Fraktališkos sandaros makroskopiniai ediakaro organizmai mito osmotrofiškai
52 views
Skip to first unread message
Andrej S
Aug 26, 2009, 10:28:12 AM8/26/09
to G-mokslai
Paleontologai iš Virdžinijos politechninio instituto ir valstijos universiteto PNAS žurnale paskelbė tyrimą, kuriame jie kaip manoma išsiaiškino kai kurių paslaptingų pirmykščių makroskopinių daugialąsčių organizmų maitinimosi ypatumus. Ediakaro periodas (prieš 630 - 542 mln. metų), kuris pavadintas pagal vietovę Australijoje, kur pirmą kartą surastos, šiam periodui būdingos keistų makoskopinių organizmų liekanos yra ypatingas tuo kad jo metu egzistavo pirmieji stambus daugialąsčiai beskeletinai organizmai. Kai kurie paleontologai jų tyrinėjimą sulyginą su ateivių šešėlių tyrinėjimu, nes patys šių organizmų kūnai neišliko o viskas apie ką mes apie juos žinome slypi jų atspauduose. Kaip manoma tai yra polifilėtinė eukariotų grupė, kuri neturi iki šiol išgyvenusių atstovų. Vyksta įnirtingos diskusijos, kas tokie tie ediakaro organizmai vis dėl to yra. Vieni mokslininkai sako kad tai dumbliai, kiti sako kad tai veikiausiai milžiniški jūriniai grybai, treti - kad tai koralai, nariuotakojai ir kiti šiuolaikinių gyvūnų tipų atstovai! Tokia yra nuomonių įvairovė, arba bent jau buvo iki šiol. Nes šiuo metu manoma kad dauguma šių organizmų, kaip jau ir minėta anksčiau, priklauso skirtingoms eukariotų evoliucinio medžio atšakoms, ir dauguma ediakaro organizmų yra baziniai metazoa (gyvūnų) atstovai. Net jų istorija, sutrumpintai atkartoja po jos sekusią gyvūnų bioįvairovės kitimo dinamiką (G-moksluose - Another Big Bang for Biology - Avalono Sprogimas įvyko prieš didįjį Kambro evoliucijos šuolį!).
Taigi, naujausiame tyrime skirtame šiai paslaptingai organizmų grupei, pateiktas modelis kaip galėjo maitintis kai kurie ediakaro makroskopiniai organizmai. Tyriami buvo erniettomorph'ai ir rangeomorph'ai - fraktališkos ir serijinės išorinės morfologijos organizmai. Kaip būdingi šių grupių atstovai, modeliavimui pasirinkti Pteridinium, Rangea ir Fractofusus. Ediakaro organizmų mitybos būdas - tai nesiliaujati moksinių ginčų srytis. Vieni mokslininkai mano kad jie yra mikro- arba makrofagai (rijo stambų maistą), arba saprotrofai (negyvos medžiagos jūros dugne ėdikai), arba parazitai, kiti sako kad jie yra fotosintetinantis autotrofai o dar kiti kad jie mito osmotrofiškai (įsiurbdami maistines medžiagas, naudodamiesi jų koncentracijos gradientu). Makrofaginis maitinimasis, pas nagrinėjamas ediakaro organizmų grupes, gali būti atmestas, nes šiuose organizmuose nerasta būdingu šiam maitinimosi tipui anatominių struktūrų, tokių kaip čiuptuvai, angos arba zooidai. Taip pat atmetama fotoautotrofiškumo hipotezė, nes jų liekanos yra randamos tiktai afotinės zonos nuogulose.
Autoriai, tokiu būdu testavo osmotinio maitinimosi, kai maistingos medžiagos absorbuojamos tiesiai iš aplinkinės terpės galimybę. Anksčiau buvo išsakyta mintis kad minėtų ediakaro organizmų sandara yra fraktališka, todėl kad tai yra prisitaikymas ploto ir tūrio santykio P/T padidinimui, ir tokiu būdu tiesioginės absorbcijos per išorines membranas efektyvumo padidinimui, priimant kad ištirpusių organinių medžiagų koncentracija tuometiniuose vandenynuose buvo ganėtinai aukšta. Kiek yra žinoma, tikrąja osmotrofija šiuo metu užsiima tiktai bakterijos, kurios yra mažesnės nei 100 mikrometrų dydžio (išskyrus dvi "milžiniškas" bakterijas - Thiomargarita ir Epulopiscium). Kaip tik šios milžiniškos bakterijos buvo priimtos kaip metaboliniai analogai erniettomorph'ams ir rangeomorph'ams, stengiantis nustatyti ar morfologiniai pakitimai sugebės padaryti pakankamai didelį P/T santykį, tam kad toks maitinimosi būdas būtu efektyvus. Kaip mini autoriai tai buvo konservatyvus skaičiavimai, nes ediakarai buvo eukariotiniai organizmai kurie be paprasto osmoso galėjo atlikti ir endocitozę. Jie modeliavo atskirų organizmo modulių pridėjimo, išsiplėtimo ir vakuolizacijos įtaką P/T santykio pasikeitimui, stengiantys nustatyti metabolinio morfologijos bei kūno dydžio suvaržimo ribas (kaip tai matoma pas bakterijas).
