 1993, ærer filosofen Søren Kierkegaard av en eller annen grunn. Slektsnavnet er enda mer merkelig i en evolusjonær kontekst. Kerygma er gresk for “forkynnelsen av Kristi evangelium, særlig på den tidlige kirkes måte”, og chela er gresk for knipetang eller klo. Vi overlater det til leserens fantasi hvordan denne skapningen fikk sitt navn. Uansett hva du kaller det, var det et komplekst dyr med bilde-dannende øyne, noe som ser ut som en anomalokarid –her . Hovedpunktet var at hjernen dens var så godt bevart, at oppdagerne kunne lage seg detaljer om dens struktur.
Startet dyrgraving før den kambriske eksplosjonen? Nyheter fra Nagoya University –her; rapporterer U-formede tunneler under noen Ediacaran-miljøer funnet i Mongolia viser “tidlig opprinnelse av dyreadferd.” Ingen dyr ble funnet. Resten er optimistisk spekulasjon:

Bilde 6. Cloudina -en revbygger?

–“Det er umulig å identifisere den type dyr som produserte arenicolites- sporene,” forteller forfatteren Tatsuo Oji. “Men de var sikkert bilaterale dyr basert på sporets kompleksitet , og var sannsynligvis orm-lignende av utseende. Disse fossilene er de tidligste bevisene for dyr som gjør semi-permanente bolig i sedimenter. Utviklingen av makrofag predasjon var sannsynligvis det selektive presset for disse spor-lagerne for å bygge slike semi-permanente ikke-fauna strukturer, da de ville ha gitt sikkerhet fra mange rovdyr.”
Man kunne ønske å se faktiske ormer før man godtar premissene for denne serien av kumulative spekulasjoner. Sporene i centimeter-diameteren, rapportert i Royal Society Open Science- tidsskriftet –her, kan ha andre forklaringer, da de ikke finnes andre steder. Det høres ut som et tilfelle av en overdrevet spesiell sak for å kalle dette begynnelsen på en “agronomisk revolusjon” som “ikke gikk i et ensartet mønster på tvers av alle deponeringsmiljøer under Kambrium-virkningen, men i stedet i et nettverk av varierende bioturbasjons-nivåer over havbunnsflatene som varte godt inn i tidlig paleozoisk tidsalder.”
En annen oppdagelse burde sette bremsene på spekulasjoner om at Cloudina utviklet seg til et kambrisk dyr (se disse månedene i mars og juli -utgavene her, på Evolution News fra i fjor). Den enkle koppformede Ediacaran var ikke en revbygger, ifølge PNAS –her. Tittelen av Mehla og Maloof sier alt: “Multiskala tilnærming viser at Cloudina- aggregater er forvitrings-materie og ikke på opprinnelig plass rev-konstruksjoner.”

Bilde 7. Ediacara -(pre-kambrisk) fossil

–Det har blitt foreslått at noen Ediacaran mikrobialrev ble dominert (og muligens bygget) av en rikelig og globalt distribuert rørformet organisme kjent som Cloudina . Hvis det er sant, innebærer denne tolkningen at metazoan ramme rev-bygging – en kompleks oppførsel som er ansvarlig for noen av de største biokonstruksjoner og mest varierte miljøer i moderne havområder – dukket opp mye tidligere enn tidligere antatt . Her presenterer vi 3D-rekonstruksjoner av Cloudina- populasjoner, produsert ved hjelp av et automatisert seriell slipings- og bildebehandlingssystem kombinert med et nylig utviklet neural nettverks-bilde klassifiserer. Våre rekonstruksjoner viser at Cloudina- aggregatene er sammensatt av transporterte gjenstander mens detaljerte feltobservasjoner viser at de studerte revene utelukkende inneholder bare detritale Cloudina oppbygninger, noe som tyder på at Cloudina spilte en mindre rolle i Ediacaran-revsystemet.
Som en enkel isolert organisme som ville bli feid inn i haugevis av historiens skrothaug, var den ikke komplisert nok til å kvalifisere som en overgangsform til de kambriske dyrene.
Det var det for denne episoden av den kambriske eksplosjons gong-gong-showet-her.

Tager: Bakerie-flagellKambrisk-eksplosjonKambriske nyheter.

Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund