Kambryjski wielki wybuch życia

Kambryjska „eksplozja” jest jedną z największych zagadek w dziejach ziemi.
Zacznijmy od podstawowych informacji:
Kambryjska eksplozja to nagłe pojawienie się ogromnej ilości różnych form życia. Rozpoczęła się ona przed 542 mln lat i trwała ok. 10 mln lat, co jest okresem bardzo krótkim w geologicznej skali czasu. Wszystkie 21 typów znanych obecnie zwierząt pojawiło się właśnie wtedy. Do najbardziej znanych zwierząt z tamtego okresu należą trylobity i wymarłe już dzisiaj stawonogi. Jest to o tyle zadziwiające, że świat (Ziemia) miał już wtedy 3 mld lat lecz życie było wtedy stosunkowo ubogie. Aż do nastania kambru, który trwał 53 mln lat.

Teorie wyjaśniające eksplozję kambryjską można podzielić na kilka grup:
teorie innowacji – eksplozja kambryjska stała się możliwa dzięki jakiejś innowacji uzyskanej przez organizmy, np. pojawieniu się komórki eukariotycznej czy wapiennych szkieletów
teorie środowiskowe – eksplozja kambryjska stała się możliwa dzięki jakiejś zmianie środowiskowej, np. ociepleniu lub ochłodzeniu klimatu, pojawieniu się wolnego tlenu w atmosferze. Do tych teorii należy tzw. teoria Ziemi-śnieżki.
teorie ekologiczne – pojawienie się organizmów heterotroficznych spowodowało eksplozję ilości nisz ewolucyjnych, i eksplozja ilości gatunków jest wynikiem wypełnienia tych nisz
teorie wg których jest ona jedynie artefaktem związanym z procesem powstawania skamieniałości i nie odpowiada jej żadne rzeczywiście istotne wydarzenie. Paleontologowie zaproponowali wiele teorii aby wyjaśnić tę rewolucję, ale nie osiągnęli zgody w tej kwestii.


W latach dziewięćdziesiątych XX wieku okazało się, że ten wybuch był znacznie gwałtowniejszy niż sądzono wcześniej, trwał bowiem nie 60 lecz tylko 5-10 milionów lat. W skali geologicznej wrażenie wybuchu spotęgowało się więc przynajmniej sześciokrotnie. Nic dziwnego, że w naukowej literaturze zaczęto charakteryzować eksplozję kambryjską jako "Ewolucyjny Big Bang"

Jedynym sposobem badania początków życia na naszej planecie było do niedawna badanie skamieniałości pierwszych organizmów, już ponad sto lat temu uznano, że przed epoką kambryjską życie musiało pozostawać w ukryciu, gdyż nie znano żadnych wcześniejszych śladów. Choć w XX wieku znaleziono wiele starszych skamieniałości, sięgających nawet 3.5 mld lat wstecz (stromatolity), są to pozostałości organizmów prostszych niż te, które pojawiły się w kambrze. Logiczny wniosek, że znajdowane w skałach kambryjskich organizmy wyewoluowały w kambrze, próbuje się podważyć na podstawie badań genetycznych.


Mamy więc taką oto sytuację, że ewolucja w ciągu 5-10 milionów lat powyciągała jak króliki z kapelusza więcej podkrólestw i planów budowy ciała niż przetrwało do dzisiaj, po czym nagle jej stwórcza inwencja uwiędła.

Patrząc na paleontologiczny zapis możemy stwierdzić, że wszystkie obecnie znane typy wyewoluowały około 525 milionów lat temu. Pomimo pół miliarda lat dalszego ewolucyjnego rozwoju kladów powstałych w kambrze, żaden nowy typ i żaden nowy plan budowy ciała od tego czasu nie pojawił się.


Przed okresem kambryjskim prawie wszystkie formy życia były mikroskopijnych rozmiarów, za wyjątkiem zagadkowych bezszkieletowych organizmów. Na początku kambru, około 544 mln lat temu, grupy zwierząt "eksplodowały" w wysypie ewolucyjnej aktywności, która od tamtej pory nie miała sobie równych. Stworzenia morskie nabyły możliwość budowania twardych skorupek i w geologicznie krótkim okresie – 10 mln lat, pojawiła się wielka różnorodność nowych planów budowy ciała.

