「LUCAの福音。動物界の血統を求めて」

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Anonim

LUCA(Last Universal Common Ancestor)は、すべての生物の最後の共通祖先です。彼の最も正確なバイオインフォマティクスの肖像画は2016年に取得されました。彼らの仕事の結果については、「これはすべてルークからです」という記事に簡単に書きました。生物学者が動物間の家族の絆を正確に特定し、その進化の道を復元する方法については、「LUCAの福音書」という本を参照してください。動物界の系譜を求めて」(出版社「アルピナノンフィクション」)は生物学者のマキシムビナルスキーが言います。エンライテナー賞の組織委員会は、この本を25冊の「長いリスト」に含め、その中から賞のファイナリストと受賞者が選ばれます。 N + 1は、読者に、地球の化石記録の構造と現代の動物タイプの最初の代表者の出現に関する抜粋に慣れるように勧めています。

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「そしてろくでなしの海の水中通路」

海底を勉強しました

捨てられて暗い

そして彼にとって、憧れに抱かれ、

海のゴキブリだけが這う、

ヒトデが燃えている、

ウミヘビはそこにシューッという音を立てます…

レオニード・マルティノフ。海底

2世紀以上の間、生物(化石)の残骸を含む地殻の石の年代記の研究が続けられてきました。この道の最初に行われた最初の重要な発見の1つは、化石がとにかくだけでなく、厳密な順序で地殻の層にあるという認識でした。デボン紀や白亜紀など、特定の地質時代に対応する層では、厳密に定義されたタイプの化石しか見つかりません。これは、異なる年代の層では発生しないか、ほとんど発生しません。これは、ジョン・ファウルズの小説「フランス中尉の女」の登場人物であるチャールズ・スミスソンなど、地質学的なハンマーを持ったビクトリア朝の紳士によく知られていました。化石記録のこの特徴は、化石を研究することによって、母岩がどの地質学的時代に属するかを決定することを可能にするので、非常に実用的に重要です。特別な科学分野がこれに従事しています-生層序学。その重要性は、鉱物の探査を専門とする地質学者によってよく理解されています。化石の収集と研究は、架空のスミスソンのようなアマチュア地質学者だけでなく、地質調査機関全体によっても行われています。

この秩序の理由は、地球の歴史の中で、堆積岩が時系列で徐々に堆積し、砂岩、石灰岩、泥灰土などの岩からなる巨大な薄片状のケーキのようなものを形成したためです。強力な地殻変動力が地殻の上部層を繰り返し変形させ、交互の層の正しい順序を破壊しましたが、地質学者の何世紀にもわたる努力は無駄ではありませんでした。彼らは、地質学的な時代と期間のシーケンスの惑星全体に対して単一のスキームを作成することに成功しました-地質年代学的スケール、その各部門の開始と終了の日付を決定し、またそれらに固有の動植物を説明します。

地球上にはこのようなものはなく、今後もそうなることはありませんが、しばらくの間、非常に深い峡谷があり、その壁は過去10億年にわたって形成された堆積岩によって形成されていると想像してみてください。ここでの沈降のシーケンスが長い間中断されたことがないと仮定しましょう。この場合、架空のスーパーキャニオンは、指定された時間の化石レコード全体を保存します。

巨大な峡谷の底への精神的な降下を始めましょう。地表に最も近い層は、現在の地質学的期間(完新世)に形成されたに違いありません。それらに提示された動植物の残骸は、現在存在する種に独占的に属します。実際、彼らは数千年前に住んでいましたが、これらは私たちの同時代人です。第四紀に形成された層は少し低くなります。もう1つ仮定しましょう。私たちの峡谷をシベリアの南のどこかに配置しましょう。この場合、第四紀の層は、間違いなく絶滅した氷河期の種、マンモス、ケブカサイ、洞窟ハイエナなどに属する化石を私たちに与えます。