Kaip rodo tyrimas, organizmai ne tik keičia savo morfologiją sudėtingu būdu, didėjant kūno dydžiui (pvz. didinant fraktališkumą), bet ir gali tiesiog padidinti vieną savo dimensiją, kitų nekeičiant (pvz. kaip tai daro lapai arba plokščiosios kirmelės), tampant labiau plokštiems. Tokia strategija naudojosi ir dauguma ediakaro organizmų, kurie dažnai buvo ganėtinai plokšti. Tačiau jie naudojosi ir alternatyvia strategija, didinant savo kūno šakotumą, bei audinių susilankstimą (žmogaus organizme tokį pobūdį galima pamatyti žiūrint į plaučius, kraujagysles arba plonųjų žarnų sieneles). Erniettomorph'ai pagrindę naudojosi pirma strategija, tuo tarpu rangeomorph'ai tokie kaip Fractofusus, labiau naudojo antrą. Taip pat nustatyta kad P/T santykis pas erniettomorph'us sulyginamas su milžiniškų bakterijų santykių, tačiau jie veikiausiai papildomai maitinosi ir endocitoziškai.
Kaip pažymi autoriai, toks maitinimosi būdas apriboja vidinių organizmų ertmių sudėtingumą, neleisdamas tose vietose būti metaboliškai aktyviems audiniams. Ir iš tiesu, keletas gerai išsilaikiusių fosilijų rodo kad šių organizmų ertmės buvo užpildytos metaboliškai neaktyviomis medžiagomis (tos ertmės buvo užpildytos smėliu).
Apjungiant modeliavimo rezultatus ir milžiniškų bakterijų gyvenimo būdą, galima sužinoti kaip gyveno šie keisti ediakaro organizmai. Dabartinės milžiniškos bakterijos gyvena vandenynų šelfo zonoje kur vyksta aktyvus apvelingas, kuris atneša didelius kiekius ištirpusios organinės medžiagos, kas iškart padidina osmotrofijos efektyvumą. Kiek yra žinoma, nagrinėti ediakaro organizmai gyveno gyliuose vandenynų duburiuose, kuriuose vyko aktyvi vandens su dideliu organikos kiekių pernaša bei tas vanduo buvo prisotintas deguonies, kas komplekse su turbulentinėmis srovėmis priedugnyje efektyvino tokį medžiagų įsisavinimo būdą.
Reikia dar pažymėti ir tai kas nebuvo paminėta nagrinėjamame tyrime, kad šiuo metu yra sukūrta taip vadinama West, Brown ir Enquist (WBE) metabolizmo ir morfologinių struktūrų skeilingo teorija. Kaip seniai pastebėta, metabolizmas organizme kinta priklausomai nuo masės sekančiu būdu ~ M^(3/4). Pagal šia teorija, organizmo vidinė sandara yra fraktališka todėl kad egzistuoja stiprus metaboliniai apribojimai, kuriuos turi tenkinti morfologija, tam kad organizmas galėtu egzistuoti. Taip ši teorija aiškina kad būtent ploto ir tūrio santykiai organizmo pernašos tinklų sistemose, nusako organizmų metabolinius ypatumus (kodėl dramblis turi lėtesnį metabolizmą nei tarkim kurmis?). Metabolizmo greitis pagal jų teorija yra lygus resursų perdavimo greičiui, ir nors organizmai stipriai varijuoja savo dydyje, būtent jų mažai varijuojančios sudedamosios (ląstelės) nulemia šitokį pobūdį. O pats efektyviausias pernašos tinklas turi fraktalinę struktūrą, kuri įvairiuose masteliuose išlaiko tą patį geometrijos pobūdį. Būtent iš tokių pradinių pozicijų ir atsiranda "3/4" laipsnio metabolizmo priklausomybė nuo masės.
