Rozdział 1 · Ewolucja
Gdybyśmy mogli cofać się w czasie, świat wydawałby się nam coraz mniej znajomy. Wszystko się zmienia i ewoluuje: nasza planeta oraz zamieszkujące ją gatunki. Jak powiedział starożytny grecki filozof Heraklit z Efezu (535-475 p.n.e.): "wszystko płynie" (panta rhei) - a zmiana jest jedyną stałą.
W tej sekcji przyjrzymy się osi czasu ewolucji życia na Ziemi, od skromnych początków aż po współczesność.
Nasza planeta i cały Układ Słoneczny uformowały się około 4,5 miliarda lat temu (Ga); Wszechświat miał wtedy 9,3 miliarda lat.
Geologiczna skala czasu dzieli się ogólnie na cztery eony. Pierwszy eon, hadeik, nazwano od Hadesa, greckiego boga świata podziemnego, ze względu na piekielne warunki tego okresu, trwającego od 4,5 do 4 Ga. Ziemia była rozżarzona, gorąca i chaotyczna - całkowicie nieprzyjazna życiu.
Na początku następnego eonu, archaiku, skorupa ziemska ochłodziła się na tyle, że mogły powstać kontynenty i oceany. Najwcześniejsze ślady życia datuje się właśnie na ten okres, około 4-3,7 Ga. Były to prawdopodobnie bardzo proste, samoreplikujące się komórki prokariotyczne, czyli bakterie i archeony, które powstały w oceanach.
Czy nie jest zdumiewające, że życie na Ziemi pojawiło się tak szybko po tym, jak warunki stały się dla niego odpowiednie?
Archaik trwał do około 2,5 Ga. Atmosfera była niemal pozbawiona tlenu, dopóki niektóre organizmy, tak zwane cyjanobakterie, nie wykształciły fotosyntezy. Dzięki niej mogły wykorzystywać energię słoneczną do budowy węglowodanów z dwutlenku węgla (CO₂) i wody (H₂O), uwalniając tlen (O₂) jako produkt uboczny. Poziom tlenu przez długi czas pozostawał jednak bardzo niski i zaczął wyraźnie wzrastać dopiero w następnym eonie, proterozoiku.
Wiele przełomowych wydarzeń w historii życia na Ziemi nastąpiło w proterozoiku, który trwał od 2,5 do około 0,55 Ga. Pierwsze eukarionty, duże komórki z jądrami, pojawiły się około 2 Ga, prawdopodobnie jako jednokomórkowe organizmy wiciowe podobne do dzisiejszych protistów, takich jak euglena i pantofelek.
Wkrótce potem rozwinęły się pierwsze wielokomórkowe eukarionty, prawdopodobnie wywodzące się z protistów tworzących kolonie. Najpewniej przypominały gatunki takie jak kulista zielenica Volvox, która istnieje do dziś.
Pod koniec proterozoiku pojawiły się pierwsze prymitywne rośliny i zwierzęta, a także grzyby. Uważa się, że pierwsze zwierzęta przypominały dzisiejsze gąbki: były osiadłe i pozbawione komórek mięśniowych, komórek nerwowych oraz innych złożonych struktur współczesnych zwierząt. Rośliny wyewoluowały z zielenic, które oprócz mitochondriów, obecnych u wszystkich eukariontów, zawierają chloroplasty. Chloroplasty prawdopodobnie wyewoluowały z wchłoniętych cyjanobakterii, natomiast mitochondria pochodzą od innych "połkniętych" prokariontów.
Czwarty eon, fanerozoik, trwa od około 550 milionów lat temu (Ma) do dziś. Charakteryzuje go ogromny wzrost i przyspieszenie różnorodności biologicznej, któremu towarzyszył wyraźny wzrost poziomu tlenu. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że przejście od jednokomórkowych prokariontów do wielokomórkowych eukariontów zajęło ponad dwa miliardy lat, a pojawienie się roślin i zwierząt kolejny miliard, ten ostatni, znacznie krótszy okres przyniósł zawrotne tempo innowacji ewolucyjnych. Zapowiedzią tego eonu była "eksplozja kambryjska".
Fanerozoik oznacza "wiek widocznego życia" - i rzeczywiście życie stało się wtedy na Ziemi wyraźnie widoczne. Pierwszą i najdłuższą z trzech er fanerozoiku jest paleozoik (550-250 Ma), który zaczyna się okresem kambru (550-500 Ma). Eksplozja kambryjska była bardzo szybką radiacją ewolucyjną, czyli ogromnym wzrostem różnorodności biologicznej. W zapisie kopalnym z tego czasu można znaleźć przedstawicieli wszystkich głównych grup filogenetycznych istniejących dziś. W tym pierwszym okresie dominowała jednak odrębna fauna kambryjska, która później podupadła i ostatecznie zanikła.
Fauna kambryjska obejmowała "prymitywne" gatunki należące do szerokich grup filogenetycznych obecnych do dziś, takich jak stawonogi, mięczaki czy strunowce, choć obecnie reprezentowanych przez bardzo odmienne gatunki. Dawno wymarłe trylobity były bardzo charakterystyczne dla wczesnego paleozoiku i są spokrewnione z dzisiejszymi skorupiakami, owadami, szczękoczułkowcami (np. pająkami) oraz wijami. Pojawiły się też jedne z pierwszych strunowców, takie jak Metaspriggina - poprzednicy współczesnych strunowców i kręgowców, w tym ryb, płazów, gadów, ptaków i ssaków.
