Zlodowacenia i nibynóżki

Nadchodząca zima nas tymczasowo rozpieszcza, więc spragnionym porządnych mrozów i śniegów (i nie tylko im) proponuję wycieczkę w odległe czasy, kiedy nawet plaże mórz równikowych pokryte były krą. Było to czasy tzw. Ziemi-śnieżki (ang. Snowball Earth), a działo się to wszystko pomiędzy 850-635 mln lat temu, czyli w kriogenie. Jak się wydaje, to globalne zlodowacenie znacznie przyczyniło się do rozwoju życia na Ziemi. Po jego ustąpieniu, czyli w ediakarze, znajdujemy sporo skamieniałości organizmów wielokomórkowych, które wcześniej nie występowały. W tym ujęciu globalne zlodowacenie byłoby katalizatorem przystosowań adaptacyjnych prowadzącym od prostych organizmów jednokomórkowych (eukariotów) do zorganizowanych, wielkomórkowych organizmów  czyli Metazoa. Mechanizm tych zmian nie jest do końca poznany i należy oczekiwać, że kriogen dostarczy nam jeszcze niejednego tematu do rozważań.
A oto co odkryto ostatnio...


Zacznijmy od tego, że sama teoria Ziemi-snieżki, choć bardzo spektakularna, nie do końca zyskuje aprobatę środowiska geologicznego. Jednym z dowodów na całkowite zlodowacenie Ziemi, od bieguna do bieguna, poprzez równik, są dane paleomagnetyczne. Pokazują one, że osady polodowcowe datowane na ponad 700 mln lat temu występowały w okolicach równika. Niektórzy podważają te dane, twierdząc, że nie wiemy, gdzie znajdowały się bieguny magnetyczne Ziemi, więc i pozycja paleomagnetyczna jest niepewna.

Dla porządku, należy dodać, że rozważa się głównie występowanie zlodowaceń na poziomie morza, czy też zamarzającego morza. Na równiku mogą występować lodowce, jeśli znajduje się tam odpowiednio wysoka góra, taka jak obecnie Kilimandżaro. Problem zlodowaceń równikowych dotyczy także znacznie młodszych osadów, np. ze środkowego kambru (ok. 500 mln latemu) (Runkel et al., 2010). Z braku powszechnej zgody na Ziemię-śnieżkę, niektórzy propnują Ziemię-błoto pośniegowe (ang. Slush-ball Earth), co kojarzy się ze stanem polskich dróg zimą.

Jak zwał tak zwał, w każdym razie, Ziemię nawiedziły wtedy dwa duże zlodowcenia czyli epoki lodowe: starsza o nazwie strut i młodsza o nazwie marino. Trwały dość długo, bo około 20 mln lat każda. Sekwencja osadów towarzysząca każdej z tych epok lodowych kończy się wapieniami lub dolomitami. Uważa się, że jest to zapis ocieplenia, topnienia pokrywy lodowej, podnoszenia się poziomu morza i wkraczania linii brzegowej w głąb lądów. Te osady węglanowe mogły powstać w takim właśnie, płytkomorskim środowisku. I one dostarczyły ostatnich znalezisk.

Aglutynująca otwornica z kriogenu
(Bosak et al., 2011a)

We wspomnianych wyżej węglanach bogatych w materię organiczną, pochodzących z pn. Namibii i Mongolii, znaleziono liczne szkieleciki jakichś aglutynujących organizmów, o wyglądzie beczułek lub dzbaneczków, przypominających współczesne opancerzone amebowate posiadające nibynóżkami (pseudopodia). Chodzi tu o przedstawicieli Amoebozoa wytwarzających skorupki, a nie o popularnego pełzaka-amebę. Byłyby to jedne z najstarszych cudzożywnych (heterotroficznych) eukariotów (Bosak et al., 2011a).

Zróżnicownie znalezionych skamieniałości wskazuje na to, że mogły należeć do conajmniej dwóch rodzin zbliżonych do współczesnych Amoebozoa. Co ciekawe, skorupki tych amebowatych oblepione są różnymi minerałami (pochodzącymi z różnych środowisk depozycyjnych), co może również świadczyć o tym, że oblepianie się (aglutynowanie) było już wtedy dość powszechnym sposobem na osłanianie komórki eukariotycznej.

