Kambryjska eksplozja życia kontra ewolucyjne drzewo rodowe

Rys. U1: Kambryjska eksplozja życia kontra ewolucyjne drzewo rodowe

Prawdopodobnie najbardziej uderzającą cechą zapisu kopalnego jest nagłe pojawienie się wielkiej różnorodności skamieniałości osadzonych w warstwach fanerozoicznych. To nagłe pojawienie się nazywane jest "eksplozją kambryjską" i jest tematem wielu analiz i komentarzy. Czym była ta eksplozja?

Od kilkudziesięciu lat wiadomo było, że około pół miliarda lat temu, w kambrze, na przestrzeni ok. 60-75 milionów lat powstała większość podstawowych typów (phyla, podkrólestwo – wysokie systematyczne jednostki) i planów budowy ciała wielokomórkowców. Trzeba wyraźnie podkreślić różnicę pomiędzy nagłym pojawieniem się nowego planu ciała (brak morfologicznego precedensu, brak "zapowiedzi" w poprzednim okresie geologicznym, brak form przejściowych wiodących do tego nowego planu), a równoczesnym pojawieniu się wielu nowych, bezprecedensowych form, morfologicznie często bardzo od siebie odległych. Eksplozja kambryjska charakteryzowała się obu tymi cechami.

Pojawianie się w zapisie kopalnym pierwszych wyższych jednostek systematycznych, jak typy i gromady organizmów wielokomórkowych nie jest więc rozmieszczane mniej więcej równo w geologicznej kolumnie, ale jest skupione w ogromnej większości w dolnym fanerozoiku – od najwyższego prekambru do ordowiku z uwydatnieniem w kambrze. ^[1] Dokładnie przeciwnie niż przewiduje to teoria ewolucji, największe morfologiczne zróżnicowanie organizmów pojawia się w skałach dolnego fanerozoiku (kambru), a reszta kopalnego zapisu zawiera warianty w obrębie tych głównych morfologicznych planów (zob. eksplozja kambryjska). Jak wyraził to znany popularyzator ewolucjonizmu, Stephen Jay Gould:

Możemy opowiadać bajki o ulepszeniach w niektórych grupach, ale w chwilach uczciwości zmuszeni jesteśmy przyznawać, że dzieje złożonych form życia są bardziej sagą różnorodnych wariacji na temat podstawowych projektów niż sagą narastającej doskonałości. ^[2]

W latach dziewięćdziesiątych XX wieku okazało się, że ten wybuch był znacznie gwałtowniejszy niż sądzono wcześniej, trwał bowiem nie 60 lecz tylko 5-10 milionów lat. ^[3] W skali geologicznej wrażenie wybuchu spotęgowało się więc przynajmniej sześciokrotnie. Nic dziwnego, że w naukowej literaturze zaczęto charakteryzować eksplozję kambryjską jako "Ewolucyjny Big Bang" (Science), "Big Bang ewolucji zwierząt" (Scientific American), czy "Biologiczny Big Bang" (Science News). ^[4] Richard Monastersky wyjaśnia:

Przed okresem kambryjskim prawie wszystkie formy życia były mikroskopijnych rozmiarów, za wyjątkiem zagadkowych bezszkieletowych organizmów. Na początku kambru, około 544 mln lat temu, grupy zwierząt "eksplodowały" w wysypie ewolucyjnej aktywności, która od tamtej pory nie miała sobie równych. Stworzenia morskie nabyły możliwość budowania twardych skorupek i w geologicznie krótkim okresie – 10 mln lat, pojawiła się wielka różnorodność nowych planów budowy ciała. Paleontologowie zaproponowali wiele teorii aby wyjaśnić tę rewolucję, ale nie osiągnęli zgody w tej kwestii. ^[5]

Prof. Jerzy Dzik z Zakładu Paleontologii Polskiej Akademii Nauk konstatuje:

Kontrast w sposobach zachowania skamieniałości po obu stronach granicy er [prekambru i kambru], sprawia wrażenie faunistycznego trzęsienia ziemi (...). ^[6]

Pojawienie się nieco niższych jednostek taksonomicznych – pierwszych klas – także skupia się w kambrze i ordowiku. Dla kontrastu pierwsze pojawiające się rzędy, rodzaje i gatunki są stosunkowo mało zróżnicowane w kambrze i generalnie to zróżnicowanie wzrasta w geologicznej kolumnie w miarę upływu czasu. ^[7] To różnicowanie się jest szczególnie widoczne od kredy do samej góry geologicznej kolumny. Oznacza to, że zapis kopalny w kambrze składa się z relatywnie niewielkiej liczby gatunków z szeroko zróżnicowanymi anatomicznymi strukturami i planami ciała. Czyli mamy wszystkie istniejące do dzisiaj wyższe taksony pojawiające się nagle i w pełni ukształtowane w kambrze, ale z niewielkim wewnętrznym zróżnicowaniem. W miarę upływu czasu rosło wewnętrzne zróżnicowanie w obrębie tych nagle powstałych typów, ale – co ciekawe – ilość typów (podstawowych planów budowy ciała) nie rośnie, ale spada (zob. liczba typów):

Możemy potwierdzić centralny i zaskakujący fakt historii życia – wyraźny spadek liczby form podstawowych, a następnie niezwykły wzrost zróżnicowania w ramach tych form, które ocalały. ^[8]

Mamy więc taką oto sytuację, że ewolucja w ciągu 5-10 milionów lat powyciągała jak króliki z kapelusza więcej podkrólestw i planów budowy ciała niż przetrwało do dzisiaj, po czym nagle jej stwórcza inwencja uwiędła:

Patrząc na paleontologiczny zapis możemy stwierdzić, że wszystkie obecnie znane typy wyewoluowały około 525 milionów lat temu. Pomimo pół miliarda lat dalszego ewolucyjnego rozwoju kladów powstałych w kambrze, żaden nowy typ i żaden nowy plan budowy ciała od tego czasu nie pojawił się. ^[9]

Rys. U2: Kreacjonistyczny sad. W przeciwieństwie do przewidywań teorii ewolucji wyższe jednostki taksonomiczne (phyla) w zapisie kopalnym pojawiają się nagle i w pełni ukształtowane, po czym następuje ich różnicowanie się.