したがって、私たちが深く降りるほど、より古く、現在の生き物とは異なり、私たちの途中で出会うでしょう。当然、私たちは彼らの化石化した骨、歯、鱗、殻について話している。私たちの降下の約3分の1で、大型哺乳類の残骸が消え、巨大な中生代の爬虫類の残骸に取って代わられます。モンゴル人はそれらをムーンヤスと呼びました。これは「ドラゴンの骨」を意味します。これらの層では、魚竜と首長竜の骨とともに、化石化したアンモナイトの殻と「悪魔の指」に遭遇します。これは、今日のイカを彷彿とさせる親戚、ベレムナイトの内部骨格の残骸です(前者と後者の両方が属します)。頭足類のクラスに)。その下でも、爬虫類の残骸は両生類の骨に置き換わり、その後姿を消します。そのため、これらの層の脊椎動物は魚だけになります(多くの点で現代のものとは異なります)。最後に、約5億1500万年の堆積物の蓄積に相当する、約3分の2を通過すると、仲間は主に比較的原始的で、それほど大きくない無脊椎動物(三葉虫、軟体動物、古生物)になります。脊椎動物はまったくいません。

さらに数百メートル下がると、周りのすべてが劇的に変化します。まるで邪悪な魔術師の杖の波のように、石化した骸骨(貝殻、貝殻、家)が消え、私たちが見つけることができるのは、石化した葉に似た奇妙な種類の生き物の残骸だけです。もちろん、堆積岩には確かに微視的な化石が含まれていますが、それらの検出には優れた顕微鏡、できれば電子顕微鏡が必要です。

かつて専門家が地質年代学的スケール全体を2つの部分に分割することを余儀なくされたのは、現代型の動物の残骸の突然の消失によって特徴づけられるこの鋭い境界でした。大きな化石が豊富に見られる上部は顕生代(文字通り「露骨な生命の時代」)と呼ばれるようになりました。その初期の期間は、約5億4000万年前に始まり、約5500万年続いたカンブリア紀です。

カンブリア紀以前に形成されたすべての層は、先カンブリア紀としても知られるクリプトゾイック(「隠された生命の時代」)と呼ばれていました。 LUCAの出現から最初の後生動物まで、前の章で議論されたすべての進化の出来事は、約40億年続いた先カンブリア時代に正確に起こりました。

CryptozoicからPhanerozoicへの突然の移行は、常に古生物学者を魅了してきました。地質学の研究に非常に専門的に従事していたチャールズ・ダーウィンは、この現象について満足のいく説明をすることができなかったことを認めました。これは彼を心配させた。なぜなら、そのような「突然の」、まるで無からのように、一連の新しく完全に形成されたタイプとクラスの動物の出現が、彼の進化論に対する議論としてしばしば使用されたからである。ダーウィンの時代、先カンブリア時代の堆積物に動物が残っていることはまったく知られておらず、1947年になって初めて、オーストラリア南部にあるエディアカーラ地域で最古のメタゾイドが発見されたことが発表されました。これは、前世紀の最も重要な古生物学的発見の1つになりました。

地球上の生命はカンブリア紀よりずっと前から存在し繁栄していたことは確かですが、古生物学者や科学の普及者が好んで呼んでいる「カンブリア紀の爆発」は、今でも最も熱く議論されている進化論の謎の1つです。実際、約2500万年から3000万年以内に(地質年代学的スケールの基準では非常に速い)、骨格構造を持つほとんどすべての現代の動物タイプの代表者が、このおかげで、石の年代記、世界の海に登場?これらは、軟体動物、節足動物、脊索動物、棘皮動物、および多数の移行形態であり、どのタイプに起因するのかさえ明確ではありません。唯一の明確な例外は、カンブリア紀に続く地質学的期間の初めに発生したコケムシのタイプ、つまりオルドビス紀です。この最も豊かな動物園全体(数百の種と属が記載されています!)は、5億5000万年から5億1500万年前の年代記のページに登場しました。

これについて考えられる説明の1つは、主な種類の無脊椎動物の代表が先カンブリア時代の「爆発」のずっと前に発生したが、当面は小さく、目立たず、外部または内部の骨格がないことです。したがって、彼らは古生物学者の餌食になることはできませんでした。しかし、この場合、貝殻、家、キチンの貝殻、および同様の固体構造を取得するために、なぜ彼らを「ある素晴らしい瞬間」(ただし、数百万年にわたって伸ばした)にしたのでしょうか?この大きな骨格革命は、カンブリア紀の爆発の最も印象的な兆候の1つでした。

