Paleontologia abordează modele evolutive pe scară largă, urmărind originile și destinele descendențelor și grupurilor majore, schimbările în caracteristicile și relațiile descendenților în evoluție și variațiile temporale ale diversității speciilor prin înregistrarea fosilelor.

Termeni asociați:

  • Cladistică
  • Ecologie
  • Microbiologie
  • Geologie
  • Vertebrate
  • Biodiversitatea
  • Faună
  • Habitate
  • Primaveri calduroase

Descărcați în format PDF

Despre această pagină

Evoluție, teoria lui

III.C. Paleontologia evolutivă

Paleontologia abordează modele evolutive pe scară largă, urmărind originile și destinele descendențelor și grupurilor majore, schimbările în caracteristicile și relațiile descendenților în evoluție și variațiile temporale ale diversității speciilor prin înregistrarea fosilelor. Cu toate acestea, paleontologii pot evalua aceste schimbări doar prin schimbări ale dimensiunii animalelor. Prin urmare, paleontologia nu poate aborda diversitatea sau efectele evoluției fiziologiei organismului, ci doar modelul său.

Geobiologia și înregistrările fosile: eucariote, microbi și interacțiunile lor

1. Introducere

Paleontologia, studiul fosilelor, este descendența geologiei și a biologiei, un hibrid care diferă de biologie, deoarece datele sale (fosilele) s-au transformat în piatră și din geologie, deoarece pune întrebări biologice, precum și cele geologice. Fluxul și refluxul paleontologiei a variat de-a lungul secolelor, de la accent pe răspunsul la întrebări geologice, cum ar fi dezvoltarea scalei de timp geologice, până la răspunsuri la întrebări biologice, cum ar fi elucidarea proceselor macroevoluționare.

Cu o istorie a studiilor serioase care se întinde cel puțin în secolul al XVII-lea (Rudwick, 1985), paleontologia este, fără îndoială, disciplina fondatoare a geobiologiei. S-a concentrat în primul rând pe istoria vieții eucariote pe Pământ și pe procesele evolutive care au modelat acea istorie de-a lungul timpului. În special, înregistrările fosile și stratigrafice codifică o mare parte din istorie și dovezi ale proceselor evolutive pe termen lung care au modelat biosfera actuală a Pământului. O mare parte din ceea ce știm despre înregistrările fosile a fost învățată prin eforturi intense în căutarea resurselor naturale, inclusiv dezvoltarea scării relative a timpului geologic. Cea mai mare parte a acestui efort biostratigrafic a fost realizată prin studiul eucariotelor fosile, care a fost astfel limitată în primul rând la fanerozoic, unde există o înregistrare fosilă a organismelor cu cochilii și oase (de exemplu, Berry, 1987).

Paleobiologia s-a dezvoltat în anii 1970 și 1980, pe măsură ce paleontologii eucariotici fanerozoici au început să pună din ce în ce mai multe întrebări biologice despre înregistrările fosile (de exemplu, Schopf, 1972; Valentine, 1985). În acest timp, paleobiologia precambriană a înflorit și ca interes de bază al cercetării. Aici, s-a pus un nou accent pe studierea microbilor fosili și a structurilor lor sedimentare, stromatoliții. Cu accent pe obținerea unei înțelegeri a evoluției timpurii a vieții, paleobiologia precambriană s-a dezvoltat aproape ca o cultură separată de paleobiologia eucariotică fanerozoică (de exemplu, Schopf și Klein, 1992; Bengtson, 1994; Schopf, 1999; Knoll, 2003).

În anii 1970 și 1980 s-au înregistrat progrese rapide într-o varietate de abordări geochimice, probabil cele mai evidente studii de izotopi stabili (de exemplu, Hoefs, 1997). Aceste studii s-au concentrat pe înțelegerea schimbărilor climatice și de mediu din părțile mai tinere ale istoriei Pământului, prin analize ale diferitelor componente ale înregistrărilor fosile și stratigrafice (de exemplu, Corfield, 1995). Încet, dar constant, aceste abordări au fost extinse în timp, adânc în Precambrian și au furnizat o sursă unică de date despre medii și evoluția vieții. Astfel de abordări geochimice au fost extrem de utile în înțelegerea naturii oceanelor și atmosferelor fanerozoice și precambriene, iar datele geochimice sunt cruciale pentru determinarea condițiilor unor fenomene atât de remarcabile precum Snowball Earth (de exemplu, Hallam și Wignall, 1997; Knoll, 2003).

