Az élővilág fejlődéstörténetének egy nagyon jelentős, és egyben titokzatos szakasza a nem is olyan régen ediakara időszaknak elkeresztelt földtörténeti periódus. A több, mint 2 milliárd éven keresztül kizárólag egysejtű élőlényekből álló bioszférában geológiai léptékkel nézve egy szempillantás alatt megjelenhettek az első többsejtűek, ugyanis nem sokra rá már bizonyítékaink vannak az első összetett szervezetek, a szivacsok létére. Az időszak névadója a kor második felében virágzó, és világszerte fellelhető Ediakara-bióta, ennek felfedezésével indult a kutatók máig is izgalmas eredményeket produkáló munkája, amivel egyre közelebb kerülünk a komplex élet kialakulásának megismeréséhez.
1946-ban egy fiatal térképező geológus, Reginald Sprigg a kormány megbízásából – rossz nyelvek szerint az akkori atomrobbantásos kísérletek uránérc-utánpótlásához – újranyitásra alkalmas elhagyott bányák után kutatott a délkelet-ausztráliai Ediacara-dombságban. Akármire is kellett az a nyersanyag, egy biztos: Sprigg a tudomány számára minden ércnél fontosabb leletekkel tért haza. Éppen terepi ebédjét fogyasztotta, amikor az előtte lévő kőzetanyagban medúzához hasonló élőlények lenyomatait fedezte fel. Frissen végzett földtani vizsgálatai alapján úgy gondolta, ezek a kövületek a kambrium időszak legkorábbi szakaszából, de talán még annál is korábbról származnak. Ez mindenképpen ígéretes felfedezésnek számított, abban az időben ugyanis a legősibb ősmaradványokat csupán a kambrium időszak derekáról, az összetett tengeri létformák kialakulása utánról ismert a tudomány. Feltételezték ugyan a nyilvánvaló tényt, hogy az élet fejlődésének valamikor jóval korábban kellett elindulnia, de ez csak elmélet volt, semmi tárgyi bizonyíték nem állt rendelkezésre ennek alátámasztására. Sprigg beadott egy tanulmányt bírálatra a már akkor is neves Nature szerkesztőbizottságának, de elutasították az értekezés megjelentetését. Később átutazta a fél világot, hogy részt vehessen az 1948-as londoni Nemzetközi Geológiai Kongresszuson, de az akkori tudós társadalom a legcsekélyebb érdeklődést sem mutatta a felfedezés iránt. A plénum még abban is kételkedett, hogy egyáltalán fosszíliákat talált-e a kutató az ausztráliai lelőhelyen.
Dickinsonia - az egyik első élőlény, amelynek fosszíliáit megtalálták az Ediacara-dombságban. Fotó: Alex Liu
Aztán néhány évvel később, 1957-ben a közép-angliai Charnwoodi erdőben néhány középiskolás diák megtalálta azokat a fosszíliákat, amelyek már bizonyíthatóan kambrium előtti kőzetekből származnak. Az Anglia területén elhelyezkedő földtani képződményeket jóval alaposabban ismerte a tudomány, és a 20. század közepére már az abszolút kormeghatározási módszerek is kellőképpen megbízhatóak voltak ahhoz, hogy fosszíliák nélkül is be tudják azonosítani a képződmények rétegtani helyzetét. Derült égből villámcsapásként érte hát a hír a tudományos közvéleményt: egykori élőlények lenyomatait fedezték fel olyan korú kőzetekben, ahonnan eddig még soha nem kerültek elő ősmaradványok. A nagyméretű tollakhoz hasonló fosszíliát a lelőhely után Charniának nevezték el, és – bár fogalmuk nem volt róla, miféle élőlény volt – ez volt az első ősmaradvány, ami ablakot nyitott az emberiség számára az élet törzsfejlődésének azon korai szakaszára, amikor az egyszerű egysejtű élőlények összetett szervezetekké váltak.
