Masiniai išmirimai ar pasaulinio vandenyno cheminė sudėtis, kas turi didesnę įtaką organizmų skeletų mineraloginei sudėčiai? Evoliucinių biologų yra senai pastebėta, kad organizmai turintys skirtingas skeleto mineralogijas geologinėje praeityje atsirasdavo neatsitiktinai bet koreliuotai su vandenyno sudėties pokyčiais. Organizmai turintys aragonitinį skeletą pagrindę atsirasdavo aukšto Mg/Ca jonų santykio vandenyje epochose, tuo tarpu kalcitinį skletą turintys organizmai atsirasdavo mažo Mg/Ca jonų santykio vandenyne epochose. Vokietijos bei Prancūzijos (Kiessling et al., 2008) mokslininkai turėdami omenyje šiuos dėsningumus, bandė atsakyti į klausimą, kas vis dėl to nulemia tolimesnį organizmų su skirtinga mineralogine skeleto sudėtimi klestėjimą - ar palankus aplinkos pobūdis skeleto sekretavimui ar makroevoliuciniai masinių išmirimų efektai?
Vandenynas fanerozojaus eono metu buvo pakeitęs savo vyraujančią Mg/Ca sudėtį mažiausiai keturis kartus, nes jo metu buvo tris "aragonitinių jūrų" su aukšta Mg koncentracija fazės, bei dvi "kalcitinių jūrų" fazės su aukštesne Ca koncentracija (beje mes dabar gyvename vienoje tokioje aragonitinėje fazėje). Eksperimentai rodo, kad organizmų mineralogija gali pasikeisti įvykus Mg/Ca koncentracijų pasikeitimui vandenyje kaip fenotipinis plastiškas atsakas. T.y. organizmas pasikeitus sąlygoms sekretuoja kitokios mineralogijos skeletą, nors ir jo genetinė sandara nepasikeičia. Taigi, fenotipinis palstiškumas gali iš principo būti labai svarbus mineralogijos dominavimo pobūdžio veiksnys geologiniuose laiko masteliuose.
Autoriai, tam, kad atsakytu į pateiktas hipotezes, išanalizavo organizmų grupių turinčių skirtingą skeleto mineralogiją, makroevoliucinius pokyčius bei santykinius dažnius uolienose. Šiuos duomenys jie gavo pasinaudoję PDB (
paleobiology database) sistema bei PARED rifinių organizmų duomenų baze -
Aragonitiniu _taksonu _proporcija _ir_juru _chemijos _stadijos.jpg. Kaip matoma iš prisegtų grafikų, vyraujanti organizmų mineralogija (grafikuose parodyta aragonitinį skeletą turinčių organizmų proporcija), nėra stipriai nulemiama vyraujančio aplinkos pobūdžio (šviesūs ir užtamsinti grafiko regionai atitinkamai rodo aragonitines ir kalcitines jūras). Taip pat, iš duomenų matoma, kad paleontologiniame metraštyje matomas trendas aragonitinių skeletų proporcijos didėjimo linkme. Tačiau, autoriai tai interpretuoja kaip dalinai artefaktinį reiškinį, dėl to, kad laikui bėgant aragonitas pereina į stabilesnę kalcito būseną, todėl ko jaunesnės nuogulos - tuo teoriškai jose turėtu būti išlikę daugiau aragonitinės sudėties skeletų.
Kaip buvo nustatyta, tyrimo metu, didžiausi pokyčiai skeletų mineralogijos tipo dominavime įvykdavo po masinių išmirimų ir tarp visų tų masinių išmirimų didžiausią įtaką mineraloginei būsenai turėjo permo-triaso masinis išmirimas. Vidutiniai pokyčiai skeletų mineralogijos dominavime buvo vidutiniškai tris kartus didesni po masinių išmirimų nei per jūrų mineraloginius perėjimus (iš aragonitinių į kalcitines ir atvirkščiai). Tačiau, pokyčių kryptis po masinių išmirimų buvo nenuspėjama kaip ir pats efekto dydis. Šis dėsningumas yra labai panašus į tą kurį atrado
John Alroy, kai jis nagrinėjo masinių išmirimų efektą atskirų organizmų kladų bioįvairovės dinamikai (
G-mokslai: Kokia bus gyvybė vandenynuose, jei įvyktu dar vienas masinis išmirimas?). Be to, svarbiausią vaidmenį čia turėjo ne diferencijuotas taksonų su skirtingomis skeletų mineralogijomis išgyvenamumas bet jų rediversifikacija (t.y. atsistatymo) eiga po pačio išmirimo.
