Một vài trước đây 445 hàng triệu nămTrái đất đã trải qua một trong những thời khắc nguy hiểm nhất trong lịch sử: một sự kiện tuyệt chủng hàng loạt đã xóa sổ gần như toàn bộ cư dân trên hành tinh. 85% các loài sinh vật biểnThay vì là dấu chấm hết cho cuộc chơi, thảm họa sinh học đó đã mở ra một chương hoàn toàn mới cho sự sống trong đại dương.
Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Những tiến bộ khoa học Điều này cho thấy rằng, chính xác trong kịch bản khủng hoảng toàn cầu đó, Loài cá đầu hàm xuất hiện và bắt đầu thống trị., được biết đến với tên gọi động vật có hàm. Nhờ phân tích chi tiết của hai thế kỷ hồ sơ hóa thạchNhóm nghiên cứu khoa học đã thành công trong việc tái tạo lại quá trình một thảm họa khí hậu đã thúc đẩy sự phát triển của các loài động vật có xương sống có hàm đầu tiên.
Một hành tinh không thể nhận ra: đây là hình dạng của Trái đất trong kỷ Ordovic.
Trong Kỷ OrdovicTrong giai đoạn từ khoảng 486 đến 443 triệu năm trước, diện mạo của hành tinh này hoàn toàn khác so với ngày nay. Siêu lục địa... GondwanaKhu vực mà ngày nay chúng ta tìm thấy Nam Mỹ, Châu Phi, Châu Úc, Nam Cực, Ấn Độ và Madagascar, từng tập trung phần lớn các lục địa nổi lên và được bao quanh bởi... biển nông, ôn đới.
Trong trường hợp đó, Các cực hầu như không có băng. và nước ấm, điều này có lợi cho sự đa dạng khổng lồ của các loài động vật không xương sống biểntảo và những động vật có xương sống không hàm đầu tiên. Tuy nhiên, sự cân bằng này sẽ không kéo dài được lâu: hành tinh đang trên bờ vực của một trong những thảm họa. những chuyển đổi khí hậu lớn về lịch sử địa chất của nó.
Dữ liệu do nhóm nghiên cứu quốc tế thu thập cho thấy rằng, xét về mặt địa chất, quá trình này diễn ra tương đối nhanh chóng. Khí hậu đã chuyển từ hiệu ứng nhà kính sang kỷ băng hà.Sự thay đổi đột ngột này đã châm ngòi cho một chuỗi sự kiện dẫn đến việc thay đổi hoàn toàn sự sống ở các vùng biển nông xung quanh Gondwana.
Theo các nhà nghiên cứu, quá trình làm lạnh diễn ra mạnh đến mức... Biển cả hoạt động như những miếng bọt biển hút nước.Mực nước biển giảm xuống, nhiều vùng ven biển rộng lớn lộ ra, và các lục địa mới xuất hiện. các sông băng rộng lớn Trên siêu lục địa. Kết quả là nhiều môi trường sống dưới biển, vốn trước đó là những điểm nóng về đa dạng sinh học, đã biến mất.
Trong môi trường khắc nghiệt này, các quần xã sinh vật biển phải chịu áp lực môi trường cực độ. Sự kết hợp của Mất mát các thềm lục địa, thay đổi nhiệt độ nước và biến đổi hóa học đại dương. Điều này dẫn đến sự sụp đổ của phần lớn sự sống được biết đến ở các biển kỷ Ordovic.
Một cuộc tuyệt chủng hàng loạt diễn ra theo hai đợt
Sự tuyệt chủng của Cuối kỷ Ordovic Đó không phải là một đòn đánh đơn lẻ, mà là một quá trình phức tạp diễn ra trong hai làn sóng lớnNghiên cứu mới này, dựa trên các hóa thạch từ nhiều lục địa, đã mô tả chi tiết cách mỗi giai đoạn này tác động đến hệ sinh thái biển theo những cách khác nhau.
Trong giai đoạn đầuDưới sự chi phối của quá trình mở rộng các sông băng trên lục địa Gondwana, hành tinh này đã chuyển từ khí hậu ấm áp sang khí hậu lạnh giá rõ rệt. Sự thay đổi này đã làm giảm đáng kể mực nước biển, làm lộ ra những vùng biển nông rộng lớn và phá hủy các môi trường sống ven biển thiết yếu Đối với nhiều loài, các hệ sinh thái bị ảnh hưởng nặng nề nhất chính là những hệ sinh thái có sự đa dạng lớn nhất về động vật không xương sống và động vật có xương sống nguyên thủy.
La làn sóng thứ hai Nó xuất hiện vài triệu năm sau đó, khi khí hậu thay đổi đột ngột một lần nữa. Sự tan chảy của các tảng băng gây ra mực nước biển dâng cao và giải phóng một lượng lớn nước. nước ấm hơn, nghèo oxy và chứa nhiều hợp chất lưu huỳnh.Các loài đã thích nghi được với cái lạnh sau đó phải đối mặt với một môi trường gần như trái ngược với môi trường đã giúp chúng tồn tại.