A sors fintora, hogy évtizedek múltán a Charnwoodi erdő kövületeiről is kiderült: a gimnazista srácok 1957-es felfedezése előtt egy évvel egy akkor 15 éves lány, Tina Negus már észrevette a lenyomatokat a sziklákon, de akkori földrajztanára, akinek elmesélte felfedezését, nem tulajdonított jelentőséget neki, mondván, hogy prekambriumi kőzetekben nem lehetnek fosszíliák.
A Charnwoodi erdőben felfedezett kövületek egyik jellegzetes képviselője, és elsőként megtalált példánya, a Charnia masoni holotípusa (ezen példány alapján írták le az új fajt). A nemzetség névadója a lelőhely, a fajé pedig a fosszília megtalálója. (forrás: www.ediacaran.org)
Az új felismerés híre villám gyorsasággal futott végig a világon, majd végül egy az Osztrák-Magyar Monarchiában született és tanult, de később Ausztráliába elszármazott geológus, Martin Glaessner figyelt fel az összefüggésre a korábban méltatlanul semmibe vett Sprigg Ediacara-dombságból származó leletei és a Charnia között.
Sőt, az évek múltán kiderült, voltak már ennél is korábban előkerült hasonló korú leletek – például az 1872-ben leírt Aspidella terranovica Új-Fundlandról, vagy egy 1933-as namíbiai lenyomat –, csak senki nem merte bevállalni azok zavarba ejtő, kambriumnál korábbi datálását.
Az alaposabb vizsgálatokat követően bebizonyosodott, hogy Sprigg kövületei is a prekambriumból származnak, ráadásul az ott feltárt maradványok az Angliában talált sírközösségnél jóval többféle élőlényt képviselnek. Olyan bizarr, rendszertani hovatartozásukat illetően évtizedes vitákat gerjesztő lények népesítették be a tenger aljzatát ebben az időben az 1 cm-től a másfél méterig terjedő méretben, mint a bordázott tehénlepény alakú Dickinsonia, a szétlapított fenyőtobozra hajazó Yornia, vagy a balerina szoknyát viselő avokádóra emlékeztető Kimberella. Az Ediacara-dombság fosszíliái lettek így ennek a misztikus kornak a névadói: a hasonló időszakból, 575-542 millió évvel ezelőttről származó kövületeket gyűjtőfogalomként ma mind az Ediakara-bióta terminussal illetik. Elterjedt az Ediakara-fauna név is, de mivel évtizedes vita zajlott (és részben még zajlik) azzal kapcsolatban, hogy kizárólag állatokról van-e szó, a ’bióta’ kifejezés szerencsésebb.
Az Ediakara-bióta fantáziarajza. Főbb szerepekben: Dickinsonia, Spriggina, Nimbia és Charnia (forrás: John Sibbick)
A 20. század második felében sorra kerültek elő azok a földtani formációk, amelyekben megtalálhatók az Ediakara-bióta képviselői. Mint később kiderült, voltak közöttük mélyebb és sekélyebb tengerek lakói, törmelékfalók, és később ragadozók is. Volt, amelyik helyhez kötött életmódot folytatott, de néhányuknál már a mobilitásra való képességet is felfedezték. Ahhoz képest, hogy 60 éve még semmit nem tudtunk a létezéséről, ma már egy virágzó tengeri életközösség képe rajzolódik elénk, ha az Ediakara-biótára gondolunk. Jelenleg öt kontinensről (az Antarktisz még hátra van) közel 30 lelőhely ismert, és Kínában már rendelkezésünkre áll egy elképesztően jó állapotban konzervált fosszíliákat tartalmazó rétegeggyüttes, egy igazi Lagerstatte is, a 635 és 551 millió év közötti időszakot lefedő Doushantuo formáció.
Sőt, egy igazán friss - mindössze két napos - tanulmány már arról ad hírt, hogy egy északnyugat-oroszországi lelőhelyről származó, és páratlan épségben fennmaradt Dickinsonia kövületéből új eljárással szerves anyagot tudtak kivonni, és bebizonyosodott: az élőlény szövetei nagy arányban koleszterint is tartalmaztak. Ezáltal bizonyítást nyert a Dickinsonia állati mivolta.
