Biologinius išmirimus stipriai apibrėžia aplinkos veiksniai

[Andrej S]

Kas lemia biologinius išmirimus? Tai vienas iš pačių svarbiausių paleobiologijos klausimų. Nes nuo jo išsprendimo priklauso kaip susidarė visa biologija. Nes visą biologinę įvairovę, evoliucijos eigą, biologinių struktūrų susidarymą ir išlikimą bei ekosistemų sudėtį nulemia du fundamentalus biologiniai procesai: rūšių atsiradimai ir rūšių išmirimai. Išimirimai rūšies ir viršrūšiniame lygyje yra stiprus selekcinis filtras, nukreipiantis ištisų funkcinių kompleksų tolimesnį vystymąsi. Išmirimų studijos prasidėjo dar Žoržo Kiuvė ir Ričardo Oveno laikais, kai buvo atrastos  organinės formos šiais laikais nebeegzistuojančios. Pirmieji paaiškinimai buvo paremti "Gamtos Teologiniais" reiškiniais (pasaulinis tvanas ir pan.). Materialistinį pagrindą šis debatai įgavo veikiausiai tiktai po Č. Darvino rūšių atsiradimo publikavimo. Pagal Darvino koncepciją, išmirimai apskritai gali ir neegzistuoti! Kad ir kaip tai atrodytu parodoksalu, tačiau tai galimas variantas, kai viena rūšis tiesiog laikui bėgant pereina į kitą, vykstant filetinei transformacijai. Tačiau, kaip vėliau tapo aišku daugelis anksčiau iš paleontologinio metraščio dingusių organinių grupių neturi palikuonių dabartyje. Taigi, paaiškėjo kad tikrieji išmirimai egzistuoja. Sekantis darvininis paaiškinimas būtu - mažiau prisitaikiusių rūšių išstūmimas labiau prisitaikiusiomis. Tai, kaip sakoma, priežastingumas iš apačios (bottom up), kai reiškiniai stambiame mastelyje yra nulemiami mažesnio mastelio reiškiniu, šiuo atveju individų (ne-)prisitaikymas nulemia visos rūšies ar stambesnio taksono likimą. Yra ir kita išmirimų paaiškinimų klasė, kai priežastingumas esa iš viršaus (top down). Tai gali būti Žemės klimatinės sistemos perturbacijos, milžiniški ugnikalnių išsiveržimai arba susidūrimai su stambiais kosminiais kūnais (čia tiktai nedidelė pateiktų paaiškinimų dalis).
Psichologiškai, daugeliui žmonių patrauklesnis yra pirmasis paaiškinimas. Juk taip išeitu kad mes esame čia, nes mes nukonkuravome visą prieš tai buvusią gyvybę kovoje už būvį. Galime jaustis logiškai esantis pranašiausi iš visų organizmų. Argi ne taip?
 Pasirodo, kad ne taip! Arba bent jau stambiuose masteliuose ne taip. Kaip rodo jau kelis dešimtmečius vykstantis paleontologiniai makroevoliucinių reiškinių tyrimai, konkurencinis stambių sistematinių grupių pašalinimas yra retas ir biotiniai ekosistemų struktūros pasikeitimai vyksta po impulsinio pobūdžio išmirimų. Maiklo Bentono citata (Benton, 1996), kai jis atliko konkurencinio pašalinimo keturkojų evoliucijoje tyrimus: "Konkurencinis pašalinimas veikiausiai turėjo maža rolę keturkojų istorijoje." Konkurencinio pašalinimo galimumas indikuotas tiktai 26% visų šeimų, o veikiausiai mažiau nei 13%.
Taigi, jei ne biologiniai veiksniai yra didelio mastelio evoliucijos "varikliai", kas tuomet? Daugeliu atveju, kaip ir minėta, kaip tokie veiksniai nurodomi epizodiški reti įvykiai, pvz. - asteroidų smūgiai ir pan. Tačiau, online "Nature" žurnale paskelbtas Shanan Peters straipsnis, ginčija kaip grynai biologinius, taip ir katastrofinius geologinius išmirimų paaiškinimus. Jo tyrimų objektas buvo Sepkoskio Fanerozojaus jūrinių gyvūnų stratigrafinio paplitimo duomenų bazė, kuria naudodamasis jis nustatė organizmų išmirimo greičių kitimo pobūdį. Jo straipsnyje buvo nagrinėjamos taip vadinamos dvi "didžiosios evoliucinės faunos": tai "paleozojinė" (Anthozoa, Articulata, Asteroidea, Blastoidea, Crinoidea etc.) ir "šiuolaikinė" (Bivalvia, Echinoidea, Gastropoda etc.). Šios evoliucinės faunos pirmą kartą buvo išskirtos J. Sepkoski, pagal šias faunas sudarančių Linėjinės taksonomijos klasių panašų evoliucinį elgesį: kovarijuojančios bioįvairovės trajektorijos, panašios ekologijos, ir sulyginami evoliucinio kitimo (atsiradimų ir išmirimų) greičiai. Taip pat jis sudarė makrostratigrafinę duomenų bazę kurioje buvo laikomi duomenys apie dviejų principinių tipų geologinių formacijų (siliciklastinių ir karbonatinių) dominavimą laiko atžvilgių. Darbo tikslas buvo statistiškai patikrinti ryšį tarp evoliucinių faunų išmirimų greičių ir nuosėdinių kompleksų nupjovimų greičių (kaip greit vidutiniškai išnyksta tam tikros sudeties kompleksas). Kaip parodė tyrimas, stipri koreliacija buvo aptikta tarp paleozojinės faunos išmirimo greičių ir karbonatinių formacijų nupjovimo greičių ir analogiškai dabartinės evoliucinės faunos ir siliciklastinių uolienų kompleksų nupjovimo greičių. Kaip teigia autorius šį ryšį gali paaiškinti šių evoliucinių - ekologinių grupių savitumai: paleozojaus evoliucinė fauna - tai daugiausia prie kieto (dažniausiai karbonatinio) substrato prisitvirtinę pasyvus filtruotojai, šiuolaikinė fauna - minkštame (dažniausiai siliciklastiniame) grunte rausiantis, aktyviai besimaitinantis organizmai. Šios hipotezės patikrinimui tyrimo autorius - Šiananas Pitersas, ištyrė nagrinėjamų taksonominių grupių paplitimą pagal nuosėdines aplinkas, informaciją gavęs iš "Paleobiology Database" duomenų bazės: kaip parodė tyrimas, didžioji dalis paleozojinės faunos atstovų  (59% iš 96,403) radimviečių yra karbonatinėse formacijose, šiuolaikinės faunos atstovais labiau asocijuojasi su siliciklastininų uolienų kompleksais (61% iš 134,833) radimviečių. Ši koreliacija gali būti bendros priežasties atspindys, nes kaip ir pats substratas ant kurio egzistuoja nagrinėjamos bendrijos bei pačios faunos yra priklausomos nuo tuometinio planetos klimatinio režimo bei vandenynų geocheminės sudėties. Savo ruoštu šie veiksniai yra nulemiami globalios tektonikos, įvairių litosferos blokų (plokščių) horizontalaus ir vertikalaus judėjimo. Kaip sakoma, šiuolaikinis pasaulis nėra tipiškas ir gal būt neatspindi bendrų vandenynų ir jūrų pasiskirstymo dėsningumų. Šiuo metu vos ne mažiausias epieirinių jūrų išplitimas per visą Fanerozojaus eoną. Epieirinės jūros - tai didžiuliai sekliavandeniai baseinai, kurie užimdavo kontinentų dydžio plotus ir kuriuose gausiai kaupėsi karbanatinės nuosėdos bei klestėjo gausi gyvybė. Gal būt todėl, dabar stebima didžiausia taip vadinamos "šiuolaikinės faunos" įvairovė, kuri gal būt tiesiog atspindi tektonikos raidą.
Šis aplinkos prieš vidinių veiksnių ginčas aišku nėra užbaigtas. Nes, kaip minėjo Aleksandras Markovas (elementy.ru), panašus kitimo pobūdis matomas ir sausuminių organizmų makroevoliucijoje, o tai jau neapaaiškinsi karbonatinio ir siliciklastinio substrato ypatumais. Tačiau iš kitos pusės pažiūrėkime į pačio žmogaus ekspansijos istoriją: juk visos civilizacijos vos ne sinchroniškai (geologiniais masteliais daugiau nei sinchroniškai) pradėjo vystytis tiktai pasibaigus ladynmečiui prieš 12,5 tūkst. metų, nors pačiai mūsų rūšiai jau apie 200 tūkst. metų. Manyčiau, atėjus naujam ledynmečiui žmonijai butu oi kaip nelengva... Klimatas bendrai pasidarytu šaltesnis ir sausesnis, be to kaip yra žinoma, vien oro dulkingumas padidėja tuo metu apie 5 kartus. Na bet bendrai apie tokio pobūdžio tyrimų svarbą aplinkos pažnimui, galite pasiklausyti Šianano Piterso žemiau pateiktame video interviu.