Paleontologia a cunoscut, de asemenea, o explozie de interes de cercetare față de studiul mediilor și organismelor moderne, pentru a înțelege paleoecologia (de exemplu, Schäfer, 1972). Inițial, aceasta a fost în mare parte determinată de căutarea resurselor naturale, în special a petrolului. Cu toate acestea, această direcție de cercetare a fost larg răspândită ca paleoecologi eucarioti căutând să înțeleagă efectele bioturbării asupra sedimentelor și rocilor sedimentare și semnificația urmelor fosile (de exemplu, Frey, 1975; Bromley, 1996). Studii conexe, de obicei efectuate de paleobiologi precambrieni, au căutat să înțeleagă rolul pe care îl joacă microbii în generarea structurilor sedimentare, cum ar fi stromatoliții (de exemplu, Golubic, 1991). Studiul asupra mediilor moderne s-a concentrat, de asemenea, asupra proceselor care conduc la conservarea scheletelor mineralizate, ca parte a câmpului larg al tafonomiei (de exemplu, Behrensmeyer și Hill, 1980; Weigelt, 1989; Allison și Briggs, 1991a; Martin, 1999; Di Renzi și colab., 2002), cu scopul final de a înțelege cum a fost generată înregistrarea fosilelor. Recent, aceste domenii de cercetare s-au dezvoltat pentru a genera întrebări cu privire la modul în care mediul afectează evoluția, sub sfera largă a paleoecologiei evolutive (de exemplu, Allmon și Bottjer, 2001).

Descoperirea iridiului extraterestru într-un pat de la limita Cretacic - Terțiar de către Alvarez la începutul anilor 1980 a fondat studiul modern al extinctiilor în masă (de exemplu, Alvarez, 1997). Din fluxul de cercetări care a urmat, am aflat că stresul de mediu pe scară largă poate apărea într-un interval de timp foarte scurt prin impactul bolidului extraterestru (de exemplu, Koeberl și MacLeod, 2002). Aprecierea extincțiilor în masă a contribuit foarte mult la înțelegerea evoluției și a istoriei vieții. Studiul evidenței fosile a extincțiilor în masă și a datelor asociate efectuate de paleobiologii eucariotici fanerozoici și oamenii de știință ai Pământului, în general, a sporit mult conștientizarea influenței extraterestre a vieții pe Pământ.

Studiile privind înregistrările fosile ale vieții Ediacaranului și explozia cambriană au împins paleontologii și sedimentologii eucariotici fanerozoici înapoi în Precambrian și i-au forțat să se gândească mai mult la microbi (de exemplu, Seilacher, 1999; Bottjer, 2002). Fosilele Ediacara, în general de neoproterozoic târziu, sunt printre cele mai remarcabile biote fosile cunoscute din înregistrarea stratigrafică. Acest lucru provine din faptul că se crede că această biotă include fosile ale unora dintre primele organisme mai mari, a căror natură a fost mult dezbătută. Deoarece organismele Ediacara trăiau de obicei pe fundul mării acoperite cu covorase microbiene, acestea au fost în mare măsură adaptate la un mediu structurat de microbi (de exemplu, Seilacher, 1999; Seilacher și colab., 2003). În mod similar, după cum sa discutat mai târziu, modul lor neobișnuit de conservare a fost controlat în mare parte de procese microbiene (Gehling, 1999).