Az Ediakara-bióta ma ismert lelőhelyei (forrás: www.ediacaran.org)
A feltárt leletanyag feldolgozása során idővel annyira sokat tudtunk meg ezekről az élőlényekről, és annyira jelentősnek bizonyult az általuk képviselt kor a földi élet fejlődéstörténetében, hogy 2004-ben - 8 évi egyeztetést követően - a Nemzetközi Rétegtani Bizottság új földtörténeti időszakot vezetett be ediakara néven a 635 és 541 millió év közötti periódusra. A földtörténeti időskálát folyamatosan finomhangolják még napjainkban is, de ez főként az egyes szakaszok határainak pontosítását jelenti, esetleg a legalacsonyabb, rövidebb egységek variálását. Egy új földtörténeti időszak bevezetésének jelentőségét mi sem érzékelteti jobban, mint hogy az ediakara 2004-es bevezetése előtt utoljára 120 évvel korábban neveztek el geológiai időszakot.
Az ediakara időszak (forrás: wikipedia.org)
Az új időszakot részben a kambrium korai szakaszából csippentették le, részben a korábban másként tagolt neoproterozoikum utolsó részéhez adták hozzá.
Annak ellenére, hogy a klasszikus értelemben vett Ediakara-bióta képviselőit az 575 és 542 millió év közötti kőzetekből ismerjük, az ediakara időszak kezdetét 635 millió évvel ezelőttre tették. Ennek az az oka, hogy az elmúlt évtizedek során fokozatosan a szemünk elé tárult egy folyamat, amelynek során az evolúció egy komoly lépést tett előre: az élet keletkezése óta eltelt több, mint 2 milliárd év után történt valami, aminek hatására az addig kizárólag egysejtű eukarióta élőlényekből álló bioszférában megjelent a többsejtű élet, majd később olyan bámulatos összetettségű szervezetek alakultak ki, amelyek – az időszak végén lezajló kihalási esemény ellenére is – alapjai lehettek a későbbi kambriumból ismert élővilágnak: ebből a korból már az összes ma is élő állattörzs képviselőit ismerjük.
Az ediakara időszak tehát az a földtörténeti kor, amelynek csaknem száz millió éve során az élet eljutott az egysejtűektől a ma is ismert állattörzsekig.
Az, hogy mindez pontosan hogyan történt, a kutatókat foglalkoztató legfontosabb kérdések közé tartozik. Az elmúlt években rengeteg új eredmény született az ediakara időszak kapcsán, és napjainkban is szabályosan záporoznak a tanulmányok, amelyek mind hozzátesznek valami újat az élővilág történetének eme jelentős szakaszáról alkotott képünkhöz.
Annak ellenére, hogy élesedik a képünk erről az időszakról, igazából rengeteg nyitott kérdés van még a viszonylag jól ismert és sok fosszíliát szolgáltató Ediakara-bióta élőlényeivel kapcsolatban is. Sokáig a fura alakú lények egyikét sem tudták egyértelműen besorolni egyik rendszertani kategóriába sem. A kambriumtól kezdve többségében egyértelműen beazonosítható a kutatók számára a rokoni kapcsolat az akkori és a későbbi korok élőlényei között, az Ediakara-bióta élőlényeiről viszont még az sem volt biztos, hogy egyáltalán állatok-e vagy növények. Vagy gombák, vagy protista egysejtűek. Esetleg az élőlények egy eddig nem ismert és eltűnt ötödik országához tartoznak, ami a kihalásukat követő korokban soha többé nem bukkant fel? Az evolúció zsákutcái voltak ezek a lények, amit egy katasztrófa örökre lesöpört az élet színpadáról, vagy némelyik kövületben talán akár az emberiség ősét is tisztelhetjük?