Be to,  visus duomenys kurie buvo naudojami šiame (ir daugelyje kitų) tyrimų galima nemokamai atsisiūsti internete. Paleobiology Database - tai atvira duomenų bazė, kurioje laikoma ir nuolatos papildoma informacija apie visą paleontologinį metraštį (šiuo metu įvesti duomenys iš 81 453 kolekcijų iš viso pasaulio, per visą geologinį laiką). Kaip jau pastebėta A. Markovo, reikalingus duomenys galima atsisiųsti, išanalizuoti (aišku turint pakankamai biologijos, geologijos ir statistikos žinių) ir parašyti straipsnį į Nature :)

paveikslėliai iš Peters 2008, Nature straipsnio:
Evoliucines_Faunos_Ivairove - Ismirimu_Greiciai.JPG - viršutiniame paveikslėlije parodytas paleozojinės ir dabartinė evoliucinių faunų bioįvairovės kitimas laiko atžvilgiu. Apatiniame paveikslėlyje parodyti šių evoliucinių faunų išmirimo greičiai
Karbonatiniai_ir_Siliciklastiniai_Paketai - Kiekio_kitimas_ir_Dingimo_Greiciai.JPG - Analogiškai, kaip ir prieš tai buvusiame paveikslėlyje, čia viršutiniame paveiksle -  Siliciklastinių ir Karbonatinių uolienų kompleksų kiekio kitimas laiko atžvilgiu. Apatinis paveikslėlis parodo nuosėdinių kompleksų "nupjovimo" greičius (kurie matematiškai yra analogiški biologinių išmirimų greičiams)
Bendrai abiejų grafikų vizualus panašumas yra stulbinantis. Šis panašumas yra atsekamas ir statistiškai: Faunu_ismirimo_greiciai_vs_litologiniu_kompleksu_nupjovimo_greiciai.JPG - atitinkamų evoliucinių faunų išmirimo greičių priklausomybė nuo atitinkamų nuosėdinių uolienų kompleksų "nupjovimo" greičių. Paleozojinė fauna stipriai koreliuojasi su karbonatiniais kompleksais, šiuolaikinė fauna su siliciklastiniais.

Nuorodos:
Shanan E. Peters - autoriaus asmeninis tinklapis, kuriame galima surasti informacijos apie jo atliekamus tyrimus ir atsisiųsti jo straipsnius (temos: makroevoliucija, stratigrafinis metraštis, paleobiologija).
Peters, S.E. 2008. Environmental determinants of extinction selectivity in the fossil record.Nature - Originalus straipsnis kuriame Šiananas Pitersas pateikia savo tyrimą.
Peters, S.E., and M. Foote. 2002. Determinants of extinction in the fossil record. Nature 416:420-424. - Ankstesnis aptarto tyrimo autoriaus ir Maiko Futo straipsnis skirtas masinių išmirimų analizei paleontologiniame metraštyje.
Peter M. Sheehan History of marine biodiversity. Geological Journal - Piterio Šihano straipsnis apie jūrinės bioįvairovės pagrindinius evoliucijos bruožus fanerozojuje
Testing the roles of competition and expansion in tetrapod evolution. Proceedings of the Royal Society of London, Series B 263, 641-646. - Maiko Bento straipsnis apie konkurencinio pašalinimo indelį keturkojų makroevoliucijoje
The Mystery of Mass Extinctions Is No Longer Murky - NSF straipsnis apie atliktą tyrimą.
Shanan Peters interview - Video interviu, kuriame tyrimo autorius Šiananas Pitersas pasakoja NSF (National Science Foundation) žurnalistei apie atliktą tyrimą ir jo svarbą.
Обнаружена корреляция между изменениями в составе морских осадков и вымиранием морских животных - Aleksandro Markovo apžvalginis straipsnis elementy.ru tinklapyje
--
AS