Współczesna otwornica planktoniczna
z widocznymi pseudopodiami (Safay CC-BY-SA-2.5)

Współczesne Amoebozoa obejmują także tzw. korzenionóżki (Rhizopoda), czyli właśnie te amebowate z nibnóżkami. Z kolei, te z nich, które oblepiają się ziarenkami znalezionymi na dnie, nazywamy otwornicami aglutynującymi. Sugestia jest zatem taka, że znalezione w węglanowych osadach post-glacjalnych dolnego kriogenu dzbaneczki to właśnie aglutynujące otwornice (uff..) (Bosak et al., 2011b). Dowodem potwierdzającym te przypuszczenia, jest także skład pozlepianej skorupki. Tylko otwornice aglutynujące mogą oblepiać się różnym materiałem mineralnym, nie są wybredne pod tym względem.

Całe to znalezisko potwierdza przypuszczenia, że otwornice pojawiły na długo przed kambrem (543-488 mln lat temu). Amebowaci przodkowie otwornic zdecydowali się na budowanie pancerzyków z materiału znalezionego na dnie prawdopodobnie podczas wielkich zlodowaceń z początku kriogenu.

Jeśli dalej nie wiecie co to są otwornice, poczytajcie wiersz Wisławy Szymborskiej (chociaż pisze tylko o wapiennych otwornicach, a nie aglutynujących):

Otwornice

No cóż, na przykład takie otwornice
Żyły tutaj, bo były, a były, bo żyły.
Jak mogły, skoro mogły i jak potrafiły.
W liczbie mnogiej, bo mnogiej,
choć każda z osobna,
we własnej, bo własnej
wapiennej skorupce.
Warstwami, bo warstwami
czas je potem streszczał,
nie wdając się w szczegóły,
bo w szczegółach litość.
I oto mam przed sobą
dwa widoki w jednym:
żałosne cmentarzysko
wiecznych odpoczywań
czyli
zachwycające, wyłonione z morza,
lazurowego morza białe skały,
skały, które tu są, ponieważ są.

Źródła:
1. Bosak, T., Lahr, D., Pruss, S., Macdonald, F., Dalton, L., & Matys, E. (2011a). Agglutinated tests in post-Sturtian cap carbonates of Namibia and Mongolia Earth and Planetary Science Letters, 308 (1-2), 29-40 DOI: 10.1016/j.epsl.2011.05.030
2. Bosak, T., Lahr, D., Pruss, S., Macdonald, F., Gooday, A., Dalton, L., & Matys, E. (2011b). Possible early foraminiferans in post-Sturtian (716-635 Ma) cap carbonates Geology DOI: 10.1130/G32535.1
3. Runkel, A., Mackey, T., Cowan, C., & Fox, D. (2010). Tropical shoreline ice in the late Cambrian: Implications for Earth's climate between the Cambrian Explosion and the Great Ordovician Biodiversification Event GSA Today, 4-10 DOI: 10.1130/GSATG84A.1
4. Fot. w nagłówku: Ernest Haeckl Kunstformen der Natur Public Domain

Czytaj więcej

Rdzewiejąca Ziemia raz jeszcze

Większość złóż rud żelaza wydobywanych na Ziemi powstała bardzo dawno. A nawet bardzo, bardzo dawno temu, w archaiku i proterozoiku, czyli na samym początku dziejów Ziemi. Najstarsze rudy liczą sobie aż 3.7 mld lat. Ich występowanie związane jest z pasiastymi osadami naprzemianległych warstw rudy (magnetytu lub hematytu) i osadów krzemionkowych okruszcowanych w niewielkim stopniu lub pozbawionych związków żelaza. Takie archaiczno-proterozoiczne pasiaki określa się mianem wstęgowych formacji żelazistych czyli Banded Iron Formation, w skrócie BIF.
Najmłodsze formacje pochodzą z końca proterozoiku i datowane są na ok. 0.7 mld lat temu. Z prostego rachunku wynika, że BIF-y tworzyły się przez 3 mld lat, czyli przez zdecydowaną większość dziejów Ziemi (Ziemia liczy ok. 4.5 mld lat). Wstęgowych rud żelaza powstało tak dużo, że nie grozi nam w najbliższym czasie ich brak. Jednocześnie rudy żelaza są jednymi z najtańszych rud na świecie. Dla zobrazowania ogromu depozycji BIF-ów można posłużyć się przykładem szwedzkiego złoża Kiruna, które eksploatowane od ponad 100 lat dało światu już prawie 1 miliard ton rudy.
BIF-y skrywają jednak pewną tajemnicę.