Tác động kép của biến đổi khí hậu này đã gây ra hậu quả tàn khốc: một tỷ lệ rất cao các loài sinh vật biển đã biến mất vĩnh viễn. Tuy nhiên, các hóa thạch được phân tích cho thấy rõ ràng rằng, sau sự sụp đổ này, Một khoảng trống sinh học vĩnh viễn đã không xảy ra.nhưng đây là sự khởi đầu của một cuộc tái cấu trúc sâu rộng các hệ sinh thái.
Các tác giả của nghiên cứu nhấn mạnh rằng, mặc dù Nguyên nhân của sự tuyệt chủng hàng loạt đó vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn.Rõ ràng đây là một bước ngoặt trong lịch sử của động vật có xương sống. Như nhà nghiên cứu Lauren Sallan, từ Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa (Nhật Bản), giải thích, chính trong giai đoạn này mà Các loài cá có hàm bắt đầu chiếm ưu thế so với các nhóm khác..
Nơi trú ẩn, sự cô lập và sự trỗi dậy của động vật có hàm
Một trong những khía cạnh thú vị nhất của tác phẩm là việc tái tạo lại... nơi trú ẩn sinh thái Điều đó cho phép một số loài động vật có xương sống sống sót trong và sau sự kiện tuyệt chủng. Nhà nghiên cứu Wahei Hagiwara và nhóm của ông đã biên soạn một... cơ sở dữ liệu mới Từ các hóa thạch thu được trong hơn 200 năm nghiên cứu cổ sinh vật học, tập trung vào kỷ Ordovic muộn và kỷ Silur sớm.
Những dữ liệu này cho thấy rằng, trong khi nhiều nhóm đã bị xóa sổ, một số nhóm khác thì vẫn còn tồn tại. Các loài động vật có xương sống còn sống sót chỉ giới hạn ở những khu vực địa lý rất nhỏ.Đây thực sự là những góc khuất biệt lập, nơi điều kiện có phần thuận lợi hơn. Trong những không gian hạn chế này, sự cạnh tranh giảm mạnh do sự biến mất của nhiều sinh vật chiếm ưu thế.
Trong khuôn khổ đó các hệ sinh thái với nhiều khoảng trống cần được lấp đầy, The động vật có hàm —những động vật có xương sống đầu tiên có hàm khớp— đã tìm thấy một cơ hội độc đáo. Với ít đối thủ cạnh tranh và số lượng lớn các hốc sinh thái trống, những loài cá này đã có thể mở rộng sang các môi trường biển khác nhau và khai thác các nguồn tài nguyên thực phẩm mới.
Các nhà khoa học so sánh tình huống này với trường hợp kinh điển của Chim sẻ Darwin ở quần đảo GalapagosKhi đến một môi trường có nguồn tài nguyên đa dạng và cạnh tranh hạn chế, quần thể chim sẻ dần dần chuyên hóa, tạo ra các loài với các đỉnh núi có hình dạng rất khác nhau tùy thuộc vào chế độ ăn của chúng. Điều tương tự cũng đã xảy ra với những loài cá có hàm đầu tiên trong những nơi trú ẩn thời kỳ Silur sớm đó.
Trong khi Các loài cá có hàm chủ yếu phân bố ở các vùng như miền nam Trung Quốc.Những họ hàng không có hàm của chúng tiếp tục tiến hóa ở các vùng biển khác, nơi chúng vẫn dồi dào trong suốt 40 triệu năm nữa. Sự tiến hóa song song này cho thấy rằng lợi thế ban đầu của động vật có hàm không diễn ra ngay lập tức trên quy mô toàn cầu, mà được củng cố theo thời gian khi chúng xâm chiếm các khu vực mới.
Từ thảm họa đến sự tái khởi động sinh thái
Một trong những phát hiện quan trọng của nghiên cứu là sự kiện tuyệt chủng cuối kỷ Ordovic đóng vai trò như một loại "thiết lập lại hệ sinh thái"Thay vì xóa sổ hoàn toàn cấu trúc hệ sinh thái, sự kiện này đã cho phép các nhóm sinh vật khác chiếm lĩnh không gian đó. các vị trí sinh thái được giải phóng bởi conodont, động vật chân đốt và các động vật không xương sống khác Điều đó đã chiếm ưu thế cho đến lúc đó.
Nghiên cứu cho thấy rằng, sau khủng hoảng, hệ sinh thái biển đã tự tái cấu trúc thành những cấu trúc tương tự như trước đây, nhưng có nhiều loài khác nhau sinh sốngNói cách khác, cấu trúc sinh thái—ai đóng vai trò gì trong chuỗi thức ăn, những loại môi trường sống nào tồn tại, dòng năng lượng diễn ra như thế nào—đã được tái cấu trúc theo những mô hình tương tự, mặc dù với những tác nhân mới.