これらすべての科学的パズルを解くには2つのアプローチがあります。最初の伝統的なものは、化石の残骸の詳細な研究、ならびに現代の動物の解剖学的構造と胚発生の特徴から成ります。 2つ目は、ご想像のとおり、最新の分子遺伝学的ツールのすべてを使用しようとしています。

どちらのアプローチも十分に証明されており、多くの興味深い仮説を立てることができましたが、よくあることですが、これらの独立した方法で得られた結果は、相互に矛盾することがあります。

なぞなぞ1。現代の動物タイプの最初の代表者はいつどのように現れましたか?

さまざまな実験室でさまざまな方法を使用して得られた分子データは、多細胞動物(後生動物)は、メチニコフ食細胞または私たちに知られていない別の生き物であるかどうかにかかわらず、進化の中で一度、1つの祖先から生じた単系統群であると満場一致で主張します。残念ながら、分子時計の使用は、このイベントを多かれ少なかれ正確に日付を記入することをまだ可能にしませんでした。最新の最も徹底的な研究の1つでは、大まかな推定値しか得られず、それによると、メタゾイドは8億3300万年から6億5000万年前に出現しました。現代の動物タイプの最初の代表者の出現は、7億4600万年から5億7800万年前、つまり「カンブリア紀の爆発」のずっと前に起こった時間間隔にさかのぼる必要があります。したがって、骨格革命は、動物の進化において比較的遅い出来事でした。なぜなら、その始まりまでに、ほとんどの種類の多細胞生物は1億年以上前のものだったからです。

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米。 6.1。先カンブリア時代後期の水中景観の再構築。

この点での化石記録のデータは、遺伝学者による推定よりもはるかに遅れています。最初の化石、間違いなく後生動物は、約570Maです。これらはいわゆるランコモルフであり、前述の有名なエディアカラ生物群の一部です。この動物相は、第一に、その古代で有名であり、第二に、その動物のほとんどの極端に珍しい構造で有名です。図を見てください。 6.1、先カンブリア時代後期の海の底を描いています。その上に提示されたすべての生き物の中で、クラゲだけが私たちに馴染みがあるように見えます。残りは、おそらく完全に異なるタイプの古代動物に属しており、カンブリア紀の初めまでに痕跡を残さずに姿を消しました。エディアカラン(またはロシア語の文学でよく呼ばれるベンディアン)の動物相の代表は、まだ鉱化された骨格を持っていません。エディアカラ動物は、底質の層に埋もれた遺体の鋳造物や痕跡の形で私たちのところにやって来ました。これらの化石は非常によく保存されているため、生物の外部と内部の両方の兆候を再構築することができます。

しかし、エディアカラ生物群の驚くべき保存でさえ、最も重要な問題の多くを明確に解決することはできません。これらの生き物の中で、節足動物や環形動物など、私たちによく知られている種類の動物界の創設者を見る試みが繰り返し行われました。しかし、そのような解釈はすべて必然的に異議を唱えました。これは、最初はクラゲと考えられていたキンベレラ(図6.2)で、古代の軟体動物であると考えられていましたが、今ではこの生物は現代のどのタイプとも関係がないという意見に出くわすことができます。後生動物の..。

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米。 6.2。キンベレラ:古生物学者の目にどのように見えるか(左)と、生涯の可能性のある外観の再構築(右)。

何人かの古生物学者は、エディアカラ生物群が母なる自然によって設定された初期の(そして完全には成功していない)進化実験の名残であるという考えを発展させています。 「エディアカラン爆発」の過程で、構造の12以上の異なる計画が作成され、実際の条件でテストされました。これは、形態学者が動物の体の構造を決定する基本構造と呼ぶ方法です。多細胞動物の種類ごとに独自の構造計画または建設的なプロトタイプがあり、そこからすべての代表者の解剖学的特徴を導き出すことができると一般に認められています。このアイデアは、200年以上前に偉大なジョルジュ・キュビエによって初めて表現され、実証されました。