Chociaż zalążki bardzo szerokich grup zwierząt pojawiły się już w kambrze, późniejsze okresy paleozoiku - ordowik, sylur, dewon, karbon i perm - wytworzyły własne, bardzo zróżnicowane fauny. Pierwsze ryby kostne pojawiły się w oceanach około 420 Ma (sylur), oddzielając się od ryb chrzęstnoszkieletowych, do których należą rekiny i płaszczki. Następnie ryby kostne zaczęły różnicować się na promieniopłetwe oraz mięśniopłetwe, mające mięsiste płetwy.
Ryby mięśniopłetwe dały w końcu początek pierwszym kręgowcom, które opanowały ląd. Najwcześniejszym znanym przedstawicielem tej linii jest Tiktaalik, żyjący około 380 Ma (dewon). To ewolucyjne ogniwo między rybami a tetrapodami, czyli zwierzętami czworonożnymi, miało zarówno skrzela, jak i płuca, stawy przypominające nadgarstki oraz ruchomą szyję. Dzisiejsze ryby dwudyszne pod pewnymi względami przypominają te dawne formy. Jeszcze przed Tiktaalikiem stawonogi opanowały ląd około 430 Ma (sylur), a pierwsze rośliny lądowe pojawiły się około 470 Ma (ordowik).
Po opanowaniu lądu tetrapody zaczęły się różnicować. Karbon (360-300 Ma), następujący po dewonie, był "wiekiem płazów", które były wtedy dominującymi zwierzętami lądowymi. W kolejnym okresie, permie (300-250 Ma), wyłoniły się i rozdzieliły wczesne grupy, które miały dać początek z jednej strony ssakom (synapsydy), a z drugiej gadom i ptakom (zauropsydy).
W fanerozoiku doszło do pięciu masowych wymierań, spowodowanych rozległymi i drastycznymi zmianami środowiskowymi, takimi jak spadek poziomu tlenu w atmosferze, wzrost stężenia dwutlenku węgla czy zakwaszenie oceanów. Najpoważniejsze wymieranie nastąpiło jednak na granicy paleozoiku i mezozoiku. Znamy je jako wielkie wymieranie permskie; zniknęło wtedy między innymi około 90% gatunków morskich i 70% gatunków kręgowców lądowych. Życie jednak za każdym razem odradzało się, stając się ponownie liczniejsze i bardziej różnorodne.
Mezozoik dzieli się na trzy okresy: trias, jurę i kredę. W triasie (250-200 Ma) doszło do wielkiego zróżnicowania synapsydów, zauropsydów i wielu innych grup, a okres ten zakończył się kolejnym masowym wymieraniem. W triasie pojawiły się też pierwsze ssaki, niewielkie zwierzęta podobne do gryzoni (225 Ma). W jurze (200-145 Ma) i kredzie (145-66 Ma) dominowały zauropsydy, czyli gady w szerokim sensie, zwłaszcza dinozaury. Małe i niepozorne ssaki przez cały ten czas żyły w ich cieniu.
Dinozaury dominowały na świecie przez ponad 130 milionów lat i w ogromnym stopniu przyczyniły się do różnorodności biologicznej Ziemi. Nazwy takie jak Stegosaurus, Brachiosaurus, Allosaurus, Velociraptor i Triceratops są znane na całym świecie i od dziesięcioleci, a nawet stuleci, pobudzają ludzką wyobraźnię. Słynny Tyrannosaurus rex należał do ostatnich dinozaurów, które wyginęły po potężnym uderzeniu asteroidy 66 Ma, wraz z 75% gatunków roślin i zwierząt na Ziemi. Panowanie dinozaurów skończyło się nagle.
Kenozoik, dzielony na paleogen (66-23 Ma), neogen (23-2,5 Ma) i czwartorzęd (od 2,5 Ma do dziś), stał się "wiekiem ssaków". Ssaki wyszły z cienia wymarłych dinozaurów, zróżnicowały się i zaczęły dominować na Ziemi. Dinozaury jednak nie zniknęły całkowicie: ptaki są dużą i ewolucyjnie bardzo udaną grupą opierzonych dinozaurów, która wywodzi się z jury. Ponadto gady i płazy nadal współtworzą współczesną faunę kręgowców lądowych.
W najnowszym okresie, czwartorzędzie (2,5-0 Ma), doszło do ewolucji człowieka, około 4 miliardy lat po początku życia na Ziemi. Nasz gatunek, Homo sapiens, wyewoluował około 300 000 lat temu. Dla porównania: gdyby Ziemia miała 24 godziny, ludzie pojawiliby się mniej niż 6 sekund temu.
W następnej sekcji dowiemy się, jak ogromna liczba żyjących dziś gatunków jest porządkowana i klasyfikowana zgodnie z ich historią ewolucyjną.
Sześć pytań do tego rozdziału — bez rejestracji, po prostu sprawdź swoją wiedzę.
To był rozdział 1 modułu Ewolucja. Cały moduł znajdziesz w aplikacji Codon One na iPhone’a i iPada — z quizem po każdym rozdziale, fiszkami i śledzeniem postępów.
