8.6.2: Evolution des Paläozoikums

Das früheste Paläozoikum hatte eine bedeutende biologische Explosion und enthält Beweise für eine Vielzahl von Evolutionspfaden, einschließlich der evolutionären Erfindung harter Teile wie Muscheln, Stacheln, Zähne und Schuppen. Paläontologen bezeichnen dieses Ereignis als kambrische Explosion, benannt nach der ersten Periode im Paläozoikum. Wissenschaftler diskutieren, ob dies eine Manifestation eines wahren Evolutionsmusters der Diversifizierung war, bessere Erhaltung von leichter zu versteinernden Kreaturen, oder einfach ein Artefakt einer vollständigeren jüngsten Gesteinsaufzeichnung. Die ediacarische Fauna, der leicht versteinerte harte Teile fehlten, war möglicherweise bereits vielfältig und bereitete die Bühne für die kambrische Explosion . Unabhängig davon, während der kambrischen Periode, vor 541-485 Millionen Jahren, erschien eine große Mehrheit der Phyla moderner Meerestiere . Diese neuen Organismen hatten einfache kegel- oder röhrenförmige Schalen, die schnell komplexer wurden. Einige dieser Lebensformen haben bis heute überlebt, und einige waren „experimentell“, deren Abstammung nicht über die kambrische Zeit hinausging. Fossile Beweise aus dieser Zeit wurden erstmals 1909 von Charles Walcott in einer Gesteinsschicht namens Burgess Shale im Westen Kanadas entdeckt.Der Burgess Shale ist eine Lagerstätte oder fossile Stätte von außergewöhnlicher Erhaltung, einschließlich Abdrücken von weichen Körperteilen. Dies ermöglichte es den Wissenschaftlern, neben ihren harten Schalen, Stacheln und Krallen auch immense Details der damals existierenden Tiere zu erfahren. Andere Lagerstätte-Standorte ähnlichen Alters in China und Utah haben die Bildung eines ziemlich detaillierten Bildes davon ermöglicht, wie die Biodiversität im Kambrium war. Das größte Rätsel sind die Tiere, die nicht zu den bestehenden Linien passen und für diese Zeit einzigartig sind. Dazu gehören berühmte fossile Kreaturen wie die ersten dreiäugigen Trilobiten, und viele andere seltsame, einschließlich Wiwaxia, eine stachelige Muschelkreatur; Hallucigenia, ein laufender Wurm mit Stacheln; Opabinia, ein 5-Augen-Lappenarthropode mit einem Stamm und einer Greifklaue am Ende; und die verwandte Anomalocaris, das Alpha-Raubtier der Zeit, komplett mit Greifarmen und einem tödlichen kreisförmigen Mund voller Zähne. Vor allem zu dieser Zeit entwickelte sich ein wichtiger Vorfahre des Menschen. Pikaia, ein segmentierter Wurm, gilt als der früheste Vorfahr des Chordata-Stammes (einschließlich Wirbeltiere; Tiere mit Rückgrat). Diese erstaunlichen Kreaturen bieten einen Einblick in evolutionäre Kreativität. Am Ende des Kambriums hatten sich Mollusken, Brachiopoden, Nautiloiden, Gastropoden, Graptolithen, Stachelhäuter und Trilobiten entwickelt und teilten sich den Meeresboden.

Nach der kambrischen Explosion ereignete sich ein ähnliches Ereignis, bei dem einige der evolutionären kambrischen Tierlinien aufgegeben und andere vermehrt wurden. Bekannt als ordovizische Strahlung oder Großes Ordovizisches Biodiversifikationsereignis, Viele gemeinsame Formen und Ökosysteme, die heute erkennbar sind, wurden üblich. Dazu gehören Wirbellose wie Mollusken (Muscheln und ihre Verwandten), Korallen, Arthropoden (Insekten und ihre Verwandten) und Wirbeltiere wurden vielfältiger und komplexer und dominierten die Ozeane .