Whitfield manymu, būtent toks su energijos išgavimu ir naudojimu susijęs priėjimas gali paaiškinti funadamentinius biologijos klausimus - nuo metabolizmo greičio, augimo pobūdžio, arba populiacinės dinamikos iki molekulinės evoliucijos ir rūšių pasiskirstymo pobūdžio.
Veikiausiai daugelį dalykų biologijoje (ir kituose gamtos moksluose) nulemia tokie fiziniai apribojimai ir morfologijos (metabolizmo, elgesio) strategija stipriai priklauso nuo aplinkos bei pačio organizmo mastelio parametrų. Tiktai, kaip žinoma iš ankstesnių evoliucinės biologijos tyrimų - kuo didesnis optimizuojamų parametrų skaičius, tuo didesnis optimalių sprendimų kiekis (Marshall, 2006). Taip ir atsiranda įvairovė. Nors aišku yra ir kitų pozicijų šiuo klausimu.
Nuorodos:
Marc Laflamme, Shuhai Xiao and Michał Kowalewski. Osmotrophy in modular Ediacara organisms.PNAS August 25, 2009 vol. 106 no. 34 14438-14443 - Straipsnis PNAS žurnale apie kai kurių ediakario periodo makroskopinių organizmų osmotrofinę mitybą.
Earliest Complex Organisms Fed By Absorbing Ocean Buffet, Geobiologists Propose - populiarus straipsnis apie anksčiau minėtą tyrimą Science Daily tinklalapyje.
Whitfield J, 2004 Ecology's Big, Hot Idea. PLoS Biol 2(12): e440. doi:10.1371/journal.pbio.0020440 - Straipsnis "PLoS Biology" žurnale apie West, Brown ir Enquist metabolizmo ir formos alometrijos modelį.
Charles R. Marshall.EXPLAINING THE CAMBRIAN “EXPLOSION” OF ANIMALS.Annual Review of Earth and Planetary Sciences Vol. 34: 355-384 (Volume publication date May 2006) - Straipsnis apie Kambro sprogimo priežastys "Annual Review of Earth and Planetary Sciences" leidinyje.
--
AS
Taigi, naujausiame tyrime skirtame šiai paslaptingai organizmų grupei, pateiktas modelis kaip galėjo maitintis kai kurie ediakaro makroskopiniai organizmai. Tyriami buvo erniettomorph'ai ir rangeomorph'ai - fraktališkos ir serijinės išorinės morfologijos organizmai. Kaip būdingi šių grupių atstovai, modeliavimui pasirinkti Pteridinium, Rangea ir Fractofusus. Ediakaro organizmų mitybos būdas - tai nesiliaujati moksinių ginčų srytis. Vieni mokslininkai mano kad jie yra mikro- arba makrofagai (rijo stambų maistą), arba saprotrofai (negyvos medžiagos jūros dugne ėdikai), arba parazitai, kiti sako kad jie yra fotosintetinantis autotrofai o dar kiti kad jie mito osmotrofiškai (įsiurbdami maistines medžiagas, naudodamiesi jų koncentracijos gradientu). Makrofaginis maitinimasis, pas nagrinėjamas ediakaro organizmų grupes, gali būti atmestas, nes šiuose organizmuose nerasta būdingu šiam maitinimosi tipui anatominių struktūrų, tokių kaip čiuptuvai, angos arba zooidai. Taip pat atmetama fotoautotrofiškumo hipotezė, nes jų liekanos yra randamos tiktai afotinės zonos nuogulose.