Ha lassan is, de haladunk a megoldás felé. A Dickinsonia „állati mivoltát” feltáró néhány napos tanulmány mellett számos más kutatás világított rá arra, hogy a bióta több elemének is rokoni kapcsolata van a későbbi korok élőlényeivel.
Lássuk, mit tudunk ma arról, hogy mikor és hogyan jöttek létre a Földön az első többsejtű szervezetek és az első komplex élőlények?
Mindamellett, hogy a paleontológusok a fosszíliákat egyre komolyabb eszközökkel tudják vizsgálni, a kutatásba az elmúlt évekbe beszálltak a genetikusok is. Van ugyanis egy új elv, ami alapján viszonylag pontos becslésekkel tudnak hozzájárulni egyes evolúciós állomások időpontjának meghatározásában. Az elv neve molekuláris óra, és azt veszi alapul, hogy az evolúció során a DNS-ben a mutációk viszonylag egyenletes ütemben jelennek meg. Ennek segítségével meg lehet becsülni azt az időt, mely a ma élő fajoknak bizonyos közös ősöktől való elágazása óta eltelt. A molekuláris óra eljárással egyfajta „idővonalat” készítenek a kutatók ezeket a genetikai változásokat feltérképezve. Így ki lehet következtetni a ma élő fajok genetikai adataiból, hogy az élővilág bizonyos szervezettségi foka hány évvel ezelőtt alakulhatott ki. Természetesen minél régebbi eseményt, azaz minél alacsonyabb fejlettségi fok kialakulásának idejét próbáljuk meghatározni, annál nagyobb pontatlansággal kell kalkulálni.
Ezzel a molekuláris eljárással állapították meg nemrég a kutatók, hogy a többsejtű állatok kifejlődése és első nagyobb csoportjaik leválása az egysejtű szervezetekétől nagyjából 600 millió – 1 milliárd évvel ezelőtt következhetett be.
A ma ismert legősibb többsejtű szervezetek maradványai - a szivacsok - kb. 600 millió évesek, illetve bizonyos biomarkerek segítségével egy ománi lelőhelyről néhány éve szivacsok nyomait azonosították 635 millió éves kőzetekből - így az általunk keresett esemény valamikor ez előtt következhetett be. Sajnos az ősélet kutatóinak legjobb barátai, az üledékes kőzetek az ediakara előtti időszakkal kapcsolatban teljesen némák: egyáltalán nem állnak rendelkezésünkre olyan rétegek, amelyek alkalmasak lettek volna az akkor élt élőlények fosszilizációjára. Így hát ha az ősmaradványanyagra hagyatkozunk, nem vagyunk előrébb.
A Föld legősibb többsejtű állatai a szivacsok, legidősebb fosszíliái 600 millió éves kőzetekből kerültek elő (forrás: Zongjun Yin)
Volt azonban valami, ami segített a kutatóknak közelebb kerülni a megoldáshoz, és még a felgyorsult evolúciós tempóra is magyarázattal szolgált.
A geológusok már a 19. század végétől kezdve találtak olyan kőzetdarabokat prekambriumi képződményekbe ágyazódva világszerte, amelyeket hordalékkövekként azonosítottak. Ezek a hordalékkövek olyan kőzetdarabok, amiket hatalmas gleccserek szállítanak és ágyaznak be az éppen akkor kővé váló üledékekbe. A tudomány fejlődésével ezen képződmények korát is pontosítani tudták, és a 20. század második felére kiderült, hogy az egész világon rengeteg ponton található hasonló képződmények nagyjából egy időben alakultak ki. Megszületett, majd azóta bizonyítást is nyert egy elmélet, miszerint nagyjából a 735 és 635 millió év közötti időszakban hatalmas jégkorszakok több hulláma fagyasztotta be szinte az egész bolygót, a jég legnagyobb kiterjedésekor az egyenlítő mentén is vastag jégpáncél volt. Ezt a megfagyott világot a tudomány ’hógolyó-Földnek’ hívja.
