Wymieranie

Historia życia na Ziemi

Skamieniałości organizmów, które różniły się od wszystkiego, co żyje dzisiaj, zostały udokumentowane już w XVII wieku, ale dopiero na początku XIX wieku naukowcy zaczęli dostrzegać, że kolejne warstwy skał zawierających skamieniałości są jak kolejne karty w historii życia na Ziemi. Chociaż to uznanie dało początek narodzinom paleontologii, idea całkowitego globalnego wyginięcia gatunku nie została jeszcze w pełni zaakceptowana. W tamtym czasie można było argumentować, że nasza wiedza o świecie jest ograniczona, dlatego naukowcy rozważali możliwość, że organizmy znane tylko ze skamieniałości mogą nadal żyć w jakiejś niezbadanej części Ziemi.

Kiedy w 1859 roku Karol Darwin opublikował "O powstawaniu gatunków", koncepcja wymierania gatunków stawała się coraz bardziej akceptowana, ale przyczyna wymierania pozostawała tajemnicą. Ciągłe wymieranie było integralną częścią darwinowskiej teorii doboru naturalnego, ponieważ postrzegał je jako logiczny wynik ewolucji gatunków, które były bardziej konkurencyjne, lepsze drapieżniki lub lepiej przystosowane niż ich przodkowie w inny sposób. W związku z tym przodkowie wymarli, aby zostać zastąpionymi przez swoich wyższych potomków. Jedyna ilustracja, którą Darwin zawarł w swojej książce, przedstawia wczesne drzewo filogenetyczne, do którego odwoływał się przy wielu okazjach, aby poprzeć swój argument o wyginięciu jako produkcie ubocznym ewolucji.

Każdy żywy organizm powstaje, panuje przez jakiś okres czasu, a w końcu ginie. To samo odnosi się do gatunków, stąd ostatecznym losem wszystkich gatunków jest wyginięcie. Gatunek wymiera, gdy nie może już przetrwać i rozmnażać się w swoim środowisku i nie może przenieść się do nowego. Szacuje się, że ponad 99% wszystkich gatunków, które kiedykolwiek istniały, wyginęło, a większość z nich ma średnią "długość życia" od 1 do 10 milionów lat. Wymieranie może być stopniowe z powodu powolnych zmian środowiskowych lub niezdolności do konkurowania z pojawiającymi się gatunkami, lub może być nagłe z powodu katastrofalnych wydarzeń, niszczenia siedlisk, zanieczyszczenia lub nadmiernych polowań.

Wymieranie na dużą skalę

Masowe wymieranie lub wymieranie to duże ogólnoświatowe spadki różnorodności biologicznej, gdy tempo wymierania przekracza tempo specjacji. Masowe wymieranie jest na ogół spowodowane wydarzeniami geologicznymi lub astronomicznymi, takimi jak erupcje wulkanów, zmiany w składzie atmosfery, podnoszenie się lub opadanie poziomu mórz, globalne ochłodzenie i ocieplenie oraz uderzenia asteroid.

Zidentyfikowano pięć głównych masowych wymierań, które wykorzystano do podziału czasu geologicznego na odrębne epoki lub okresy, które są zagnieżdżone w epokach. Kiedy wiele gatunków wymiera bardzo nagle, znikają one z zapisu kopalnego, dostarczając metryki końca danego podziału geologicznej skali czasu i początku nowego okresu czasu.

Wymieranie permsko-triasowe

Największe masowe wymieranie, wymieranie permsko-triasowe, znane również jako "Wielkie Wymieranie" lub "Katastrofa permsko-triasowa", miało miejsce około 252 miliony lat temu pod koniec okresu permu, doprowadzając do wyginięcia ponad 90% wszystkich gatunków¹. Innym dobrze znanym masowym wymieraniem jest wymieranie kredowo-paleogeniczne (K-Pg) lub kredowo-trzeciorzędowe (KT), które miało miejsce około 66 milionów lat temu². Podczas gdy przyczyna wyginięcia K-Pg była szeroko dyskutowana, konsensus ustalił, że uderzenie asteroidy w Półwysep Jukatan w Meksyku jest najważniejszą przyczyną tego zdarzenia. Ten ogromny wpływ doprowadził do niestabilności geologicznej na niektórych obszarach, co doprowadziło do trzęsień ziemi, znacznej aktywności wulkanicznej, a także dramatycznego wzrostu poziomu mórz. Ponadto wywołało to również ogromne pożary, które z kolei wypełniły powietrze grubą warstwą popiołu, dymu i pyłu, blokując słońce i prowadząc do okresu globalnego ochłodzenia.

Czas uderzenia asteroidy następuje po potężnych erupcjach wulkanicznych, które spowodowały powstanie Trapów Dekanu w zachodnio-środkowych Indiach. Erupcje te miały miejsce w odstępie nawet 30 000 lat i rozpoczęły się przed uderzeniem asteroidy. Spowodowały one największą formację wulkaniczną na Ziemi, która zajmuje obszar ponad 200 000 mil kwadratowych. Erupcje te spowodowałyby również trwałe zmiany klimatyczne i dlatego są postrzegane jako alternatywna przyczyna uderzenia asteroidy lub nasilenie zakłóceń środowiskowych, które nastąpiły po uderzeniu.

