TEMA BROJA

POSTANAK I RAZVOJ ŽIVOTA

Kambrijumska “eksplozija Života”

Biološki big-beng

Razdoblja u istoriji Zemlje, eoni, ere, periodi i epohe izdvajaju se na osnovu značajnih događaja koji obeležavaju njihove početke. Najduža razdoblja u Zemljinoj istoriji nazivaju se eoni. Fanerozoik znači zapravo “eon života”, a stene koje nastaju tokom ovog eona, za razliku od stena iz prethodnih eona sadrže brojne fosile kao svedočanstva o razvoju organskog sveta na Zemlji.Fanerozojski eon se deli na tri ere: paleozoik, mezozoik i kenozoik, što znači stari, srednji i novi život.

Prof. dr Vesna Dimitrijević

Najstariji period fanerozojskog eona, istovremeno i najstariji period paleozoika, naziva se kambrijum, i počinje približno pre 540 miliona godina. To je period koji ima poseban značaj za paleontologiju, jer se u kambrijumskim stenama fosili “iznenada” javljaju u velikom broju. Ovaj događaj u istoriji Zemlje označava se kao “kambrijumska eksplozija života”.Možemo ga drugačije nazvati i biološkim big-bengom. U to vreme pojavljuje se najveći deo osnovnih tipova životinja, javljaju se prvi organizmi sa skeletom, a predatorstvo postaje osnovni način života.

Najbolja ilustracija ovog dešavanja su fosili sakupljani tokom više od stotinu godina, visoko u Stenovitim planinama u Kanadi, na nalazištu koje se zove Burdžes šeils (Burgess shales), što znači: listaste stene iz Burdžesa, jer su fosili očuvani u sitnozrnim slojevitim sedimentima, nastalim litifikacijom finozrnog mulja.

Burdžes šeil, plave životinjice sa bodljama. U pozadini su rekonstrukcije roda Halucigenia, a zelena segmentirana životinja sa štipaljkom u prvom planu je Opabinia.

Životinje su živele na muljevitom dnu uz veliki, skoro vertikalni greben koji su izgradile krečnjačke alge, u plitkovodnoj i dobro provetrenoj sredini (slika 1). Verovatno su naslage mulja vremenom postajale nestabilne pa je dolazilo do podvodnih kliženja sedimenta, što je dovodilo do prenošenja organizama u dublju sredinu bez kiseonika, brzog zatrpavanja i fosilizacije. Neki od fosila se mogu povezati sa današnjim životinjama – zglavkarima, rakovima, crvima i hordatima, dok su filogenetski odnosi i način života većine enigmatični. Tu su pronadjeni fosili za koje ne možete da se odlučite šta im je gornja, a šta donja strana, koji deo tela je prednji a koji zadnji, pa nije čudo što su dobili ime Halucigenia, ili neobični predatori, kao što je petooka Opabinia, koja nosi oči na drškama na glavi, a na prednjem delu glave ima debeli pipak sa štipaljkom na kraju!

Najbrojniji fosili u Burdžesu, a velikim delom i tokom celog paleozoika su trilobiti.

Paleozoski zglavkari

Trilobiti su paleozojski zglavkari koji su većinom živeli u plitkoj vodi, puzajući po dnu i hraneći se hranljivim sastojcima iz mulja, dok je manji broj razvio sposobnost plivanja. Kao što im samo ime kaže, njihovo telo podeljeno je na tri dela, i sastoji se iz više zglobljenih segmenata (slika 2). Medju prvima u životinjskom svetu, trilobiti su razvili složeni sistem vida. Njihove oči odlikuju čvrsta, kristalna sočiva, a izoštravanje je omogućavalo postojanje dva sloja u sočivima sa različitim indeksom odbijanja.

Telo trilobita štitio je hitinski pancir koji je potpuno pokrivao leđnu stranu, a sa trbušne strane nalazio se samo na glavenom delu do usnenog otvora. Da bi sačuvali nezaštićenu, trbušnu stranu, trilobiti su mogli da se sklupčaju.

Pisma na kamenu, glavonošci i morski krinovi

Početak drugog po redu paleozojskog perioda, ordovicijuma (pre 500-440 miliona godina), obeležava pojava nektonskih graptolita. Graptoliti su neobični fosili, za koje se dugo nije znalo od kakvih organizama potiču. Njihovo ime znači: pisma na kamenu, a većina izgleda kao sićušne testerice.Još jedna vrlo značajna grupa organizama, čije su ljušture nalaze u paleozojskim stenama, su cefalopodi – glavonošci. Oni obuhvataju današnje hobotnice, sipe, lignje i nautiluse, i predstavaljaju najkrupnije životinje među beskičmenjacima. Današnja džinovska sipa, Architeuthis, dugačka je 16 m; a ordovicijumski glavonožac Cameroceras imao je pravu kupastu ljušturu dugu čak 10 m.