Czytaj więcej

Szkielet sprzed 700 mln lat

Characodictyon (fot. Geology)

Organizmy ziemskie możemy podzielić na takie które nie mają szkieletu (np. meduzy), takie które mają szkielet zewnętrzny (np. ślimaki) i takie, które mają szkielet wewnętrzny (np. ssaki). U wszystkich tych organizmów szkielet powstaje na drodze biomineralizacji i może być zbudowany z różnych substancji mineralnych, z których najczęściej spotykane to węglan wapnia (np. aragonit), krzemionka lub fosforan wapnia. Ten ostatni stanowi główny budulec kości i zębów kręgowców jako tzw. hydroksyapatyt.

Cloudina z wywierconym otworkiem

Najstarsze organizmy ziemskie, żyjące w wodzie, nie potrzebowały szkieletu i przez długi okres czasu (właściwie najdłuższy w dziejach Ziemi) zmineralizowanego szkieletu nie było. Pojawił się wraz z gwałtownym rozwojem świata organicznego pod koniec proterozoiku, w ediakarze (ok. 630-542 mln lat temu). Uważa się, że główną siłą sprawczą, zmuszającą organizmy do biomineralizacji, był rozwój drapieżnictwa. Część z nich zaczęła bronić się w ten sposób przed zjadaniem. Za najstarszy przykład drapieżnictwa i jednocześnie jeden z najstarszych szkieletów uchodził do tej pory milimetrowej wielkości szkielet Cloudina sp., w którym zauważono niewielką dziurkę wywierconą przez jakiegoś żarłocznego robaka.

Czytaj więcej

Mata z tlenem

Rewolucja agrarna

Każdy kto choć trochę interesuje się geologią, wie, że spąg kambru wyznacza pojawienie się śladu penetracji osadu zwanego Treptichnus (Phycodes) pedum. Przełom proterozoiku i paleozoiku to okres tzw. rewolucji agrarnej czyli stopniowego zagospodarowywania i przekopywania osadów zgromadzonych na dnie morskim. Do rewolucji tej nie doszłoby gdyby nie pojawienie się dużych zwierząt (pierwsze wielokomórkowce tzw. Metazoa). Te jednak potrzebowały sporo tlenu do podtrzymywania wydajności energetycznej, potrzebnej choćby do poruszania się, nie wspominając o penetracji osadu na dnie. Tlenu, którego pod koniec proterozoiku (w ediacarze) było bardzo mało, ok. 10% obecnego stężenia. Ratunkiem i oazą dla tych zwierząt były miejsca na dnie obficie porosłe przez maty glonowe. Maty takie były w stanie wytwarzać lokalnie tyle tlenu ile potrzebne było zwierzętom do aktywności życiowej, donoszą na łamach Nature Geoscience Grotzinger i inni. Potwierdzeniem tej hipotezy są obserwacje współczesnych zbiorników morskich o wodach ubogich w tlen, których dna porastane są przez maty mikrobialne. Okazuje się, że w pobliżu takich mat stężenie tlenu jest 4-krotnie wyższe niż w kolumnie wody. Należy jednak pamiętać, że do dna morskiego musi docierać światło słoneczne umożliwiające fotosyntezę. Zatem zwierzątka musiały ograniczać swe nocne życie, oszczędzając tlen. Chcesz wiedzieć więcej, czytaj Nature Geoscience.

Czytaj więcej