Αν τα πρώτα ζώα δεν ήταν τόσο παραγωγικά ως προς τα απόβλητά τους, η ζωή ίσως να μην είχε διαφοροποιηθεί ποτέ με τον τρόπο που τη γνωρίζουμε σήμερα.
Αυτή είναι η απρόσμενη υπόθεση μιας νέας επιστημονικής ανασκόπησης, σύμφωνα με την οποία τα περιττώματα των πρώτων ζώων μπορεί να έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην εκρηκτική διαφοροποίηση της ζωής πριν από περίπου 540 εκατομμύρια χρόνια.
Η περίοδος αυτή που είναι γνωστή ως «Κάμβρια Έκρηξη» είναι ένα από τα σημαντικότερα επεισόδια στην ιστορία της ζωής στη Γη, κατά το οποίο εμφανίστηκαν οι πρόγονοι πολλών από τις βασικές ομάδες ζώων που υπάρχουν σήμερα.
Μέσα σε περίπου 25 εκατομμύρια χρόνια, η ζωή στους ωκεανούς διαφοροποιήθηκε με εντυπωσιακή ταχύτητα, καθώς εμφανίστηκαν νέες μορφές, νέοι μηχανισμοί διατροφής και ολοένα πιο σύνθετες αλληλεπιδράσεις μεταξύ οργανισμών.
Οι επιστήμονες έχουν προτείνει αρκετές εξηγήσεις για αυτή την απότομη αλλαγή. Η αύξηση των επιπέδων οξυγόνου στην ατμόσφαιρα και στους ωκεανούς θεωρείται ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες.
Άλλες θεωρίες δίνουν έμφαση στην εμφάνιση ενός προστατευτικού στρώματος όζοντος ή στην απελευθέρωση μεγάλων ποσοτήτων θρεπτικών συστατικών στους ωκεανούς από τη διάβρωση των πετρωμάτων καθώς η Γη εξερχόταν από μια περίοδο ακραίας παγοποίησης.
Η νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Trends in Ecology & Evolution προσθέτει έναν παράγοντα που μέχρι τώρα δεν είχε λάβει τη δέουσα προσοχή, τα περιττώματα.
Τα περιττώματα είναι σημαντικά για τη λειτουργία των οικοσυστημάτων
Ερευνητές από την Αυστραλία και τη Γερμανία υποστηρίζουν ότι, καθώς οι οργανισμοί γίνονταν μεγαλύτεροι, πολυπληθέστεροι και βιολογικά πιο σύνθετοι, αυξανόταν και η ποσότητα οργανικής ύλης που κατέληγε στους ωκεανούς μέσω των αποβλήτων τους.
«Παράλληλα με την αύξηση του οξυγόνου και άλλους παράγοντες, η σημασία των κοπράνων στα αρχαία οικοσυστήματα συχνά παραβλέπεται», αναφέρει ο Russell Bicknell, εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Flinders της Αυστραλίας.
Η ιδέα μπορεί να ακούγεται αστεία όμως τα περιττώματα αποτελούν ένα σημαντικό κομμάτι της λειτουργίας των οικοσυστημάτων. Στους σύγχρονους ωκεανούς, τα περιττώματα οργανισμών, από το μικροσκοπικό ζωοπλαγκτόν μέχρι τις τεράστιες φάλαινες, βοηθούν στη μεταφορά και ανακύκλωση βασικών στοιχείων.
Άνθρακας, σίδηρος, άζωτο και φώσφορος μπορούν να μετακινούνται μέσω των κοπράνων από τα επιφανειακά στρώματα του νερού προς μεγαλύτερα βάθη. Εκεί, τα θρεπτικά συστατικά διατίθενται σε άλλους οργανισμούς και εισέρχονται ξανά στους βιολογικούς κύκλους.
Σήμερα, αυτή η διαδικασία αποτελεί ένα τεράστιο φυσικό σύστημα μεταφοράς ύλης μέσα στους ωκεανούς. Οι ερευνητές θεωρούν ότι μια αντίστοιχη διαδικασία μπορεί να είχε ιδιαίτερη σημασία κατά την Κάμβρια περίοδο.