Za glavonošce se smatra i da su najintiligentniji medju beskičmenjacima. Oni imaju veoma razvijene organe za kretanje, pipke koji im služe i za hvatanje. Glavonošci sa ljušturom kreću se tako što izbacuju mlaz vode unazad, a plivanje kroz vodeni stub im olakšavaju vazdušni džepovi koji se nalaze u komoricama na koje je ljuštura podeljena. Zanimljivo je da se pregradni zidovi između komorica kroz evoluciju sve više usložnjavaju: kod paleozojskih njihov profil je relativno jednostavan, a kod mezozojskih sve složeniji.

Osvajanje kopna

Bujanje života na Zemlji bilo je u prvom delu paleozoika ograničeno na vodenu sredinu. Medjutim, počev od silura (pre 440 do 410 miliona godina) život se širi i na kopno. Javljaju se prve kopnene biljke, prvo u obliku niskih vaskularnih biljaka koje su naselile močvare i šikare u blizini morskih obala. Za biljkama su u osvajanje kopna ubrzo krenule i životinje, prvo insekti, a u devonu (pre 410 do 360 miliona godina) i kičmenjaci.

Evolucija insekata slikovito ilustruje kako organizmi osvajaju nove životne sredine. U svakoj novoj životnoj sredini, prve životinje su najčešće insekti. Tako su i kopnenu sredinu prvo osvojili insekti, i prvi razvili sposobnost letenja. Insekti danas čine oko 95% svih poznatih životinjskih vrsta, i mogli bismo reći da insekti, a ne sisari, pa ni čovek, dominiraju Planetom.Dok većinu današnjih insekata odlikuju male dimenzije, neki od najstarijih insekata imali su neobičnu sklonost ka gigantizmu: karbonski vilin konjic Meganeura imao je raspon krila od 75 cm (slika 3), a bubašvabe su bile duge desetak centimetara.

Osvajanje kopnene sredine nije bilo lako. Prvi kopneni kičmenjaci morali su da se suoče sa mnogobrojnim problemima: da se izbore sa silom zemljine teže i ponesu težinu sopstvenog tela, i da se istovremeno kreću u potrazi za hranom. Problem je predstavljala i zaštita od gubitka vlage, naročito kada su u pitanju male životinje i mladunci. Za život na kopnu bila su potrebna nova čula i organi – pre svega disajni organi, čulo sluha i usavršeno čulo vida. Životinja koja je rešila sve ove probleme – prvi četvoronožac nazvan je Ichthyostega – riboliki, stegalni (sa niskom lobanjom) vodozemac - stegocefal. Zaista, mnoge njegove osobine podsećaju na njegovo riboliko poreklo, pre svega rep i glava. Zanimljivo je da su fosili ove životinje, i nekih srodnih formi, otkriveni na Grenlandu, pokazali da su ovi najstariji kopneni kičmenjaci imali sedam, odnosno osam prstiju na nogama i da, prema tome, pentadaktilija (petoprstost) nije primarna osobina svih četvoronožaca, kako se do skora smatralo.

Doba riba i doba krinova

U morima je istovremeno živelo mnoštvo riba, zbog čega se devon često drugačije naziva “doba riba” (slika 4): neobične ribe oklopnjače sa teškim koštanim pancirima koji su im štitile tela, ribe bodljašice sa koštanim bodljama koje su podupirale peraja, i predačke forme današnjih rskavičavih i koštanih riba. Ribe oklopnjače su izumrle krajem devona, bodljašice krajem paleozoika, a rskavičave i koštane ribe, naročito ajkule i zrakoperke, i danas vladaju morima. Od devonskih riba šakoperki, koje su imale sposobnost da prežive sušne periode zahvaljujući sposobnosti dvojakog disanja – na škrge i na pluća, i šakasta peraja koja su im pomagala da puze po dnu i tokom sušnog perioda pređu iz jednog vodenog basena u drugi - razvili su se prvi četvoronošci. Na njihovu srodnost ne ukazuju samo veoma slično građene lobanje i kosti u ekstremitetima, odnosno šakastim perajima, već i neobična sličnost u građi zuba – koji na preseku imaju dentin izuvijan u obliku lavirinta.

