2.2. ฟาเนโรโซอิก สัตว์ในสมัยแคมเบรียน การระเบิดของแคมเบรียน

2.2. ฟาเนโรโซอิก สัตว์ในสมัยแคมเบรียน การระเบิดของแคมเบรียน

ยุคแคมเบรียนเริ่มต้นเมื่อประมาณ 570 ล้านปีก่อน อาจจะเร็วกว่านั้นเล็กน้อย และคงอยู่นานถึง 70 ล้านปี ช่วงเวลานี้เริ่มต้นด้วยการระเบิดของวิวัฒนาการที่น่าอัศจรรย์ในระหว่างที่ตัวแทนของสัตว์กลุ่มหลักส่วนใหญ่ที่รู้จักในวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ปรากฏตัวครั้งแรกบนโลก (รูปที่ 2.2.1) ช่วงนี้ ถือเป็นยุครุ่งเรืองของวิวัฒนาการที่แปลกประหลาด ตัวอย่างเช่น ทะเลเป็นที่อยู่อาศัยของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังที่มีร่างกายเป็นเกราะ ดวงตาประกอบ และมีขาหลายขาเรียงกันอย่างน่าทึ่งที่สุด

ขอบเขตระหว่างพรีแคมเบรียนและแคมเบรียนนั้นถูกทำเครื่องหมายด้วยหินที่จู่ๆ ก็เผยให้เห็นฟอสซิลสัตว์หลากหลายชนิดที่น่าทึ่งพร้อมโครงกระดูกแร่ ซึ่งเป็นผลมาจาก "การระเบิดแบบแคมเบรียน" ของสิ่งมีชีวิต

สัตว์ต่างๆ จนกระทั่งพวกมันกลายเป็นโครงกระดูกแข็ง แทบจะไม่ได้รับการเก็บรักษาไว้ในรูปแบบของฟอสซิลเลย ดังนั้นเราจึงมีข้อมูลน้อยมากเกี่ยวกับพวกเขา

แต่ทำไมสัตว์จำนวนมากถึงพัฒนาโครงกระดูกในตอนนี้และไม่ใช่ก่อนหน้านี้ในพรีแคมเบรียน? ดูเหมือนว่าจำเป็นต้องใช้ออกซิเจนจำนวนหนึ่งเพื่อให้ร่างกายของสัตว์สะสมแร่ธาตุที่จำเป็นสำหรับการสร้างโครงกระดูก บางทีความเข้มข้นของออกซิเจนในบรรยากาศอาจเพียงพอสำหรับสิ่งนี้เฉพาะใน Cambrian ยุคแรกเท่านั้น

โครงกระดูกแรกประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นหลัก สัตว์นักล่าชนิดใหม่กินแนวปะการังสโตรมาโตไลต์โบราณ และในขณะที่พวกมันพังทลายลง พวกมันก็ปล่อยแคลเซียมออกสู่มหาสมุทรมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งเหมาะสำหรับการก่อตัวของโครงกระดูกและเปลือกหอย เปลือกหอยไม่เพียงแต่ทำหน้าที่สนับสนุนร่างกายของสัตว์ที่เชื่อถือได้เท่านั้น แต่ยังปกป้องพวกมันจากสัตว์นักล่ามากมายที่ปรากฏตัวรอบตัวพวกมันอีกด้วย

โครงกระดูกที่แข็งแรงมากขึ้นทำให้สัตว์ต่างๆ สามารถเปลี่ยนไปสู่วิถีชีวิตใหม่ได้ โดยสามารถลอยตัวขึ้นเหนือตะกอนด้านล่างได้ และจึงเคลื่อนตัวเร็วขึ้นไปตามก้นทะเล ทันทีที่สัตว์พัฒนาแขนขาที่ประกบกัน พวกมันก็มีวิธีการเคลื่อนไหวที่หลากหลาย รวมถึงการเดินและว่ายน้ำ แขนขาที่มีขนแข็งยังเหมาะสำหรับการกรองอาหารจากน้ำทะเล และปากที่ประกบกันเปิดโอกาสใหม่ๆ ในการจับเหยื่อ

การระเบิดของวิวัฒนาการ Cambrian เป็นหนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของการพัฒนาสิ่งมีชีวิตบนโลก เซลล์ที่ง่ายที่สุดในการพัฒนาเป็นเซลล์ยูคาริโอตที่ซับซ้อนมากขึ้นต้องใช้เวลา 2.5 พันล้านปี และอีก 700 ล้านปีสำหรับสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ตัวแรกที่จะเกิดขึ้น จากนั้นในเวลาเพียง 100 ล้านปี โลกก็เต็มไปด้วยสัตว์หลายเซลล์อันหลากหลายอย่างไม่น่าเชื่อ ตั้งแต่นั้นมา เป็นเวลากว่า 500 ล้านปีแล้วที่ไม่มีสัตว์ชนิดใหม่ (โครงสร้างร่างกายที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน) ปรากฏบนโลกเลย