Genetycy nie tłumaczą jednak, dlaczego na początku kambru wszystkie te, istniejące już miliony lat wcześniej, zwierzęta nagle zaczęły wytwarzać szkielety i skorupki i, co ciekawe, z trzech różnych substancji chemicznych: węglanu wapnia, fosforanu wapnia i krzemionki. Dopóki nauka nie rozwikła tego paradoksu, "kambryjska eksplozja życia" musi pozostać w słowniku paleontologii.

Paleontologia, czyli badanie zapisu kopalnego, ujawnia trzy uderzające cechy: a) systematyczne nagłe pojawienia się naturalnych grup złożonych organizmów, b) trwanie tych grup w praktycznie niezmiennej postaci przez bardzo długi okres (czasami nawet setki milionów lat) aż do zniknięcia z zapisu (co interpretuje się jako wymarcie) i c) systematyczne przerwy, luki między tymi naturalnymi grupami skamieniałych organizmów. Należy podkreślić, że te nagłe pojawienia się w zapisie kopalnym mają systematyczny charakter, a nie – że nie ma w ogóle (rozmaicie interpretowanych) przykładów wyłaniania się jakichś wyższych kategorii (są takie), albo że nie można dać przykładów stopniowej zmiany na poziomie gatunkowym (można je dać, tyle że są to zmiany drobne, oscylujące wokół pewnego punktu).

Te cechy zapisu dotyczą tak roślin, jak i zwierząt. Nowe jednostki taksonomiczne pojawiają się w zapisie z reguły nagle, w związku z czym zaczęto mówić o brakujących ogniwach i o lukach w zapisie.

Związek „teoria ewolucji – zapis kopalny” od samego początku był dla ewolucjonizmu kluczowy. Nie było to jedyne zagadnienie, którym zajmowali się ewolucjoniści (badali sprawę dziedziczenia cech, powstawania i kumulowania się mutacji, działanie doboru, ostatnio ważne są badania molekularne itp.), ale trudno sobie wyobrazić istnienie teorii ewolucji, gdyby nie znajdowano skamieniałych form dawniej żyjących organizmów. Według teorii Darwinowskiej zapis kopalny powinien zawierać stopniowe pośrednie formy życia oraz rozpoznawalne linie rodowe (ciągi przodków i potomków, filogenezę istniejących gatunków).

Wyjaśnienia Darwina

Ogólnie rzecz biorąc teoria ewolucji w jej gradualistycznej, tradycyjnej wersji niezgodna jest więc z zapisem kopalnym. Dlaczego tak jest? Jeśli teoria niezgodna jest z posiadanymi faktami, to rozwiązaniem może być albo modyfikacja teorii, albo reinterpretacja faktów. Z oczywistych powodów Darwin spróbował tego drugiego sposobu.

Twierdzenie, że z teorii Darwina wynikało, iż w miarę upływu czasu będzie się znajdować coraz więcej form pośrednich, choć słuszne, jest do pewnego stopnia niesprawiedliwe wobec ojca nowoczesnego ewolucjonizmu. Karol Darwin na przykład nie przewidywał, by z upływem czasu odkrycia paleontologiczne prowadziły do zacierania się różnic między gatunkami, choć – naturalnie – przewidywał odkrywanie nowych form pośrednich

Darwin potrafił, jak mu się wydawało, wyjaśnić brak zacierania się w danych kopalnych granic między gatunkami. Przyczyny to z jednej strony niedoskonałość zebranych danych (ta przyczyna miała być w miarę upływu czasu coraz mniej ważna), a z drugiej – obiektywna niedoskonałość zapisu kopalnego. Skamieniałości powstają jako wyjątek raczej niż reguła, wymagają pewnego szczęśliwego zbiegu okoliczności, podobnie przypadkiem jest przetrwanie powstałej skamieniałości.

Jeśli zapis kopalny traktować jako zapis historii życia – a tak jest on powszechnie interpretowany – eksplozję kambryjską najłatwiej wyjaśnić polifiletycznie, czyli, że podstawowe grupy organizmów powstały niezależnie w podobnym czasie, po czym następowało wewnętrzne różnicowanie się tych grup. To tłumaczy nagłe pojawienie się w kopalnym zapisie grup w pełni ukształtowanych i bez form przejściowych. Jednak ewolucjoniści bardzo starannie unikają wszystkiego, co mogłoby wskazywać na ten wniosek. Jak to ujął Phillip Johnson:

Paleontolodzy zdają się sądzić, że ich obowiązkiem jest ochrona reszty ludzkości przed błędnymi wnioskami, które pojawiłyby się po ujawnieniu rzeczywistego stanu świadectw kopalnych.