Dekodierung einer 200

Von der University of Oxford, 22. August 2023

Rekonstruktion des Ediacara-Meeresbodens der Nama-Gruppe, Namibia, zeigt frühe Tiervielfalt. Bildnachweis: Oxford University Museum of Natural History / Mighty Fossils

Eine von der Universität Oxford durchgeführte Studie hat uns der Lösung einer uralten Frage näher gebracht, die Naturforscher seit der Zeit von Charles Darwin fasziniert: Wann tauchten die ersten Tiere in der Erdgeschichte auf? Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift Trends in Ecology & Evolution veröffentlicht.

Tiere kommen erstmals vor etwa 574 Millionen Jahren im Fossilienbestand vor. Ihre Ankunft erscheint als plötzliche „Explosion“ in Gesteinen aus dem Kambrium (vor 539 bis 485 Millionen Jahren) und scheint dem normalerweise allmählichen Tempo des evolutionären Wandels entgegenzuwirken. Viele Wissenschaftler (einschließlich Darwin selbst) glauben, dass sich die ersten Tiere tatsächlich lange vor dem Kambrium entwickelten, können aber nicht erklären, warum sie im Fossilienbestand fehlen.

Rekonstruktion von Charnia, einem Kandidaten für das erste Tierfossil aus der Ediacara-Zeit, das vor 574 Millionen Jahren alt ist. Bildnachweis: Oxford University Museum of Natural History / Mighty Fossils

The ‘molecular clock’ method, for instance, suggests that animals first evolved 800 million years ago, during the early part of the Neoproterozoic era (1,000 million years ago to 539 million years ago). This approach uses the rates at which genes accumulate mutations to determine the point in time when two or more living speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Arten hatten zuletzt einen gemeinsamen Vorfahren. Doch obwohl Gesteine ​​aus dem frühen Neoproterozoikum fossile Mikroorganismen wie Bakterien und Protisten enthalten, wurden keine Tierfossilien gefunden.

Dies stellte Paläontologen vor ein Dilemma: Überschätzt die Methode der molekularen Uhr den Zeitpunkt, an dem sich Tiere zum ersten Mal entwickelten? Oder gab es im frühen Neoproterozoikum Tiere, die aber zu weich und zerbrechlich waren, um konserviert zu werden?

Dickinsonia, eines der ältesten Tierfossilien aus der Ediacara-Biota, Ediacaran Rawnsley Quartzite Formation, Australien. 560–550 Millionen Jahre alt. Bildnachweis: Lidya Tarhan

To investigate this, a team of researchers led by Dr. Ross Anderson from the University of OxfordThe University of Oxford is a collegiate research university in Oxford, England that is made up of 39 constituent colleges, and a range of academic departments, which are organized into four divisions. It was established circa 1096, making it the oldest university in the English-speaking world and the world's second-oldest university in continuous operation after the University of Bologna." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Das Department of Earth Sciences der Universität Oxford hat die bisher gründlichste Bewertung der Erhaltungsbedingungen durchgeführt, die für die Erfassung der frühesten Tierfossilien zu erwarten sind.

Der Hauptautor Dr. Ross Anderson sagte: „Den ersten Tieren fehlten vermutlich Muscheln oder Skelette auf Mineralbasis und ihre Versteinerung hätte außergewöhnliche Bedingungen erfordert.“ Bestimmte kambrische Tonsteinvorkommen weisen jedoch eine außergewöhnliche Erhaltung auf, selbst von weichem und zerbrechlichem Tiergewebe. Wir kamen zu dem Schluss, dass, wenn diese als Burgess Shale-Type (BST)-Erhaltung bekannten Bedingungen auch in Gesteinen des Neoproterozoikums aufträten, ein Mangel an Fossilien auf eine tatsächliche Abwesenheit von Tieren zu dieser Zeit hindeuten würde.“

To investigate this, the research team used a range of analytical techniques on samples of Cambrian mudstone deposits from almost 20 sites, to compare those hosting BST fossils with those preserving only mineral-based remains (such as trilobites). These methods included energy dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction carried out at the University of Oxford’s Departments of Earth Sciences and Materials, besides infrared spectroscopy carried out at Diamond Light SourceDiamond Light Source is the UK’s national synchrotron. It works like a giant microscope, harnessing the power of electrons to produce bright light that scientists can use to study anything from fossils to jet engines to viruses and vaccines. The machine accelerates electrons to near light speeds so that they give off light 10 billion times brighter than the sun." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Diamond Light Source, das nationale Synchrotron Großbritanniens.