ในช่วงยุคแคมเบรียน มีพื้นที่ขนาดใหญ่บนโลกที่ถูกครอบครองโดยไหล่ทวีปหรือสันดอนทวีป ที่นี่ได้สร้างสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับชีวิต: ก้นที่ปกคลุมไปด้วยชั้นตะกอนนุ่มและน้ำอุ่น มาถึงตอนนี้ ออกซิเจนจำนวนมากได้ก่อตัวขึ้นในชั้นบรรยากาศ แม้ว่าจะมีน้อยกว่าในปัจจุบันก็ตาม การพัฒนาพื้นผิวแข็งนำไปสู่การเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตรูปแบบใหม่ เช่น สัตว์ขาปล้องและสัตว์ขาปล้อง สัตว์ต่างๆ ต้องการวิธีใหม่ๆ ในการปกป้องตนเองจากสัตว์นักล่ากลุ่มใหม่ที่มีการจัดระเบียบสูง วิธีการป้องกันได้รับการปรับปรุง - และผู้ล่าต้องพัฒนาวิธีการล่าสัตว์แบบใหม่เพื่อเอาชนะการต่อต้านของเหยื่อ

ในช่วงยุคแคมเบรียน ระดับน้ำทะเลเพิ่มขึ้นและลดลงซ้ำแล้วซ้ำเล่า ในเวลาเดียวกัน ประชากรบางส่วนก็สูญพันธุ์ และถิ่นที่อยู่ของพวกมันก็ถูกสัตว์อื่นครอบครอง ซึ่งในทางกลับกัน ก็ต้องปรับตัวให้เข้ากับสภาพความเป็นอยู่ใหม่ เมื่อเวลาผ่านไป สัตว์ Cambrian (รูปที่ 2.2.2) เชี่ยวชาญวิธีการให้อาหารแบบพิเศษมากขึ้นเรื่อยๆ สัตว์ต่างๆ มีความหลากหลายมากขึ้น และสัตว์หลายชนิดสามารถดำรงอยู่เคียงข้างกันได้ โดยไม่เรียกร้องทรัพยากรอาหารของเพื่อนบ้าน บนโลกของเราจะไม่มีช่องทางนิเวศว่างมากมายและการแข่งขันที่อ่อนแอระหว่างสายพันธุ์ - กล่าวอีกนัยหนึ่งคือโอกาสที่ไม่จำกัดสำหรับการทดลองในส่วนของธรรมชาติ

ดูเหมือนว่าในช่วง "การระเบิดของวิวัฒนาการ" ของยุค Cambrian ธรรมชาติเกือบจะจงใจทดลองกับรูปแบบชีวิตที่แตกต่างกันจำนวนมาก จริงอยู่ที่ในท้ายที่สุดมีเพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่รอดชีวิตมาได้จนถึงทุกวันนี้ ในช่วง Cambrian มีโครงสร้างสัตว์แปลก ๆ และ "โครงงาน" มากมายที่หายไปจากพื้นโลกของเรามานานแล้ว มีสัตว์หลายกลุ่มที่เรารู้จักดีในสมัยนั้น ในความเป็นจริง เมื่อสิ้นสุดยุคแคมเบรียน สัตว์ลำตัวแข็งแทบทุกชนิดในปัจจุบันก็ได้ปรากฏตัวขึ้น สัตว์บางชนิดที่อาศัยอยู่ในเวลานี้ก็มีสมองที่ค่อนข้างซับซ้อนอยู่แล้ว เทียบได้กับสมองของแมลงสมัยใหม่และสัตว์ที่มีเปลือกแข็งบางชนิด

แล้วเหตุใดวิวัฒนาการจึงไม่สร้างสัตว์ชนิดใหม่ตั้งแต่นั้นมา? บางทีการเปลี่ยนแปลงบางอย่างอาจเกิดขึ้นในโครงสร้างทางพันธุกรรมของพวกเขาและพวกเขาสูญเสียความสามารถในการแปลงร่างอย่างรวดเร็วขนาดนี้? หรือความหลากหลายของสายพันธุ์ทำให้เกิดการแข่งขันที่เข้มข้นระหว่างกัน ทำให้เหลือพื้นที่สำหรับการทดลองน้อยเกินไป? มีสิ่งหนึ่งที่แน่นอน: ทุกวันนี้ ช่องทางนิเวศน์ที่ว่างเปล่าจะเต็มไปด้วยสัตว์ที่มีอยู่แล้วในทันที ซึ่งปรับให้เข้ากับถิ่นที่อยู่ที่กำหนดได้อย่างสมบูรณ์แบบ