Wnioski wypływające z danych "molekularnego zegara" dokładają jeszcze siły ognia kambryjskiej eksplozji. Kilka typów są to organizmy bezszkieletowe i/lub mikroorganizmy i w związku z tym nieobecne lub wyjątkowo rzadko występujące w kopalnym zapisie. Tymczasem dane molekularne interpretuje się jako wskazujące, że bezszkieletowe typy istniały w podobnym czasie jak typy dobrze uwidocznione w zapisie kopalnym. ^[10] Tak więc w czasie eksplozji kambryjskiej powstały nie tylko typy uwidocznione w skałach z tego okresu ale i te typy, które w kopalnym zapisie występują wyjątkowo. Wiadomo także, że w pokładach wcześniejszych niż kambr nie występowały formy, które mogłyby stanowić zapowiedź tego wybuchu. Wcześniejsza fauna Ediacara nie jest uznawana za prototypową dla form, które pojawiły się w kambrze. ^[11]

Jeśli zapis kopalny traktować jako zapis historii życia – a tak jest on powszechnie interpretowany – eksplozję kambryjską najłatwiej wyjaśnić polifiletycznie, czyli, że podstawowe grupy organizmów powstały niezależnie w podobnym czasie, po czym następowało wewnętrzne różnicowanie się tych grup. To tłumaczy nagłe pojawienie się w kopalnym zapisie grup w pełni ukształtowanych i bez form przejściowych. ^[12] Jednak ewolucjoniści bardzo starannie unikają wszystkiego, co mogłoby wskazywać na ten wniosek. Jak to ujął Phillip Johnson:

Paleontolodzy zdają się sądzić, że ich obowiązkiem jest ochrona reszty ludzkości przed błędnymi wnioskami, które pojawiłyby się po ujawnieniu rzeczywistego stanu świadectw kopalnych. ^[13]

Przypisy

^[1] D.H. Erwin, J.W. Valentine, J.J. Sepkoski, A comparative study of diversification events: the early Paleozoic versus the Mesozoic, Evolution 1987, vol. 41, s. 1177-1186.

^[2] Stephen Jay Gould, Cartboard Darwinism, [w:] The Urchin in the Storm, cyt. za: Phillip E. Johnson, Sąd nad Darwinem, Oficyna Wydawnicza "Vocatio", Warszawa 1997, s. 79.

^[3] S.A. Bowring, J.P. Grotzinger, C.E. Isachsen, A.H. Knoll, S.M. Pelechaty, P. Kolosov, Calibrating Rates of Early Cambrian Evolution, Science 1993, vol. 261, s. 1293-1298; S.J. Gould, N. Eldredge, Punctuated Equilibrium Comes of Age, Nature 1993, vol. 366, s. 223-227; S.J. Gould, Of It, Not Above It, Nature vol. 377, s. 681-682; S.J. Gould, Drabiny i stożki: Jak kanoniczne przedstawienia narzucają wizję ewolucji, [w:] R.B. Silvers (red.), Ukryte teorie nauki, Wydawnictwo ZNAK, Kraków 1996, s. 34; D. Erwin, J.W. Valentine, D. Jablonski, The Origin of Animal Body Plans, American Scientist 1997, s. 126-137.

^[4] Richard A. Kerr, Evolution’s Big Bang Gets Even More Explosive, Science 3 September 1993, vol. 261, s. 1274-75; Jeffrey Levinton, The Big Bang of Animal Evolution, Scientific American November 1992, s. 84-91; R. Monastersky, Siberian Rocks Clock Biological Big Bang, Science News 4 September 1993, vol. 144, s. 148.

^[5] Richard Monastersky, When Earth Tipped, Life Went Wild, Science News 26 July 1997, vol. 152, s. 52.

^[6] Jerzy Dzik, Skamieniałości najstarszych zwierząt, Świat Nauki luty 2003, nr 2 (138), s. 68 [66-75]; ramka "Przegląd – miękkie skamieniałości".

^[7] P.W. Signor, Biodiversity in geological time, American Zoologist 1994, vol. 34, s. 23-32.

^[8] Stephen Jay Gould, Wonderful Life, 1989, s. 49.

^[9] James W. Valentine, Douglas H. Erwin, and David Jablonski, Developmental Evolution of Metazoan Bodyplans: The Fossil Evidence, Developmental Biology 1996, vol. 173, s. 376.

^[10] F.J. Ayala, R. Rzhetsky, Origin of the metazoan phyla: molecular clocks confirm paleontological estimates, Proceedings of the National Academy of Sciences (USA) 1998, vol. 95, s. 606-611.

^[11] S. Jensen, J.G. Gehling, M.L. Droser, Ediacara-type Fossils in Cambrian Sediments, Nature 1998, vol. 393, s. 567-569.

^[12] Nie należy jednak utożsamiać typu (phylum, l.m. phyla), linneuszowskiej jednostki klasyfikacyjnej z pojęciem baraminu, funkcjonującym obecnie w kreacjonistycznej systematyce.

^[13] Phillip E. Johnson, Sąd nad Darwinem, Oficyna Wydawnicza "Vocatio", Warszawa 1997, s. 81.