Bild einer der Tonian-Stätten mit BST-Erhaltung, aber ohne Tierfossilien aus Feldarbeiten. Svanbergfjellet-Formation, De Geerbukta, Spitzbergen, Norwegen. Bildnachweis: Ross Anderson / Universität Oxford

Die Analyse ergab, dass Fossilien mit außergewöhnlicher BST-Typ-Konservierung besonders reich an einem antibakteriellen Ton namens Berthierin waren. Proben mit einer Zusammensetzung von mindestens 20 % Berthierin ergaben in etwa 90 % der Fälle BST-Fossilien.

Die mikroskalige Mineralkartierung von BST-Fossilien ergab, dass ein anderer antibakterieller Ton namens Kaolinit offenbar in einem frühen Stadium direkt an verfallendes Gewebe bindet und während der Fossilisierung einen schützenden Halo bildet.

„Das Vorhandensein dieser Tone war der wichtigste Prädiktor dafür, ob Gesteine ​​BST-Fossilien beherbergen würden“, fügte Dr. Anderson hinzu. „Dies deutet darauf hin, dass die Tonpartikel als antibakterielle Barriere wirken, die Bakterien und andere Mikroorganismen daran hindert, organische Materialien abzubauen.“

Anschließend wandten die Forscher diese Techniken an, um Proben aus zahlreichen fossilreichen Tonsteinvorkommen des Neoproterozoikums zu analysieren. Die Analyse ergab, dass die meisten nicht über die für die BST-Konservierung erforderlichen Zusammensetzungen verfügten. Drei Lagerstätten in Nunavut (Kanada), Sibirien (Russland) und Spitzbergen (Norwegen) hatten jedoch nahezu identische Zusammensetzungen wie BST-Gesteine ​​aus dem Kambrium. Dennoch enthielt keine der Proben aus diesen drei Lagerstätten Tierfossilien, obwohl die Bedingungen für deren Erhaltung wahrscheinlich günstig waren.

Dr. Anderson fügte hinzu: „Ähnlichkeiten in der Verteilung von Tonen mit Fossilien in diesen seltenen Proben aus dem frühen Neoproterozoikum und mit außergewöhnlichen kambrischen Ablagerungen legen nahe, dass Tone in beiden Fällen an verfallendem Gewebe hafteten und dass in beiden Fällen Bedingungen vorhanden waren, die der BST-Erhaltung förderlich waren.“ Zeit Abschnitte. Dies liefert den ersten „Beweis für Abwesenheit“ und unterstützt die Ansicht, dass sich Tiere im frühen Neoproterozoikum entgegen einigen Schätzungen der molekularen Uhr noch nicht weiterentwickelt hatten.

Laut den Forschern deutet die Studie auf ein mögliches maximales Alter der Tiere bei etwa 789 Millionen Jahren hin: das jüngste geschätzte Alter der Svalbard-Formation. Die Gruppe beabsichtigt nun, nach zunehmend jüngeren neoproterozoischen Lagerstätten mit Bedingungen für die BST-Erhaltung zu suchen. Dies wird das Alter von Gesteinen bestätigen, in denen Tiere im Fossilienbestand fehlen, weil sie tatsächlich abwesend waren, und nicht, weil die Bedingungen ihre Fossilisierung nicht ermöglichten. Sie beabsichtigen außerdem, Laborexperimente durchzuführen, um die Mechanismen zu untersuchen, die den Ton-organischen Wechselwirkungen bei der BST-Konservierung zugrunde liegen.

Dr. Anderson fügte hinzu: „Die Kartierung der Zusammensetzung dieser Gesteine ​​im Mikromaßstab ermöglicht es uns, die Natur des außergewöhnlichen Fossilienbestands auf eine Weise zu verstehen, wie wir es noch nie zuvor konnten.“ „Letztendlich könnte dies dazu beitragen, herauszufinden, wie der Fossilienbestand möglicherweise auf die Erhaltung bestimmter Arten und Gewebe ausgerichtet ist und unsere Wahrnehmung der Artenvielfalt über verschiedene geologische Epochen hinweg verändert.“

Referenz: „Fossilisierungsprozesse und unsere Interpretation der Tierantike“ von Ross P. Anderson, Christina R. Woltz, Nicholas J. Tosca, Susannah M. Porter und Derek EG Briggs, 27. Juni 2023, Trends in Ecology & Evolution.DOI: 10.1016 /j.tree.2023.05.014