ข้าว. 2.2.3. ไทรโลไบต์การระเบิดเชิงวิวัฒนาการของยุคแคมเบรียนยุคแรกทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด สิ่งสำคัญที่สุดคือไทรโลไบต์ (รูปที่ 2.2.3) สัตว์ขาปล้องในหลาย ๆ ด้านคล้ายกับปูเกือกม้าสมัยใหม่ ร่างกายของพวกเขาถูกปกคลุมไปด้วยเปลือกคล้ายโล่ ไทรโลไบต์ในยุคแรกๆ ส่วนใหญ่อาศัยอยู่บนพื้นทะเล แต่บางตัวว่ายอยู่ในน้ำเหนือพื้นผิวด้านล่าง และอาจเป็นไปได้ว่าจะตามล่าญาติพี่น้องที่อาศัยอยู่ในโคลน ไทรโลไบต์ยังเป็นสัตว์ชนิดแรกที่เรารู้จักและมีการมองเห็นที่พัฒนาอย่างมาก เช่นเดียวกับดวงตาของแมลงและสัตว์จำพวกครัสเตเชียนในปัจจุบัน ดวงตาของไทรโลไบต์มีความซับซ้อนและประกอบด้วยกลุ่มเลนส์เล็กๆ เลนส์เหล่านี้มีความแข็งแรงเพียงพอที่จะอยู่รอดได้ในรูปแบบฟอสซิล

เมื่อรวมกับไทรโลไบต์ในยุคแคมเบรียน กลีบ - บรรพบุรุษของสัตว์ขาปล้องซึ่งรวมถึงแมลงสมัยใหม่สัตว์จำพวกครัสเตเชียนและแมง - ได้รับโครงกระดูกแข็ง กระบวนการของการปรากฏตัวของโครงกระดูกภายนอกของแมลงเริ่มต้นด้วยแขนขาของบรรพบุรุษที่อาศัยอยู่ในเวลานั้นเช่น "กระบองเพชรเดิน" (Diania cactiformis) และหลายคนใช้ขาพิเศษในการรับอาหาร

ข้าว. 2.2.4 สัตว์ทะเลในยุคแคมเบรียนสิ่งมีชีวิตอื่นๆ อีกมากมายอาศัยอยู่ในน้ำทะเลด้วย (รูปที่ 2.2.4) พวกเขาสร้างห่วงโซ่อาหาร (ลำดับของสิ่งมีชีวิตที่ทำหน้าที่ซึ่งกันและกันเป็นอาหาร) ซึ่งมีพื้นฐานมาจากสาหร่ายลอยน้ำและสัตว์ขนาดเล็กหลายล้านตัว บางส่วน เช่น foraminifera และกุ้งดึกดำบรรพ์ซึ่งปรากฏใน Precambrian ค่อยๆ พัฒนาปกแข็ง คลื่นทะเลพัดพาแมงกะพรุนและสัตว์ที่เกี่ยวข้องจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง และเมื่อสิ้นสุดยุคแคมเบรียน มีสัตว์นักล่าที่มีการจัดระเบียบอย่างมากปรากฏขึ้นในทะเล เช่น ปลาหมึก ซึ่งเป็นบรรพบุรุษของปลาหมึกยักษ์และปลาหมึกสมัยใหม่ หรือปลาหุ้มเกราะดึกดำบรรพ์ บรรพบุรุษของหมึกสมัยใหม่มีขนาดเล็ก - 2-5 ซม. เช่น Nectocaris pteryx

หนอนจำนวนมากรวมตัวกันอยู่ในโคลนด้านล่าง กินซากศพ หอยดึกดำบรรพ์ที่มีลักษณะคล้ายกับหอยโข่งสมัยใหม่และหอยทากทะเล รวมถึง brachiopods ซึ่งเป็นสัตว์ที่มีเปลือกหอยสองฝา คล้ายหอยสองฝาบนก้าน ซึ่งดึงอาหารจากน้ำโดยรอบ ขนทะเลทั้งป่ากรองน้ำอย่างระมัดระวัง รูปดอกทิวลิป พลิ้วไหวอยู่เหนือก้นทะเล Cotyledion tylodes และ Siphusauctum เกรกาเรียมกิ่งพินนาบรานช์ชนิดต่างๆและในน้ำนิ่งก็มีฟองน้ำแก้วที่เปราะบางอาศัยอยู่ เมื่อสิ้นสุดยุคสมัย มีเอไคโนเดิร์มหลายชนิดปรากฏขึ้น รวมถึงปลาดาวและเม่นทะเล จากช่วงเวลาเดียวกันนี้ ได้มีการรู้จักโพรงแรกที่สัตว์ขุดขึ้นมาเพื่อใช้วางไข่