Taigi, šis tyrimas parodo, kad ilgalaikiai cheminiai vidutinės vandenynų sudėties pokyčiai neturėjo tokio didelio efekto nei duotos mineralogijos organizmų gausumui nei jų diversifikacijai ir atvirkščiai - trumpalaikiai masiniai išmirimai bei vėlesnė poišmiriminė rediversifikacijos dinamika buvo pagrindiniai skeletų mineralinio tipo dominavimą nulemiantys veiksniai. Tokiu būdu, masinių išmirimų efektai atsispindi ne tiktai pačioje biologinėje dinamikoje bet ir geologiniuose procesuose, kai jų dėka įtakojama nuosėdinių uolienų sluoksnių sudėtis bei ateities vandenynų biogeocheminiai ciklai.
Makroevoliucijos eiga bei paleontologinio metraščio kokybė nulemiami to pačio veiksnio - jūros lygio svyravimų. Paleontologiniame metraštyje matomas biologinės įvairovės evoliucijos signalas yra labai sudėtingas. Jau nuo Čarlzo Darvino laikų vyksta diskusijos apie tai ką mes jame matome? Ar tai yra tikrasis biologinių pokyčių paveikslas ar tie dėsningumai yra viso labo iliuzija, kuri atsiranda dėl geologinio metraščio nepilnumo? Ilgą laiką mokslininkai laikėsi poliarizuotų pozicijų. Vieni mokslininkai (kaip pvz. tas pats Čarlzas Darvinas) manė, kad paleontologinis metraštis yra labai nepilnas ir pagal jį negalima spręsti apie tikrąją evoliucijos eigą. Kiti gi, kaip pvz. Žoržas Kiuvė, skaitė jame matomus pokyčius tiesiogiai. Tačiau, šiuo metu atsiranda kur kas subtilesnis paleontologinio metraščio prigimties supratimas. Prieš keliolika metų buvo išsakytos mintys, kad gal būt kaip paleontologinio metraščio kokybė (pvz. fosilingų uolienų kompleksų kiekis nagrinėjamuose laikotarpiuose) taip ir tikrieji biologiniai procesai yra nulemiami tų pačių veiksnių, kai pvz. besikeičiančios aplinkos sąlygos nulemia kaip blogesnį fosilijų išsisaugojimą taip ir sukelia išmirimus ar slopina naujų rūšių atsiradimus - t.y. tiesiogiai veikia pačią biologinę įvairovę.
Praėjusių metų lapkritį išėjęs tyrimas pateikė naują metodologiją bei jos taikymus, kurie parodė kokiu būdu mes galime išsiaiškinti priežastingumą tarp aplinkos sąlygų pokyčių, endogeninės biologinės dinamikos pobūdžio bei paleontologinio metraščio gausumo ir adekvatumo (Hannisdal and Peters, 2011, Crampton 2011). Autoriai, panaudoję naują informacijos teorija paremtą metodiką, nustatė kokie yra ryšiai tarp įvairių žemės geobiologinę sistemą apibrėžiančių kintamųjų bei pagal informacijos atsikartojimą, nustatė kurie iš jų yra pagrindiniai varomieji mechanizmai o kurie tiktai koreliuojasi su jais.
Visų pirma jie palygino kokiu būdu yra susiję stratigrafinių paketų bei organizmų genčių atsiradimų bei išnykimų greičiai. Be to autoriai patikrino ir biologinės įvairovės pokyčių pobūdį su kitais svarbiais kintamaisiais: stabilių deguonies izotopų (
delta18O) trendais, kurie atspindi klimato pokyčius bei apledėjimų mąstą; stabilių anglies izotopų(
delta13C) trendais, kurie atspindi organinio bei neorganinio anglies rezervuarų santykius (=biogeocheminių ciklų pobūdį); stabilių sieros izotopų (
delta34S) santykiais, kurie parodo šelfinės aplinkos oksidacijos laipsnį; stroncio izotopų santykiais (
87Sr/86Sr), kurie atspindį dūlėjimo procesų bei vandenyno plutos spredingo greičius; ir taip pat jūros lygio pokyčiais, kurie buvo matuojami pagal viso pasaulio kontinentų užtvindymo plotą -
Makroevoliucija _ir_ geobiologiniai _pokyciai.jpg.