Autoriai, tokiu būdu testavo osmotinio maitinimosi, kai maistingos medžiagos absorbuojamos tiesiai iš aplinkinės terpės galimybę. Anksčiau buvo išsakyta mintis kad minėtų ediakaro organizmų sandara yra fraktališka, todėl kad tai yra prisitaikymas ploto ir tūrio santykio P/T padidinimui, ir tokiu būdu tiesioginės absorbcijos per išorines membranas efektyvumo padidinimui, priimant kad ištirpusių organinių medžiagų koncentracija tuometiniuose vandenynuose buvo ganėtinai aukšta. Kiek yra žinoma, tikrąja osmotrofija šiuo metu užsiima tiktai bakterijos, kurios yra mažesnės nei 100 mikrometrų dydžio (išskyrus dvi "milžiniškas" bakterijas - Thiomargarita ir Epulopiscium). Kaip tik šios milžiniškos bakterijos buvo priimtos kaip metaboliniai analogai erniettomorph'ams ir rangeomorph'ams, stengiantis nustatyti ar morfologiniai pakitimai sugebės padaryti pakankamai didelį P/T santykį, tam kad toks maitinimosi būdas būtu efektyvus. Kaip mini autoriai tai buvo konservatyvus skaičiavimai, nes ediakarai buvo eukariotiniai organizmai kurie be paprasto osmoso galėjo atlikti ir endocitozę. Jie modeliavo atskirų organizmo modulių pridėjimo, išsiplėtimo ir vakuolizacijos įtaką P/T santykio pasikeitimui, stengiantys nustatyti metabolinio morfologijos bei kūno dydžio suvaržimo ribas (kaip tai matoma pas bakterijas).
Kaip rodo tyrimas, organizmai ne tik keičia savo morfologiją sudėtingu būdu, didėjant kūno dydžiui (pvz. didinant fraktališkumą), bet ir gali tiesiog padidinti vieną savo dimensiją, kitų nekeičiant (pvz. kaip tai daro lapai arba plokščiosios kirmelės), tampant labiau plokštiems. Tokia strategija naudojosi ir dauguma ediakaro organizmų, kurie dažnai buvo ganėtinai plokšti. Tačiau jie naudojosi ir alternatyvia strategija, didinant savo kūno šakotumą, bei audinių susilankstimą (žmogaus organizme tokį pobūdį galima pamatyti žiūrint į plaučius, kraujagysles arba plonųjų žarnų sieneles). Erniettomorph'ai pagrindę naudojosi pirma strategija, tuo tarpu rangeomorph'ai tokie kaip Fractofusus, labiau naudojo antrą. Taip pat nustatyta kad P/T santykis pas erniettomorph'us sulyginamas su milžiniškų bakterijų santykių, tačiau jie veikiausiai papildomai maitinosi ir endocitoziškai.
Kaip pažymi autoriai, toks maitinimosi būdas apriboja vidinių organizmų ertmių sudėtingumą, neleisdamas tose vietose būti metaboliškai aktyviems audiniams. Ir iš tiesu, keletas gerai išsilaikiusių fosilijų rodo kad šių organizmų ertmės buvo užpildytos metaboliškai neaktyviomis medžiagomis (tos ertmės buvo užpildytos smėliu).
Apjungiant modeliavimo rezultatus ir milžiniškų bakterijų gyvenimo būdą, galima sužinoti kaip gyveno šie keisti ediakaro organizmai. Dabartinės milžiniškos bakterijos gyvena vandenynų šelfo zonoje kur vyksta aktyvus apvelingas, kuris atneša didelius kiekius ištirpusios organinės medžiagos, kas iškart padidina osmotrofijos efektyvumą. Kiek yra žinoma, nagrinėti ediakaro organizmai gyveno gyliuose vandenynų duburiuose, kuriuose vyko aktyvi vandens su dideliu organikos kiekių pernaša bei tas vanduo buvo prisotintas deguonies, kas komplekse su turbulentinėmis srovėmis priedugnyje efektyvino tokį medžiagų įsisavinimo būdą.
Reikia dar pažymėti ir tai kas nebuvo paminėta nagrinėjamame tyrime, kad šiuo metu yra sukūrta taip vadinama West, Brown ir Enquist (WBE) metabolizmo ir morfologinių struktūrų skeilingo teorija. Kaip seniai pastebėta, metabolizmas organizme kinta priklausomai nuo masės sekančiu būdu ~ M^(3/4). Pagal šia teorija, organizmo vidinė sandara yra fraktališka todėl kad egzistuoja stiprus metaboliniai apribojimai, kuriuos turi tenkinti morfologija, tam kad organizmas galėtu egzistuoti. Taip ši teorija aiškina kad būtent ploto ir tūrio santykiai organizmo pernašos tinklų sistemose, nusako organizmų metabolinius ypatumus (kodėl dramblis turi lėtesnį metabolizmą nei tarkim kurmis?). Metabolizmo greitis pagal jų teorija yra lygus resursų perdavimo greičiui, ir nors organizmai stipriai varijuoja savo dydyje, būtent jų mažai varijuojančios sudedamosios (ląstelės) nulemia šitokį pobūdį. O pats efektyviausias pernašos tinklas turi fraktalinę struktūrą, kuri įvairiuose masteliuose išlaiko tą patį geometrijos pobūdį. Būtent iš tokių pradinių pozicijų ir atsiranda "3/4" laipsnio metabolizmo priklausomybė nuo masės.