Sistemele nervoase ale mamiferelor timpurii și evoluția lor

Abstract

Evoluția este un „fapt”

Recordul de fosile

Paleontologia a fost o știință rudimentară până în secolul al XVIII-lea și s-a maturizat treptat la începutul secolului al XIX-lea în timpul lui Darwin. Părți mari ale succesiunii geologice a rocilor stratificate erau necunoscute sau studiate inadecvat până la mijlocul secolului al XIX-lea. Prin urmare, Darwin s-a îngrijorat de raritatea formelor intermediare între grupurile majore de organisme. Antivolutioniștii de atunci și acum au profitat de acest lucru ca o slăbiciune în teoria evoluției. Deși lacunele din evidența paleontologică rămân și astăzi, multe au fost umplute încă de pe vremea lui Darwin. Paleontologii au recuperat și au studiat rămășițele fosile ale multor mii de organisme care au trăit în trecut. Această înregistrare fosilă arată că multe tipuri de organisme dispărute aveau o formă foarte diferită de oricare dintre cele care trăiesc acum. De asemenea, arată succesiunile organismelor de-a lungul timpului, manifestându-și trecerea de la o formă la alta.

Când un organism moare, acesta este de obicei descompus de bacterii și alte forme de viață și de procesele meteorologice. În cazuri rare, unele părți ale corpului - în special cele dure, cum ar fi cochilii, dinții sau oasele - sunt conservate prin îngropare în noroi sau protejate în alt mod de prădători și de vreme. În cele din urmă, ele pot deveni pietrificate și conservate la nesfârșit cu rocile în care sunt încorporate. Metode precum datarea radiometrică - măsurarea cantităților de atomi radioactivi naturali care rămân în anumite minerale pentru a determina timpul scurs de când au fost constituiți - fac posibilă estimarea perioadei de timp în care s-au format rocile și fosilele asociate acestora.

Datarea radiometrică indică faptul că Pământul s-a format acum aproximativ 4,5 miliarde de ani. Cele mai vechi fosile cunoscute seamănă cu microorganisme, cum ar fi bacteriile și archaea (vezi capitolul 3); cea mai veche dintre aceste fosile apar în roci vechi de 3,5 miliarde de ani. Numeroase fosile aparținând multor filme vii și care prezintă schelete mineralizate apar în roci vechi de aproximativ 540 de milioane de ani. Aceste organisme sunt diferite de organismele vii de acum și de cele care trăiesc la intervale de timp. Unii sunt atât de radical diferiți încât paleontologii au creat noi filuri (filele sunt cea mai mare categorie taxonomică de organisme) pentru a le clasifica.

Viața microbiană de cel mai simplu tip (adică procariotele, celule a căror materie nucleară nu este delimitată de o membrană nucleară) exista deja cu mai mult de 3 miliarde de ani în urmă. Cele mai vechi dovezi care sugerează existența unor organisme mai complexe (de exemplu, celule eucariote cu un adevărat nucleu) au fost descoperite în fosilele sigilate în roci cremene vechi de aproximativ 1,4 miliarde de ani, dar se crede că astfel de celule complexe au apărut încă din 2000 de milioane de ani în urmă. Forme mai avansate, precum algele adevărate, ciupercile, plantele superioare și animalele au fost găsite doar în straturile geologice mai tinere. Primele animale multicelulare au apărut în urmă cu aproximativ 670 de milioane de ani, în perioada Ediacaran. Primele vertebrate (animale cu coloane vertebrale) au apărut oarecum înainte de 500 de milioane de ani în urmă; primele mamifere acum aproximativ 250 de milioane de ani (Tabelul 2.1).

Tabelul 2.1. Scara geologică a timpului de la 700 de milioane de ani în urmă până în prezent, arătând evenimente evolutive majore

Secvența formelor observate și faptul că toate, cu excepția primelor de pe listă (procariotele) sunt construite din același tip celular de bază implică cu tărie că toate aceste categorii majore de viață (inclusiv animale, plante și ciuperci) au o ascendență comună în prima celulă eucariotă. Mai mult decât atât, au existat atât de multe descoperiri de forme intermediare între pești și amfibieni, între amfibieni și reptile, între reptile și mamifere și chiar de-a lungul liniei primare de coborâre de la maimuțe la oameni încât este adesea dificil să se identifice categoric unde are loc tranziția. de la unul la alt gen anume sau de la una la alta specie anume. Aproape toate fosilele pot fi privite ca intermediari într-un anumit sens; sunt forme de viață care se încadrează între formele ancestrale care le-au precedat și cele care au urmat.