A 850 és 635 millió év közötti kriogén időszak során több hullámban is totális eljegesedés sújtotta a Földet. A jégsapka nem is sapka volt, az egész bolygó úgy nézett ki, mint egy hógolyó.
Ha tehát meg is indult a többsejtű életformák kialakulása a nagy jégkorszakok előtt, annak képviselői valószínűleg teljesen eltűntek az évmilliókig tartó globális fagy során. Valószínűbb azonban, hogy a molekuláris óra segítségével megbecsült időszak második felében, valamikor a jégkorszak heves vulkanizmus által kiváltott megszűnését követően (tehát kb. 635 millió éve) nyílt lehetőség arra, hogy a jégbe zárt – és a túlélésre ezáltal alkalmasabb – egysejtű létformák továbbfejlődése a kedvezővé vált klímával megtámogatva kibontakozhasson.
Ez viszont azt jelenti, hogy a sivár hógolyótól az első bonyolultabb létformákig tartó időszak pusztán néhány millió évig tartott. Ez evolúciós léptékben rendkívül rövid idő! Mi történhetett?
Egy friss elmélet szerint éppen a hógolyó-Föld hatalmas gleccsereinek köszönhető ez a gyors tempó. A legfrissebb tanulmány tavaly jelent meg a Nature hasábjain, de már korábban felvetették, hogy a jégkorszakok során a gleccserek minden más glaciális időszaknál hosszabb ideig koptatták a hegységek kőzetanyagát. Amikor a több tízmillió évig tartó folyamat végén a jég elolvadt, elképesztő mennyiségű kőzetanyag került az olvadékkal együtt az óceánok vízébe. Ez az ásványi anyagban rendkívül gazdag törmelék kiváló tápanyag volt az akkor ébredező alga kolóniák számára. Az algák elszaporodása alapot teremtett egy későbbi tápláléklánc számára, ami serkentőleg hatott az evolúciós folyamatokra.
A tavalyi tanulmány nem bizonyítja az elméletet, pusztán a szóban forgó időszak egy ideális rétegsorát vizsgálva kijelenti, hogy a kőzetekben található mikrofosszíliák vizsgálatával is tapasztalható az a trend, miszerint az eljegesedést követő rövid időn belül komoly mértékben elszaporodtak az algák, és földtörténeti léptékben rövid idő alatt megjelentek az első többsejtű szervezetek, a szivacsok.
Az ediakara tehát az élővilág fejlődéstörténetének igazán izgalmas és kritikus szakasza. Sok titkot rejt még az evolúció és a földtörténet kutatói előtt, de napról napra új eredmények születnek ezekkel a korai létformákkal kapcsolatban, és idővel egyre közelebb kerülünk az Élet hajnalának megismeréséhez. Érdemes figyelemmel kísérni a híreket!
Források:
- Franz Anthony: The secret Garden of Ediacara and the origin of complex life (Earth Archives)
- Ediacaran.org
- Guy M. Narbonne (2005). THE EDIACARA BIOTA: Neoproterozoic Origin of Animals. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2005. 33:421–42
- Zongjun Yin, Maoyan Zhu, Eric H. Davidson, David J. Bottjer, Fangchen Zhao, and Paul Tafforeau (2015). Sponge grade body fossil with cellular resolution dating 60 Myr before the Cambrian. PNAS March 24, 2015 112 (12) E1453-E1460.
- Jochen J. Brocks, Amber J. M. Jarrett, Eva Sirantoine, Christian Hallmann, Yosuke Hoshino & Tharika Liyanage (2017). The rise of algae in Cryogenian oceans and the emergence of animals and Their Ecosystems. Nature volume 548, pages 578–581.
- BBC Radio 4 Podcasts: Melvyn Bragg and guests discuss the Ediacara Biota.
- David Attenborough's First Life (BBC, 2010)
- Richard Dawkins: Az ős meséje (Partvonal, 2006)