Whitfield manymu, būtent toks su energijos išgavimu ir naudojimu susijęs priėjimas gali paaiškinti funadamentinius biologijos klausimus - nuo metabolizmo greičio, augimo pobūdžio, arba populiacinės dinamikos iki molekulinės evoliucijos ir rūšių pasiskirstymo pobūdžio.
Veikiausiai daugelį dalykų biologijoje (ir kituose gamtos moksluose) nulemia tokie fiziniai apribojimai ir morfologijos (metabolizmo, elgesio) strategija stipriai priklauso nuo aplinkos bei pačio organizmo mastelio parametrų. Tiktai, kaip žinoma iš ankstesnių evoliucinės biologijos tyrimų - kuo didesnis optimizuojamų parametrų skaičius, tuo didesnis optimalių sprendimų kiekis (Marshall, 2006). Taip ir atsiranda įvairovė. Nors aišku yra ir kitų pozicijų šiuo klausimu.
Nuorodos:
Marc Laflamme, Shuhai Xiao and Michał Kowalewski. Osmotrophy in modular Ediacara organisms.PNAS August 25, 2009 vol. 106 no. 34 14438-14443 - Straipsnis PNAS žurnale apie kai kurių ediakario periodo makroskopinių organizmų osmotrofinę mitybą.
Earliest Complex Organisms Fed By Absorbing Ocean Buffet, Geobiologists Propose - populiarus straipsnis apie anksčiau minėtą tyrimą Science Daily tinklalapyje.
Whitfield J, 2004 Ecology's Big, Hot Idea. PLoS Biol 2(12): e440. doi:10.1371/journal.pbio.0020440 - Straipsnis "PLoS Biology" žurnale apie West, Brown ir Enquist metabolizmo ir formos alometrijos modelį.
Charles R. Marshall.EXPLAINING THE CAMBRIAN “EXPLOSION” OF ANIMALS.Annual Review of Earth and Planetary Sciences Vol. 34: 355-384 (Volume publication date May 2006) - Straipsnis apie Kambro sprogimo priežastys "Annual Review of Earth and Planetary Sciences" leidinyje.
--
AS
Andrej S
Aug 30, 2009, 7:53:26 AM8/30/09
to G-mokslai
Tam kad lengviau būtu įsivaizduoti fraktališkos sandaros ediakaro periodo organizmus, prikabinsiu keletą rekonstrukcijų iš naujo straipsnio "Journal of Paleontology" žurnale išėjusio straipsnio, skirto naujų, šių organizmų grupių radinių aprašymui.
Fraktališkos sandaros paaiškinimas - schema.jpg
Dviejų rūšių ediakaros organizmų rekonstrukcijos - Avalonofractus abaculus.jpg ir Beothukis mistakensis.jpg
Nuoroda:
Guy M. Narbonne, Marc Laflamme, Carolyn Greentree, Peter Trusler. Reconstructing a Lost World: Ediacaran Rangeomorphs from Spaniard's Bay, Newfoundland. Journal of Paleontology Jul 2009 : Volume 83 Issue 4, pg(s) 503–523 - Straipsnis "Journal of Paleontology" žurnale apie naujų fraktališkos sandaros ediakaros organizmų radinius ir jų sandaros rekonstrukcijas.
--
AS
Fraktališkos sandaros paaiškinimas - schema.jpg
Dviejų rūšių ediakaros organizmų rekonstrukcijos - Avalonofractus abaculus.jpg ir Beothukis mistakensis.jpg
Nuoroda:
Guy M. Narbonne, Marc Laflamme, Carolyn Greentree, Peter Trusler. Reconstructing a Lost World: Ediacaran Rangeomorphs from Spaniard's Bay, Newfoundland. Journal of Paleontology Jul 2009 : Volume 83 Issue 4, pg(s) 503–523 - Straipsnis "Journal of Paleontology" žurnale apie naujų fraktališkos sandaros ediakaros organizmų radinius ir jų sandaros rekonstrukcijas.
--
AS
Reply all
Reply to author
Forward
0 new messages