Die wichtigsten dieser Fortschritte könnten riffbildende Organismen gewesen sein. Meist koloniale Korallen, nutzten sie die bessere Ozeanchemie für Calcit und bauten große Strukturen , die modernen Riffen wie dem Great Barrier Reef vor Australien ähnelten. Viele der Organismen dieser Zeit schwammen herum, versteckten sich oder krochen über die Riffe. Riffe sind wegen ihres Erhaltungspotenzials, ihrer Größe (einige Rifffossilien haben die Größe von Bergen) und ihrer Fähigkeit, ein Ökosystem in und um sie herum zu schaffen, so wichtig. Nur wenige andere fossile Assemblagen in der geologischen Aufzeichnung können mehr Vielfalt und Komplexität bieten als Riffe. Warme Temperaturen und hohe Meeresspiegel im Ordovizium haben wahrscheinlich dazu beigetragen, diese Diversifizierung voranzutreiben.Eine kleine Eiszeit, die auf dem Nachweis von Gletscherablagerungen und dem damit verbundenen sinkenden Meeresspiegel beruhte, führte zum dramatischen Massensterben am Ende des Ordoviziums, dem ersten im Fossilienbestand dokumentierten. Massenaussterben ist, wenn eine ungewöhnlich große Anzahl von Arten abrupt verschwinden und aussterben, und dies kann im Fossilienbestand beobachtet werden (siehe Video unten). Das Leben prallte im Silur zurück . Das wichtigste evolutionäre Ereignis war die Entwicklung des vorderen Kiemenbogenpaares zu Kiefern, Fische neue Fütterungsstrategien ermöglichen und neue ökologische Nischen eröffnen.

3-minütiges Video, das Massensterben beschreibt und wie sie definiert werden.

Der Silur liefert den ersten Beweis für Landpflanzen und -tiere . Dazu gehört die erste Gefäßpflanze, Cooksonia, mit holzigen Geweben, Venen für den Transport von Wasser und Nahrung, Samen und Wurzeln. Die ersten Knochenfische und Haie sind ebenfalls silurisch, einschließlich der ersten primitiven Kiefer. Dies sah auch den Beginn der Panzerfische, bekannt als die Placoderms. Insekten, Spinnen, Skorpione und Krebstiere begannen, Trocken- und Süßwasserlebensräume zu bewohnen.

Das Devon, das Zeitalter der Fische genannt, sah einen Anstieg von plattierten Fischen und Kiefernfischen , zusammen mit den Lappenflossen. Die Lappenflossen (Verwandte des modernen Lungenfisches und Quastenflossers) sind wichtig für ihre spätere Entwicklung zu Tetrapoden, den viergliedrigen Kreaturen, die das Land beherrschten. Der erste Nachweis von Wanderfischen, genannt Tiktaalik (vor etwa 375 Millionen Jahren), führte zu Amphibien. . Die meisten Amphibien leben an Land, legen aber weiche Eier ins Wasser. Sie würden sich später zu Reptilien entwickeln, die hartschalige Eier an Land legen. Landpflanzen hatten sich auch zu den ersten Bäumen und Wäldern entwickelt . Gegen Ende des Devons ereignete sich ein weiteres Massensterben. Dieses Aussterben ist zwar schwerwiegend, aber zeitlich am wenigsten definiert, wobei der Zeitpunkt des Ereignisses oder der Ereignisse stark variiert. Riffbildende Organismen waren am stärksten betroffen, was zu dramatischen Veränderungen in den marinen Ökosystemen führte .