ในช่วงปลายยุคแคมเบรียน สัตว์มีพิษชนิดแรกปรากฏขึ้น - สัตว์จำพวกสง่าราศี (conodonts) ซึ่งมีฟันพิษมีร่องตามยาว

ข้าว. 2.2.5. ยุคแคมเบรียน อาร์ชิโอไซยาเธ่ ไมโครดิกไทออน และทอมโมเทียพวกนักล่าพยายามทำลายแนวปะการังพรีแคมเบรียนสโตรมาโตไลท์โบราณอย่างขยันขันแข็ง แต่ผู้ผลิตหินปูนรายใหม่ๆ ที่ไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อยได้เข้ามาดำเนินการแทนแล้ว เหล่านี้คืออาร์คีโอไซยาท (รูปที่ 2.2.5) ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตคล้ายฟองน้ำดึกดำบรรพ์ ซึ่งแพร่กระจายอย่างรวดเร็วไปทั่วโลกและพัฒนาเป็นสายพันธุ์ต่างๆ มากมาย ในทางกลับกัน Archaeocyaths ก็ลดลงอย่างรวดเร็วและสูญพันธุ์ไปอย่างสิ้นเชิงในใจกลางของ Cambrian แต่เมื่อถึงเวลานั้นปะการังกลุ่มแรกได้ปรากฏขึ้นในทะเล - แม้ว่าพวกมันจะยังไม่ได้เริ่มสร้างแนวปะการังก็ตาม

ข้าว. 2.2.6. การสร้างนักล่า Cambrian Peytoia (Laggania) ขึ้นมาใหม่นักล่าที่ใหญ่ที่สุดที่อาศัยอยู่ในทะเลในยุคแคมเบรียนคือ ความผิดปกติ ขนาดของบางส่วนเช่น Peytoia ที่ส่วนท้ายของ Cambrian สูงถึงหนึ่งเมตร (รูปที่ 2.2.6) และขนาดของสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะคล้ายหนอนผีเสื้อที่มี 33 ขาและมีเปลือกนิ่มที่ด้านหลัง Tegopelte gigas - 30 ซม. ]

การสิ้นสุดของ Cambrian ถูกทำเครื่องหมายด้วยยุคน้ำแข็งใหม่ ระดับน้ำทะเลลดลงอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้นำไปสู่การทำลายล้างพื้นที่ธรรมชาติจำนวนมากและส่งผลให้สัตว์หลายชนิดสูญพันธุ์

ปลาคอร์ดชนิดแรกมีครีบหาง กลุ่มกล้ามเนื้อรูปตัว V และมีโครงสร้างที่ชวนให้นึกถึงส่วนปากของปลาที่ไม่มีกราม โดยมีฟันที่ทำจากเนื้อฟันและเคลือบฟัน เช่นเดียวกับสัตว์มีกระดูกสันหลัง ในช่วงปลายยุค สัตว์มีกระดูกสันหลังชนิดแรกที่เรียกว่าปลาเทอราสปิดก็ปรากฏตัวขึ้นเช่นกัน

เหนือสิ่งอื่นใด คอร์ดแรกปรากฏใน Cambrian ซึ่งเป็นตัวแทนของกลุ่มเดียวกันซึ่งในที่สุดวิวัฒนาการก็นำไปสู่การเกิดขึ้นของมนุษย์บนโลก คอร์ดทั้งหมดในช่วงหนึ่งของการพัฒนาจะมีรอยกรีดเหงือกและมีท่อประสาทที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนทอดยาวไปตามด้านหลัง โดยทั้งสองข้างเป็นกลุ่มกล้ามเนื้อที่จับคู่กัน ต่อจากนั้นจะเกิดกระดูกสันหรือสันหลังขึ้นรอบๆ ท่อประสาท ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมคอร์ดที่สูงกว่าจึงเรียกว่าสัตว์มีกระดูกสันหลัง ส่วนของสันเขาที่ยื่นออกไปด้านหลังทวารหนักของสัตว์เรียกว่าหาง คอร์ดยังมีสายกระดูกอ่อนที่แข็งแรง (notochord) ซึ่งทอดยาวไปตามหลังของสัตว์ ณ จุดใดจุดหนึ่งในวงจรชีวิตของมัน notochord ยังคงอยู่ในเอ็มบริโอของสัตว์มีกระดูกสันหลัง รวมถึงมนุษย์ด้วย