Palyginus, naudojantis daugybinių regresijų metodika, kintamųjų pokyčius, buvo nustatyta, kad labiausiai jūrinių gyvūnų genčių bioįvairovės dinamiką įtakoja uolienų paketų dinamika (atsiradimai ir išnykimai) o antras pagal svarbumą kintamasis buvo sieros izotopų rodiklis (
delta34S). Tačiau, regresijos, kaip ir pastebėta autorių, aptinka tiktai tiesinius ir monotoninius efektus tarp kintamųjų. Todėl jie panaudojo kur efektyvesnę informacijos perdavimo funkcijos analizę, kai nulemtumo efektai vieno kintamojo kitam nesimetriški antro kintamojo perdavimo pirmam, kas leidžia išaiškinti priežastingumo dėl pokyčių kryptis. Kaip parodė šis tyrimas, kintamumas genčių įvairovėje kuris anksčiau buvo priskiriamas uolienų paketų kiekio variacijoms (=paleontologinio metraščio kiekiui) geriau paaiškinamas jūros lygio svyravimais, nes nuo jų priklausė kaip ir pati įvairovė taip ir nuosėdinių uolienų paketų skaičius. O taip pat kur kas svarbesnę įtaką turėjo
delta34S rodiklis, kuris nurodo vandenyno aeracijos pobūdį. Tuo tarpu jei pokyčius sąlygoti su delta34S bei jūros lygio svyravimais, tuomet nuosėdinių uolienų paketų skaičius,
delta18O,
delta13C bei
87Sr/86Sr rodikliai tampa mažai arba visiškai nereikšmingi numatant biologinės įvairovės lygio svyravimus -
Informacijos _perejimo _funkcijos.jpg.
Kaip rodo informacijos perdavimo krypčių analizės, dauguma kintamųjų sudaro interaktyvią apjungtą sistemą. Sieros izotopai nulemiami anglies izotopų, kas rodo, kad pirito laidojimo procese svarbų vaidmenį turi organinės produkcijos efektyvumas. Taipogi, stiprus informacijos perdavimo efektas matomas tarp anglies izotopų santykių pokyčių ir deguonies izotopų santykių pokyčių, kas nurodo, kad dešimčių milijonų metų bėgyje anglies laidojimas ir ekshumavimas yra vienas pagrindinių klimato pokyčius kontroliuojančių mechanizmų. Įdomu, kad jūros lygio pokyčiai neatkartoja informacijos apie genčių pokyčius suteikiamos sieros izotopų pokyčių. O tai reiškia, kad vandenyno aeracija yra svarbus nepriklausomas veiksnys makroevoliucinėje dinamikoje.
Autorių tyrimas parodė, kad viso fanerozojaus metu, biologinė įvairovės, kontinentų užtvindymo bei izotopų rodyklių didžiausio mastelio bruožai veikiausiai labiausiai įtakojami taip vadinamo tektoninio Vilsono ciklo - t.y. superkontinentų susidarymo - dispersijos - ir naujo susitelkimo. Šis procesas kontroliuoja kaip jūros lygio pokyčius, naujos vandenyninės plutos gaminimąsi, taip ir anglies laidojimo greičius bei kontinentų dūlėjimo intensyvumą. O visų šių veiksnių pokyčiai tiesiogiai ar netiesiogiai įtakoja biologinę įvairovę.
Nuorodos į G-mokslus susijusiomis temomis:Moa ir banginių filogenijos bei šių grupių sąsajos su žemės geologine istorija
Banginių evoliuciją kontroliuojantis faktoriai ir mezozojaus eros banginių analogai Darvinas 200 [Raudonoji Karalienė ar Rūmų Juokdarys? Kokios yra evoliucijos priežastys?]
Biologinius išmirimus stipriai apibrėžia aplinkos veiksniai
Nuorodos:
Kiessling Wolfgang, Martin Aberhan & Loïc Villier. 2008. Phanerozoic trends in skeletal mineralogy driven by mass extinctions. Nature Geoscience 1, 527 - 530 pp. -
Straipsnis "Nature Geoscience" žurnale apie tai, kad masiniai išmirimai nulemia skeletų mineralogijos trendus fanerozojaus eone.
Hannisdal Bjarte, S. E. Peters. 2011. Phanerozoic Earth System Evolution and Marine Biodiversity. Science, Vol. 334 no. 6059, 1121-1124 pp. -
Straipsnis "Science" žurnale apie žemės sistemos pokyčių susietuma su biologinės įvairovės evoliucija.
Crampton James. 2011. What Drives Biodiversity Changes? Science, Vol. 334 no. 6059, 1073-1074 pp. -
Straipsnis "Science" žurnale nurodantis prieš tai pateikto straipsnio tyrimų kontekstinę perspektyvą.
--
AS