Die nächste Periode, die als Karbon bezeichnet wird (nordamerikanische Geologen haben dies in die Mississippi- und Pennsylvanian-Periode unterteilt), sah den höchsten jemals bekannten Sauerstoffgehalt, wobei Wälder (z. B. Farne, Klumpmoose) und Sümpfe die Landschaft dominieren . Dies trug dazu bei, die größten Arthropoden aller Zeiten, wie die Tausendfüßler-Arthropleura, mit 2,5 Metern (6,4 Fuß) Länge zu verursachen! Es sah auch den Aufstieg einer neuen Gruppe von Tieren, die Reptilien. Der evolutionäre Vorteil, den Reptilien gegenüber Amphibien haben, ist das Amnioten-Ei (Ei mit Schutzhülle), das es ihnen ermöglicht, sich für die Fortpflanzung auf nicht-aquatische Umgebungen zu verlassen. Dies erweiterte die terrestrische Reichweite von Reptilien im Vergleich zu Amphibien. Dieses boomende Leben, insbesondere das Pflanzenleben, erzeugte Kühltemperaturen, da Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt wurde . Im mittleren Karbon führten diese kühleren Temperaturen zu einer Eiszeit (Karoo-Vergletscherung) und weniger produktiven Wäldern. Den Reptilien erging es viel besser als den Amphibien, was zu ihrer Diversifizierung führte . Dieses Gletscherereignis dauerte bis ins frühe Perm .

Durch das Perm, mit Pangaea zusammengebaut, führte der Superkontinent zu einem trockeneren Klima und noch mehr Diversifizierung und Dominanz durch die Reptilien . Die Gruppen, die sich in diesem warmen Klima entwickelten, strahlten schließlich zu Dinosauriern aus. Eine andere Gruppe, bekannt als die Synapsiden, entwickelte sich schließlich zu Säugetieren. Synapsiden, einschließlich des berühmten Dimetrodon mit Segelrücken, werden häufig mit Dinosauriern verwechselt. Pelycosaurier (vom Pennsylvanian bis zum frühen Perm wie Dimetrodon) sind die erste Gruppe von Synapsiden, die die Anfänge von Säugetiermerkmalen wie einem gut differenzierten Gebiss aufweisen: Schneidezähne, hochentwickelte Eckzähne im Unter- und Oberkiefer sowie Wangenzähne, Prämolaren und Molaren. Ab dem späten Perm entwickelt sich die zweite Gruppe von Synapsiden, die Therapsiden (oder säugetierähnliche Reptilien) genannt werden, und wird zu den Vorfahren der Säugetiere.

Massensterben im Perm

Das Ende des Paläozoikums ist durch das größte Massensterben in der Erdgeschichte gekennzeichnet. Das Paläozoikum hatte zwei kleinere Massensterben, aber diese waren nicht so groß wie das Perm-Massensterben, auch bekannt als das Perm-Trias-Aussterbereignis. Es wird geschätzt, dass bis zu 96% der Meeresarten und 70% der an Land lebenden (terrestrischen) Wirbeltiere ausgestorben sind. Viele berühmte Organismen, wie Seeskorpione und Trilobiten, wurden im Fossilienbestand nie wieder gesehen. Was hat ein so weit verbreitetes Aussterben verursacht? Die genaue Ursache wird noch diskutiert, obwohl sich die Hauptidee auf einen ausgedehnten Vulkanismus bezieht, der mit den sibirischen Fallen verbunden ist, Dies ist eine der größten auf der Erde bekannten Ablagerungen von Hochwasserbasalten, Dating zum Zeitpunkt des Aussterbens . Die Eruptionsgröße wird auf über 3 Millionen Kubikkilometer geschätzt, was ungefähr 4.000.000 mal größer ist als der berühmte Berg von 1980. St. Helens Ausbruch in Washington. Der ungewöhnlich große Vulkanausbruch hätte eine große Menge giftiger Gase, Aerosole und Treibhausgase in die Atmosphäre eingebracht. Darüber hinaus deuten einige Hinweise darauf hin, dass Vulkanismus riesige Kohlevorkommen verbrannt hat, die Methan (ein Treibhausgas) in die Atmosphäre freisetzen. Wie in Kapitel 15 beschrieben, bewirken Treibhausgase eine Erwärmung des Klimas. Diese umfangreiche Zugabe von Treibhausgasen aus den sibirischen Fallen könnte einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt verursacht haben, der das Klima schnell veränderte, die Ozeane versäuerte, die Nahrungsketten störte, den Kohlenstoffkreislauf störte und das größte Massensterben verursachte.