Înregistrarea fosilelor oferă astfel dovezi convingătoare ale schimbării sistematice în timp - descendență cu modificare. Din acest corp consecvent de dovezi se poate prezice că nu vor fi găsite inversări în viitoarele studii paleontologice: adică amfibienii nu vor apărea în fața peștilor sau a mamiferelor înainte de reptile și nu va avea loc o viață complexă în evidența geologică înainte de cele mai vechi celule eucariote.

Deși unii creaționiști (susținătorii creației directe de către Dumnezeu a tuturor speciilor vii) au susținut că înregistrarea geologică, cu succesiunea ordonată a fosilelor, este produsul unei singure inundații universale de câteva mii de ani în urmă, care a durat puțin mai mult de un an și a acoperit cei mai înalți munți la o adâncime de aproximativ 7 m, există dovezi clare sub formă de depozite intertidale și terestre care, în niciun moment înregistrat, în trecut, întreaga planetă nu a fost sub apă. Mai mult, o inundație universală de o magnitudine suficientă pentru a depune straturile existente, care împreună au o grosime de zeci de kilometri, ar necesita un volum de apă mult mai mare decât a existat vreodată pe și pe Pământ, cel puțin de la formarea primului cunoscut crustă solidă în urmă cu aproximativ 4 miliarde de ani. Credința că toate aceste sedimente și fosilele sale au fost depuse într-o secvență ordonată în doar un an sfidează toate observațiile geologice și principiile fizice. Au existat perioade de precipitații neobișnuit de ridicate și s-au produs inundații extinse ale zonelor locuite, dar nu există niciun sprijin științific pentru ipoteza unei inundații universale care acoperă munții.

Astfel, secvența generală a fosilelor fusese deja recunoscută înainte ca Darwin să fi conceput teoria descendenței sale cu modificare sau evoluție prin selecție naturală, așa cum am spune de obicei. Paleontologii și geologii dinaintea lui Darwin (inclusiv Charles Lyell) au folosit secvența fosilelor din roci nu ca dovadă a evoluției biologice, ci mai ales pentru elaborarea secvenței originale a straturilor de roci care au fost perturbate structural de cutremure și alte forțe. Cu toate acestea, pe vremea lui Darwin paleontologia era încă o știință rudimentară. Părți mari din succesiunea geologică a rocilor stratificate au fost necunoscute sau studiate inadecvat.

Înregistrarea fosilelor este încă incompletă. Din proporția mică de organisme păstrate ca fosile, doar o mică parte a fost recuperată și studiată de paleontologi, deși în numeroase cazuri succesiunea formelor de-a lungul timpului a fost reconstituită în detaliu considerabil. Un exemplu este evoluția calului, care poate fi urmărită la un animal de dimensiunea unui câine cu mai multe degete de la picioare pe fiecare picior și dinți adecvate pentru răsfoire (consumând lăstari sensibili, crenguțe și frunze de copaci și arbuști); acest animal, numit calul zorilor (denumire științifică Hyracotherium), a trăit acum mai bine de 50 de milioane de ani. Cea mai recentă formă, calul modern (Equus), este mult mai mare, are un singur deget și are dinți adecvați pentru pășunat (consumul de ierburi în creștere). Formele de tranziție sunt bine conservate ca fosile, la fel ca alte tipuri de cai dispăruți care au evoluat în direcții diferite și nu au lăsat descendenți vii (Fig. 2.1).

sciencedirect

Figura 2.1. Evoluția calului. Cel mai vechi strămoș prezentat este Hyracotherium, care a trăit acum 50 de milioane de ani și era mic, de dimensiunea unui câine. Speciile succesive au devenit mai mari și au avut o dentiție diferită și mai puține degete, deoarece s-au adaptat la diferite diete și moduri de viață. Ramurile din partea stângă a figurii reprezintă specii care au trăit în momente diferite, dintre care majoritatea au dispărut. Lățimea ramurilor corespunde abundenței speciei.

Amabilitatea Encyclopedia Britannica, Inc.