Η ζωή στη Γη είχε εμφανιστεί πολύ νωρίτερα. Οι πρώτοι οργανισμοί εμφανίστηκαν σχετικά σύντομα μετά τον σχηματισμό του πλανήτη, πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Για το μεγαλύτερο μέρος της ιστορίας της ωστόσο, η ζωή παρέμεινε σχετικά απλή. Υπήρχαν μικροσκοπικοί οργανισμοί και πολυκύτταρες μορφές, αλλά τίποτα που να συγκρίνεται με την ποικιλία και την πολυπλοκότητα των ζώων που θα ακολουθούσαν.
Κάποια στιγμή όμως, η εξέλιξη άρχισε να δημιουργεί οργανισμούς με διαφορετικά μεγέθη, σχήματα και τρόπο ζωής. Οι ωκεανοί γέμισαν με ζώα που κινούνταν, κυνηγούσαν, έσκαβαν, τρέφονταν από άλλους οργανισμούς και ανέπτυσσαν πιο σύνθετα πεπτικά συστήματα.
Και μαζί με όλα αυτά ήρθε και κάτι λιγότερο θεαματικό, περισσότερα περιττώματα.
Οι ερευνητές μελέτησαν απολιθωμένα περιττώματα (κοπρόλιθους) από την Κάμβρια περίοδο για να δουν αν το αρχείο των απολιθωμάτων μπορούσε να στηρίξει αυτή την ιδέα.
Τι έδειξε η μελέτη
Τα αρχαιότερα γνωστά απολιθωμένα περιττώματα χρονολογούνται περίπου πριν από 540 εκατομμύρια χρόνια. Τα πρώτα δείγματα ήταν συνήθως μικροσκοπικά σφαιρίδια, είτε μεμονωμένα, είτε συγκεντρωμένα σε ομάδες. Άλλα είχαν μακρόστενο και νηματοειδές σχήμα, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις η οργανική ύλη είχε σχηματίσει λεπτά στρώματα γύρω από αρχαία λαγούμια.
Όσο όμως το αρχείο των απολιθωμάτων γίνεται πιο πλούσιο και οι οργανισμοί μεγαλύτεροι, αλλάζει και η εικόνα των κοπρόλιθων.
Σε μεταγενέστερες περιόδους εμφανίζονται μεγαλύτερα, συμπαγή απολιθώματα μήκους αρκετών χιλιοστών. Μερικά περιέχουν θραύσματα από κελύφη ή υπολείμματα άλλων οργανισμών, αποκαλύπτοντας όχι μόνο το μέγεθος αλλά και τις διατροφικές συνήθειες των ζώων που τα παρήγαν.
Αυτή η εξέλιξη συμβαδίζει με μια ευρύτερη αλλαγή στη βιολογία των ζώων.
Τα πρώιμα αρθρόποδα για παράδειγμα, άρχισαν να αναπτύσσουν πιο εξειδικευμένα πεπτικά συστήματα, με διαφορετικές περιοχές του πεπτικού σωλήνα και πεπτικούς αδένες που τους επέτρεπαν να επεξεργάζονται μεγαλύτερη ποικιλία τροφών.
«Κατά την Κάμβρια περίοδο, η ποσότητα της οργανικής ύλης που έφτανε στα βαθύτερα νερά πρέπει να αυξανόταν συνεχώς, καθώς η βιομάζα αυξανόταν σημαντικά και εμφανίζονταν περισσότερα ζώα με πεπτικό σύστημα», σημειώνουν οι ερευνητές.
Με άλλα λόγια, η εξέλιξη των ζώων δεν άλλαξε μόνο το ποιος έτρωγε ποιον, αλλά και τον τρόπο με τον οποίο μετακινούνταν τα θρεπτικά συστατικά μέσα στους ωκεανούς.
Καθώς εμφανίζονταν νέες στρατηγικές αναζήτησης τροφής, αυξανόταν η παραγωγή οργανικού υλικού. Καθώς αυξανόταν το μέγεθος των ζώων, αυξανόταν και το μέγεθος των περιττωμάτων τους. Και όσο περισσότερη οργανική ύλη μεταφερόταν από τα επιφανειακά νερά προς τα βάθη, τόσο περισσότερα θρεπτικά συστατικά μπορούσαν να επανέλθουν στον κύκλο της ζωής.