先カンブリア時代後期に出現した建築計画のいくつかは、時の試練に耐えてきました。しかし、エディアカランの多様性のかなりの部分が消え、直接の子孫は残っていません。多くのエディアカラ生物は、約5億5000万年前に噴火した、いわゆるコトリンの大量絶滅の過程で亡くなり、カンブリア紀の初めに到達した人々は、明らかに、より高度な骨格との競争に耐えることができませんでした。 -現代のタイプの代表を装備。失敗した建造物の化石化した残骸は、古生物学博物館の保管庫の棚に落ちました。 「主なる神の草案」-彼らがロシアの古生物学者ミハイル・B・ブルジンと適切に呼んだように。

エディアカラ生物群は、約3,000万年またはそれより少し長く海洋に存在していました。オーストラリアで最初に発見された直後に、ロシア(白海沿岸、中部ウラル、シベリア)を含むすべての大陸で、このタイプの化石動物が発見されました。エディアカランの広範な発生とその高い種の多様性は、彼らの時代にはそれが非常に繁栄したグループであったことを示しています。これは、今日振り返ってみると「失敗」としか言えません。かつて、エディアカランの多細胞生物は海と海の主人でした。

エディアカラン多細胞の青々とした開花は、約5億6000万年前の海水中の酸素濃度の急激な増加と何らかの形で関連していると考えられています。大きくて複雑に組織化されたメタゾイドは、原生生物と比較して、植民地時代のものでさえ、はるかに高い代謝率を持っています。水中の豊富な酸素は、動物にとって信頼できるエネルギー源を生み出します。これは、進化の段階でエディアカラ生物が出現するための前提条件になる可能性があります。

しかし、分子時計の刻々と過ぎて、エディアカラ生物群が出現するずっと前に発生した最初の後生動物は、はるかに厳しい条件で存在していたに違いありません。人生は彼らをまったく台無しにしませんでした。酸素濃度がはるかに低かっただけでなく、地球の気候はリゾート地とはほど遠いものでした。地質学者は、7億2000万年から6億3500万年前の期間を極低温学と呼んでいます。名前は「語る」です。この時代は地球の歴史の中で最も寒く、極からの氷床はほぼ赤道に達しました。これが多細胞動物の出現をどのように刺激したかを言うのは難しいですが、多くの古生物学者は、主要な進化の出来事を地球上でこれまでに設定された最も極端な条件に関連付ける可能性に魅了されています。これが単なる時間の偶然ではないことを証明してください。水の物理的性質、その高い熱容量、地球寒冷化は陸上動物ほど強く海洋動物に影響を与えませんが、現実が最も過激な古気候シナリオに対応している場合、極低温時代の海でさえ、条件は非常に過酷でした。最も寒い時期には、古代の生命は水圏の特定の地域、たとえば水中の熱水泉やその近くでのみ保存されていた可能性があります。そのような避難所で極寒を生き延びた後、生物は海中に再定住することができました。しかし、水中の低濃度の酸素は、最初のメタゾイドのサイズが非常に小さく、集中的な酸素消費の必要性を感じなかったため、最初のメタゾイドに抑制効果をもたらさなかったようです。

近年、さらに2つの化石群集が活発に議論されています。これらは、エディアカランよりも古く、真の多細胞動物が含まれている可能性があります。どちらも中国の先カンブリア時代の堆積物から説明されています。これらは、いわゆるランティアンとウェンヤンの生物相です。愛好家は、メタゾイドの残骸だけでなく、多細胞動物の「先カンブリア時代の胚」と解釈される化石さえも発見します。より懐疑的な古生物学者は、データが決定的な結論を出すにはまだ十分ではないと指摘しています。「[これらの化石の動物起源]を確認するために使用される特性はどれも…動物に固有のものではありません」 、藻類や原生生物のクレードを含む他の真核生物との関係は、可能な限り可能であり、さらなる研究が必要です。」

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