Folosind fosile recuperate, paleontologii au reconstituit exemple de tranziții evolutive radicale în formă și funcție. De exemplu, maxilarul inferior al reptilelor este format din mai multe oase, dar cel al mamiferelor are doar unul. Celelalte oase din maxilarul reptilian au evoluat în oase care se găsesc acum în urechea mamiferelor. La început, o astfel de tranziție ar părea puțin probabilă - este greu de imaginat ce funcție ar fi putut avea astfel de oase în etapele lor intermediare. Cu toate acestea, paleontologii au descoperit două forme de tranziție ale reptilelor de tip mamifer, numite terpside, care aveau o articulație maxilară dublă (adică două puncte de articulație una lângă alta) - o articulație formată din oasele care persistă în maxilarul mamiferelor și cealaltă compusă din pătratul și oasele articulare, care în cele din urmă au devenit ciocanul și nicovala urechii de mamifere (Simpson, 1949, 1961 Simpson, 1949 Simpson, 1961).

Pentru contemporanii sceptici ai lui Darwin, „veriga lipsă” - absența oricărei forme de tranziție cunoscute între maimuțe și oameni, sau între pești și amfibieni, sau între reptile (dinozauri) și păsări - a fost un strigăt de luptă, așa cum a rămas pentru oamenii neinformați. după aceea. Nu una, ci multe creaturi intermediare între maimuțele vii și oameni au fost de atunci găsite ca fosile. Cele mai vechi hominine fosile cunoscute - adică primatele aparținând descendenței umane după ce s-au separat de descendențele care mergeau către maimuțe - au o vechime de 6-7 milioane de ani, provin din Africa și sunt cunoscute sub numele de Sahelanthropus și Orrorin (sau Praeanthropus). Erau predominant bipede când erau la sol, dar aveau creierul foarte mic. Numeroase rămășițe fosile de hominine au fost găsite în ultimul secol și până în prezent, care sunt intermediare între Orrorin și oamenii moderni, în special în ceea ce privește dimensiunea creierului, care crește de la aproximativ 300-400 cc în primii hominini la 1300-1400 cc în oameni moderni (Capitolul 5).

Zooarheologie

Steve Wolverton, Lisa Nagaoka, în Etnozoologie, 2018

Regula 5: Scrieți o paleontologie sistematică

O paleontologie sistematică este un raport care prezintă o descriere detaliată a modului în care se desfășoară procesul de identificare pentru o anumită faună (Lyman, 2002). Acest raport oferă informații cu privire la modul în care QC a fost realizat în timpul analizei faunistice în așa fel încât alți arheologi care doresc să utilizeze datele pot evalua calitatea acestuia. În mod ideal, raportul oferă informații cu privire la colecțiile de referință care au fost utilizate, detaliile criteriilor morfologice și biometrice utilizate pentru realizarea identificărilor elementare și taxonomice, precum și justificări pentru motivarea identificării la unul sau altul taxon. Astfel de rapoarte sunt locul în care procedurile QC sunt clarificate, dar sunt de obicei dificil de publicat în jurnalele științifice. Paleontologia sistematică poate fi publicată ca un capitol sau apendice într-o teză sau disertație, ar putea fi inclusă ca material suplimentar online, ar putea fi autoarhivată prin intermediul serviciilor web de rețea științifice (de exemplu, researchgate.net sau academia.edu) și/sau ar putea fi curatat digital cu date produse din analiză folosind biblioteca digitală și resurse de arhivare (de exemplu, context deschis).

Fossil Records

3.5 Concluzii

Interacțiuni fungice

Thomas N. Taylor,. Edith L. Taylor, în Ciuperci fosile, 2015

Ciuperci în ouă

Descoperirile în paleontologie sunt adesea serendipite. Una dintre acestea este conservarea ciupercilor dintr-un ou de broască țestoasă din Cretacicul timpuriu din China (Jackson și colab., 2009). Rămășițele fungice conservate împreună cu acest ou includ hife septate ramificate, conidiofori care susțin mai multe fialide și lanțuri de până la cinci conidii bazipetale. Morfologia ciupercii fosile este similară cu taxonii existenți din genul Penicillium. Se crede că această asociere oferă indicii privind interacțiunile paleoecologice legate de ambreiaj. Prezența micobiotei variate a fost, de asemenea, raportată la ouă și cuiburi de broaște țestoase moderne (de exemplu, Phillott și colab., 2004; Güçlü și colab., 2010).

Figura 12.14. Suprafața dintelui fosil care prezintă orificii în smalțul Mycelites sp. Jurassic, Marea Britanie. Bară = 50 um.