Hành vi này sẽ không phải là trường hợp cá biệt. Theo các tác giả, xuyên suốt... Đại cổ sinh Các quá trình tương tự cũng được quan sát thấy sau các sự kiện gây căng thẳng môi trường lớn khác. Mỗi sự kiện tuyệt chủng, liên quan đến những thay đổi khí hậu hoặc hóa học trong đại dương, đều tạo ra một... chu kỳ lặp đi lặp lại của "thiết lập lại sự đa dạng" Trong đó, một số nhóm biến mất và các nhóm khác đa dạng hóa để thay thế vị trí của chúng.
Trong bối cảnh này, cá có hàm xuất hiện như một trong những loài... những người chiến thắng tiến hóa lớn của cuộc khủng hoảng đó. Sau khi thích nghi với cảnh quan biển mới và tiếp cận được các nguồn tài nguyên trước đây độc quyền bởi các sinh vật khác, động vật có hàm đã có thể mở rộng phạm vi phân bố và trải qua quá trình đa dạng hóa đáng kể.
Điều vẫn còn là một bí ẩn đối với cộng đồng khoa học là tại sao, trong số tất cả những loài sống sót sau sự kiện tuyệt chủng, Chính loài cá có hàm đã cuối cùng giành chiến thắng. Về lâu dài. Mặc dù hàm răng khớp nối mang lại lợi thế rõ rệt trong việc kiếm ăn theo nhiều cách đa dạng hơn, nhưng các nghiên cứu vẫn đang được tiến hành để xác định những yếu tố sinh thái và môi trường khác nào đã góp phần vào sự thành công của chúng.
Sự đa dạng của các loài cá có hàm và di sản của chúng
Khi các sinh vật biển phục hồi sau nguy cơ tuyệt chủng, động vật có hàm bắt đầu phát triển... sự đa dạng tuyệt vời về hình thức và lối sốngNhiều người trong số họ đã thích nghi với môi trường rạn san hôPhát triển cơ thể thon gọn hơn, khả năng bơi lội khác nhau, và trong một số trường hợp, cấu trúc miệng thay thế và chuyên biệt cao.
Những cải tiến này cho phép các loài cá có hàm khám phá nhiều loại thức ăn khác nhau, từ con mồi di động đến các sinh vật sống bám, mang lại cho chúng sự linh hoạt về mặt sinh thái mà các nhóm khác không có. Theo thời gian, tính linh hoạt này đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự xuất hiện của... các dòng dõi ngày càng đa dạngđiều này cuối cùng đã dẫn đến sự hình thành các nhóm động vật có xương sống lớn ngày nay.
Ngày nay, đại đa số các loài động vật có xương sống—bao gồm cá xươngCá mập, động vật lưỡng cư, bò sát, chim và động vật có vú—tất cả đều có nguồn gốc từ những động vật có hàm sơ khai đã tận dụng cơ hội mở ra sau sự kiện tuyệt chủng cuối kỷ Ordovic. Từ góc độ tiến hóa, nguồn gốc dòng dõi của chúng ta cuối cùng cũng bắt nguồn từ thời điểm đó. giai đoạn khủng hoảng và tái thiết sinh thái.
Ngoài sự quan tâm thuần túy về cổ sinh vật học, loại nghiên cứu này còn cung cấp những manh mối quan trọng để hiểu cách các hệ sinh thái biển hiện tại có thể phản ứng với... sự thay đổi môi trường tăng tốcMặc dù tình hình hiện nay có những nguyên nhân khác nhau—như hoạt động của con người và biến đổi khí hậu do con người gây ra—lịch sử địa chất cho thấy những thay đổi lớn về khí hậu và đại dương thường đi kèm với... những điều chỉnh sâu sắc về đa dạng sinh học.
Từ châu Âu, nơi có truyền thống nghiên cứu mạnh mẽ về cổ sinh vật biển và vô số địa điểm hóa thạch phân bố khắp các quốc gia như... Tây Ban Nha, Vương quốc Anh hoặc ĐứcLoại công việc này được theo dõi với sự chú ý đặc biệt. Dữ liệu thu được từ các mỏ lộ thiên ở châu Âu, cùng với dữ liệu từ châu Á, châu Mỹ và các lục địa khác, cho phép chúng ta xây dựng một... Cái nhìn tổng quan về sự thay đổi của đại dương trong suốt thời gian địa chất..
Lịch sử của các loài cá có hàm minh họa cách... Một sự kiện thảm khốc có thể trở thành chất xúc tác cho một giai đoạn tiến hóa mới.Sự kiện tuyệt chủng hàng loạt cách đây 445 triệu năm không chỉ dẫn đến sự biến mất của phần lớn sinh vật biển, mà còn mở đường cho một nhóm động vật có xương sống trước đây chỉ đóng vai trò thứ yếu trở thành nhóm chủ chốt trong hầu hết lịch sử phát triển của các loài động vật có bộ xương trong sau này.