U narednom geološkom periodu, karbonu (pre 360 do 290 miliona godina), u morima su naročito raznovrsni i brojni postali krinovi, malo poznati rođaci današnjih morskih ježeva, morskih krastavaca i zvezda. Morski krinovi su pričvršćeni za dno dugačkom drškom, na čijem kraju se nalazi kruna u kojoj su smešteni glava i pet ili više razgranatih pipaka za hvatanje planktonske hrane. Drške su kod nekih bile i više od metra duge, a bile su izgrađene od stotina članaka. Krinovi su se ponekad prčvršćivali za ploveće predmete, i živeli su najćešće u kolonijama, praveći na morskom dnu raskošne “bašte” .

Na kopnu su rasle šume koje su produkovale ogromne količine biomase od kojih su nastale naslage uglja. Razvile su se masivne papratnjače, koje su često dostizale visinu do 35 m, a likopode sa karakterističnom kraljušastom čvrstom korom, kao što su Sigilaria i Lepidodendron, dostizale su visinu i od 45 m.

Na kraju paleozoika

Vladari ovih karbonskih pejzaža bili su stegocefali, veliki i najčešće tromi vodozemci dugi do tri metara. Ali su se krajem karbona, u njima pojavili i najstariji gmizavci. Bile su to male, gušterolike, agilne ali nespecijalizovane životinjice. Već u narednom geološkom periodu, permu, njihovi potomci potisnuli su stegocefale i postali dominantne životinje na kopnu, a ovaj primat će zadržati sve do kraja mezozoika.

Poslednji period paleozoika, perm (pre 290 do 245 miliona godina) označava rivalstvo između dve glavne grupe gmizavaca – zverolikih, tj. one razvojne grupe gmizavaca iz kojih nastaju sisari a koji tokom evolucije poprimaju sve više sisarskih osobina, i takozvani diapsidni gmizavci, ili gmizavci sa dve slepoočne jame na lobanji, čiji su potomci dinozauri, leteći gmizavci – pterozauri, krokodili, gušteri i zmije.

U permu su prevlast imali zveroliki gmizavci. U mezozoiku oni izumiru, ali ne pre nego što se od njih razviju sitne, snalažljive i brze životinjice pokrivene dlakom – sisari.

Paleozoik se završio najvećim masovnim izumiranjem u istoriji Zemlje. Nivo svetskog mora opao je za nekih 150 m, a niz vulkanskih erupcija zasenio je Sunce i prouzrokovao efekat staklene bašte. Izumrlo je 95% svih vrsta morskih organizama, uključujući sve trilobite i većinu tadašnjih vrsta glavonožaca, korala i krinova. Sa kopna je nestalo 75% kopnenih kičmenjaka i gotovo sve listolike biljke. Ovo veliko masivno izumiranje ostavilo je planetu gotovo pustom. Na početku sledeće geološke ere, mezozoika, preživele životne forme imale su na raspologanju ogroman životni prostor i lepezu različitih ekoloških uslova u njemu.

Mezozojska radijacija gmizavaca i kenozojska radijacija sisara

Najvažnija osobina po kojoj se gmizavci razlikuju od vodozemaca je da se legu iz jaja sa unutrašnjim omotačem, snabdevena hranljivim materijama. Ovakvo jaje, koje se naziva amniotsko, gmizavci mogu da polažu na kopnu a ne samo u vodi, kao što je slučaj sa jajima vodozemaca. Takođe, ona embrionu omogućavaju da se prehrani dok se ne razvije u četvoronošca nalik roditeljima, dok vodozemci prolaze stadijum metamorfoze pre nego što se razviju u odrasle jedinke. Amniotsko jaje raskinulo je čvrstu vezu između kičmenjaka i vodene sredine iz koje su potekli i omogućilo gmizavcima, kao najstarijim amniotima, da u potpunosti osvoje kopnenu sredinu i mnoštvo ekoloških niša koje je ona pružala.

Već u permu gmizavci su bili brojniji i raznovrsniji od vodozemaca. Kopnene mase bile su tada na Zemlji objedinjene u superkontinent, Pangeu. Klima na Pangei veoma se razlikovala od vrlo tople u prostranim, središnjim sušnim oblastima, do glacijalne, na južnom delu tog kopna, koje se nalazilo u oblasti južnog pola. Gmizavci su se prilagodili različitim klimatskim pojasevima.