Globalna utrata gatunków

Zdarzenie K-Pg jest najbardziej znane z wyginięcia dinozaurów, jednak dinozaury nie były jedynymi taksonami dotkniętymi – około 75% wszystkich gatunków wyginęło podczas tego wydarzenia. Niemniej jednak nie wszystkie taksony zostały dotknięte w równym stopniu, a niektóre z nich skorzystały później z otwarcia wcześniej zajmowanych nisz². Do tej drugiej grupy należały zarówno ssaki, jak i. Podczas gdy różnorodność została utracona podczas wymierania, te dwa taksony traciły różnorodność w wolniejszym tempie niż wiele innych taksonów, a obie grupy przeszły radiację adaptacyjną po wyginięciu innych dużych czworonogów, takich jak archozaury. Spośród archozaurów przetrwały tylko linie, które doprowadziły do powstania ptaków i krokodyli. W związku z tym nieptasie dinozaury nie są obserwowane poza granicą K-Pg w zapisie kopalnym i uważa się, że wymarły szybko i całkowicie z powodu braku zdolności do schronienia się i uzależnienia od diety mięsożernej. Zapis kopalny owadów wskazuje na duże wahania na początku paleogenu. Możliwe, że ta zmienność wynika z niedoskonałości zapisu kopalnego, a niektóre etapy były bardziej podatne na zachowanie skamieniałości niż inne. Wiadomo jednak również, że owady wykazywały podobne tendencje jak inne taksony, zmniejszając się natychmiast po wyginięciu K-Pg, a następnie odbijając się od dna. Dla tego taksonu można również zaobserwować wysoki punkt na maksimum termicznym. Osteichthyes, czyli ryby kostne, również doświadczają nieregularnego wzorca różnorodności. Szczególnie skamieniałości morskie w głębokich wodach są trudne do znalezienia, co może przyczyniać się do tej nieregularności, jednak warto zauważyć, że największa różnorodność ryb kostnych przypada na maksimum termiczne. Uważa się, że płytkie morza doświadczyły najgorszych skutków podczas wymierania ze względu na większy wpływ podnoszenia się poziomu morza i zmniejszonej fotosyntezy w porównaniu z innymi siedliskami morskimi. Liczebność doświadczyła ogromnego spadku liczebności po wyginięciu K-Pg i liczba ta nie została odzyskana do końca paleogenu. Echinodermata i Crustacea doświadczają podobnego poziomu spadku, jednak na te liczby może mieć również wpływ brak struktur skamieniałych w obu tych grupach.

Niektórzy naukowcy sugerowali, że wkroczyliśmy w nową erę geologiczną znaną jako antropocen, wraz z "szóstym masowym wymieraniem"^1-2. Sugestia ta opiera się na globalnych zmianach, a także na wysokim wskaźniku globalnego wymierania w wyniku działalności człowieka, w tym nadmiernych polowań, zanieczyszczenia, niszczenia siedlisk, gatunków inwazyjnych i zmian klimatycznych. Ponieważ obecne wymieranie jest spowodowane działalnością człowieka, różni się ono od innych masowych wymierań, które w dużej mierze wynikają z procesów astronomicznych i geologicznych. Obecne tempo wymierania jest do 100 razy wyższe niż zakłada się, że byłoby bez wpływu człowieka i prawdopodobnie jest wyższe, biorąc pod uwagę gatunki, które nie zostały jeszcze odkryte. Biorąc pod uwagę, że tempo wymierania antropocenu jest równe lub większe niż tempo związane z wcześniejszymi masowymi wymieraniami, konieczne jest podjęcie szybkich działań w celu odwrócenia ogromnych strat poniesionych przez wrażliwe populacje.

Odwołania

1. Benton, Sarda Sahney i Michael J. Odbudowa po najgłębszym masowym wymieraniu wszech czasów. Proc Biol Sci. 2008, tom 275 , (1636) 759–765.
2. Thomasa Johna Dixona Halliday'a, Paula Upchurcha i Anjali Goswami. Eutherianie doświadczyli podwyższonego tempa ewolucji bezpośrednio po masowym wymieraniu kredowo-paleogenicznym. Proc Biol Sci. 2016, Vol. 283, (1833) 20153026.
3. Barnosky AD, Matzke N, Tomiya S, Wogan GO, Swartz B, Quental TB, Marshall C, McGuire JL, Lindsey EL, Maguire KC, Mersey B, Ferrer EA. Czy szóste masowe wymieranie na Ziemi już nadeszło? przyroda. 2011, tom 471, (7336) 51-7.
4. Madliger CL, Franklin CE, Hultine KR, van Kleunen M, Lennox RJ, Love OP, Rummer JL, Cooke SJ. Fizjologia konserwatorska i poszukiwanie "dobrego" antropocenu. Zachowaj fizjologię. 2017, tom 5, (1) cox003.

Co mają wspólnego dinozaury, tygrysy tasmańskie i szpaki dudek? Odpowiedzią jest temat dzisiejszego laboratorium, wyginięcia. Wyginięcie ma miejsce, gdy gatunek nie może przetrwać w swoim środowisku, aby się rozmnażać i nie może przenieść się do nowego. Na przykład uważano, że mamuty włochate wyginęły w wyniku zmian klimatycznych, które sprawiły, że ich siedlisko i reszta planety stały się zbyt ciepłe. Wymieranie miało miejsce tak długo, jak długo istnieje życie na ziemi. W rzeczywistości szacuje się, że 99% wszystkich gatunków, które kiedykolwiek istniały, wyginęło.

Większość z tych wymierań nastąpiła z czasem z powodu zmian środowiskowych, takich jak nasz mamut włochaty. Ale inne czynniki, takie jak konkurencja o zasoby z innymi gatunkami i niezdolność do uniknięcia drapieżnictwa, mogą również doprowadzić gatunek do wyginięcia. Weźmy na przykład te ryby. Oba gatunki dzielą siedlisko, ale zielona ryba jest lepsza w unikaniu drapieżników, co zwiększa jej szanse na przetrwanie i ostatecznie doprowadza do wyginięcia pomarańczowej ryby. Nadmierne polowania i inne zjawiska spowodowane przez człowieka, takie jak zanieczyszczenie, mogą również spowodować wyginięcie gatunku.

Wymierania, które mają miejsce na poziomie globalnym, nazywane są masowymi wymieraniami i są zwykle spowodowane poważnymi katastrofalnymi wydarzeniami, takimi jak uderzenia z kosmosu, znaczna aktywność wulkaniczna i inne zjawiska, które powodują globalną zmianę klimatu. Podczas tych wydarzeń wysokie tempo wymierania przewyższa tempo nowej specjacji, co skutkuje globalną utratą gatunków.

Najbardziej znanym masowym wymieraniem jest wymieranie kredowo-paleogeńskie lub K-Pg, słynące z zakończenia panowania dinozaurów. To wymieranie można zaobserwować nawet w warstwach skalnych lub warstwach ziemi, gdzie obserwujemy nagłą utratę gatunków z zapisu kopalnego około 66 milionów lat temu, co zbiega się również z unikalną warstwą osadów zawierającą iryd, metal rzadko spotykany w skorupie ziemskiej. Iryd jest jednak obecny w dużych ilościach w asteroidach, co daje naukowcom wskazówkę co do przyczyny wymierania. Uderzenie na półwyspie Jukatan w Meksyku stworzyło szeroki na 180 kilometrów krater Chicxulub i wywołało serię katastrofalnych wydarzeń, które na zawsze zmieniły oblicze Ziemi. Po pierwsze, burze ogniowe spustoszyłyby kontynent północnoamerykański, tworząc ogromną chmurę dymu i pyłu. Szczątki wyrzucone w wyniku zderzenia zostałyby uwięzione w górnych warstwach atmosfery, powodując efekt okrycia, który uwięził śmiertelne ilości promieniowania podczerwonego w atmosferze. Erupcje wulkanów i powszechna niestabilność geologiczna po uderzeniu jeszcze bardziej przyczyniły się do zaduszenia ziemi, a ponieważ sadza, dym i popiół wulkaniczny zasłaniały słońce, wiele roślin nie było już w stanie fotosyntetyzować i w ten sposób zginęło. Bez pożywienia roślinożercy byli następni, którzy wymierali, a tuż za nimi podążały drapieżniki. Emisje wulkaniczne i wynikający z nich smog spowodowały kwaśne deszcze, które zakwasiły oceany, niszcząc wiele gatunków wodnych. Wkrótce kwaśna atmosfera i gęsta mgła blokująca ciepło słońca doprowadziły do głębokiego zamarznięcia, a globalne temperatury spadły poniżej zera na kilka lat. Masowe wymieranie spowodowane tymi drastycznymi zmianami środowiskowymi dotknęło wszystkie znane nam gatunki, a trzy czwarte wszystkich żyjących wówczas gatunków wyginęło w ewolucyjnym odpowiedniku mrugnięcia okiem.

Z biegiem czasu, gdy klimat Ziemi powoli wracał do normy, pozostałe gatunki, w tym małe ssaki, odbiły się od dna i przeszły promieniowanie adaptacyjne, aby wypełnić wiele nowo opuszczonych W ten sposób utrata dużej liczby gatunków podczas masowego wymierania otworzyła przestrzeń dla ekspansji i specjacji innych.
W tym laboratorium przeanalizujesz dane dotyczące różnorodności kilku różnych taksonów w różnych okresach czasu wokół wymierania kredowo-paleogeńskiego.