Najveću raznovrsnost gmizavci će dostići u mezozoiku. U mezozoiku se razvija mnoštvo različitih grupa gmizavaca specijalizovanih na različite načine ishrane i različite načine kretanja. Neke od razvojnih linija gmizavaca prilagođavaju se ponovo životu u vodi. U mezozojskim morima živeli su riboliki ihtiozauri i džinovski pliozauri i pleziozauri – gmizavci su bili najveće i dominantne životinje ne samo na kopnu već i u vodi. Ovaj proces razdvajanja na više razvojnih linija i specijalizacije na mnoštvo različitih ekoloških niša nazivamo radijacija. Naročito je impozantna brojnost i raznovrsnost koju u mezozoiku dostižu diapsidni gmizavci, već pomenuti gmizavci sa lobanjom sa dve slepoočne jame. Jednoj grupi ovih gmizavaca (takozvani niži diapsidni gmizavci) pripadaju današnji gušteri i zmije, ali i mnoštvo mezozojskih kopnenih i morskih životinja, između ostalih i džinovski morski gušteri, mozazauri. Druga grupa su viši diapsidni gmizavci, ili arhozauri. U ovu grupu spadaju dobro poznate, najveće kopnene životinje koje su ikada živele na Zemlji, dinozauri, prve prave leteće životinje – pterozauri, kao i današnji krokodili. Ovoj grupi pripadaju i neposredni preci ptica, a po najnovijim shvatanjima i same ptice.

Mezozojsko carstvo gmizavaca ozbiljno je ugroženo katastrofalnim događajima koji su označili kraj ere. Veliko strano nebesko telo, procenjuje se prečnika oko deset kilometara, pogodilo je Zemlju, oblast poluostrva Jukatan u Meksiku, pre približno 65 miliona godina. Tektonski pokreti intenzivirali su se i pre nego što se ovo dogodilo, krajem mezozoika, a dokazane su i klimatske promene. Takođe, intenzivna vulkanska aktivnost odvijala se u oblasti visoravni Dekan u Indiji. Još uvek su u toku žustre rasprave o sledu i uticaju ovih događaja na biljke i životinje, ali je nesumnjivo da je do masovnog izumiranja na Zemlji došlo, i da je početkom kenozoika Zemlja ponovo opustela.

Preživelih je ipak bilo. Od kopnenih životinja to su mahom sitne životinjice, a od kičmenjaka gmizavci, ptice i sisari.

Rani mezozojski sisari bili su malog rasta, nalik na današnje rovčice; hranili su se insektima, ili su bili svaštojedi i hranili se malim beskičmenjacima, plodovima i jajima. Današnji sisari - torbari i placentalni sisari, već u mezozoiku predstavljaju jasno odvojene razvojne linije. Međusobno se razlikuju pre svega po reproduktivnim osobinama - torbari donose na svet nedonešene mladunce, čiji se razvoj završava u marsupijumu - torbi, a placentalni sisari rađaju za samostalni život mnogo sposobnije mladunce i hrane ih mlekom. Torbari su prvobitno bili vezani za Severnu Ameriku, i bili su slični današnjem oposumu. Placentalni sisari su se prvobitno javili u Evroaziji, a zatim i u severnoj Americi.

Odlučujuću ulogu u njihovom rasprostranjenju imao je raspored kopna i mora. Paleozojski superkontinent, Pangea, cepa se u mezozoiku na kontinente. Prvo se izdvajaju Antarktik i Australija. S obzirom da su torbarski sisari već živeli u to vreme, a placentalni se još nisu pojavili, na australijskom kopnu se razvija bogata fauna torbarskih sisara, koji nisu imali konkurenciju placentalnih sisara. Krajem mezozoika, međusobno se odvajaju južna Amerika i Afrika. Južna Amerika bila je uzanom kopnenom vezom povezana sa severnom Amerikom. Početkom kenozoika ova veza se kida, tako da i južna Amerika dugo ostaje potpuno izolovana od svih drugih kontinenata, i razvoj sisarske faune ima svoj poseban tok. Do danas preživljavaju torbari, i razvijaju se neke grupe placentalnih sisara vezane samo za ovaj kontinent.

Severna Amerika, Evropa i Azija ostaju spojene. Na njima se odvija glavni razvoj placentalnih sisara, adaptivna radijacija tokom koje se oni prilagođavaju različitim ekološkim nišama i klimatsklim promenama koje se odvijaju tokom kenozoika, tako da danas mnoštvo životnih formi živi u većini ekosistema planete Zemlje.

Prof. dr Vesna Dimitrijević