Έτσι μπορεί να δημιουργήθηκε ένας θετικός βρόχος ανάδρασης.
Μεγαλύτερα ζώα παρήγαν μεγαλύτερα περιττώματα, με περισσότερη οργανική ύλη και θρεπτικά στοιχεία. Η αυξημένη διαθεσιμότητα πόρων μπορούσε να υποστηρίξει πιο παραγωγικά και σύνθετα οικοσυστήματα. Και αυτά τα οικοσυστήματα με τη σειρά τους μπορούσαν να ευνοήσουν την εξέλιξη ακόμη μεγαλύτερων και πιο σύνθετων οργανισμών.
Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η αύξηση του μεγέθους των οργανισμών κατά την Κάμβρια Έκρηξη αύξησε και το μέγεθος των κοπρόλιθων, ενισχύοντας περαιτέρω την ανάπτυξη αυτών των οικοσυστημάτων.
Αυτό δεν σημαίνει ότι η Κάμβρια Έκρηξη προκλήθηκε από τα περιττώματα. Η εξέλιξη είναι πολύ πιο περίπλοκη από έναν και μόνο μηχανισμό. Η θερμοκρασία, η διαθεσιμότητα οξυγόνου, η χημεία των ωκεανών, τα θρεπτικά συστατικά και οι ίδιες οι εξελικτικές καινοτομίες των οργανισμών πιθανότατα συνεργάστηκαν για να δημιουργήσουν τις συνθήκες που επέτρεψαν την έκρηξη της βιοποικιλότητας.
Διευρύνεται το πλαίσιο της εξέλιξης
Η σημασία της νέας υπόθεσης βρίσκεται περισσότερο στο ότι διευρύνει το πλαίσιο μέσα από το οποίο εξετάζουν οι επιστήμονες την εξέλιξη.
Τα οικοσυστήματα δεν διαμορφώνονται μόνο από τους οργανισμούς που βρίσκονται στην κορυφή της τροφικής αλυσίδας ή από τις θεαματικές εξελικτικές καινοτομίες, αλλά και από τις διαδικασίες που συνδέουν κάθε οργανισμό με το περιβάλλον του, από το τι τρώει μέχρι το τι αποβάλλει.
Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι τα σύνθετα θαλάσσια οικοσυστήματα μπορούν να αναπτυχθούν μόνο όταν συνδυάζονται κατάλληλες θερμοκρασίες, διαθέσιμα θρεπτικά συστατικά και βιολογικοί μηχανισμοί. Η παραγωγή και η μεταφορά οργανικής ύλης μπορεί να αποτέλεσαν ένα κομμάτι αυτής της εξίσωσης που μέχρι σήμερα δεν είχε μελετηθεί επαρκώς.
Υπάρχει, μάλιστα, ένας ενδιαφέρων παραλληλισμός με τον σύγχρονο κόσμο. Σήμερα γνωρίζουμε ότι η οργανική ύλη και τα θρεπτικά στοιχεία που μετακινούνται μέσα στα οικοσυστήματα είναι απαραίτητα για την παραγωγή τροφής. Η γεωργία βασίζεται, μεταξύ άλλων, στη χρήση λιπασμάτων ακριβώς επειδή ορισμένα θρεπτικά στοιχεία είναι κρίσιμα για την ανάπτυξη των φυτών.
Πριν από μισό δισεκατομμύριο χρόνια δεν υπήρχαν άνθρωποι για να προσθέσουν λίπασμα στους ωκεανούς, υπήρχαν όμως ζώα που έτρωγαν, χώνευαν και απέβαλλαν. Και καθώς αυτά τα ζώα αυξάνονταν σε αριθμό, μέγεθος και ποικιλία, μπορεί να άλλαζαν σταδιακά ολόκληρη τη ροή των θρεπτικών συστατικών μέσα στο θαλάσσιο οικοσύστημα.
Η εικόνα που προκύπτει είναι παράξενη αλλά επιστημονικά ενδιαφέρουσα, η εξέλιξη μπορεί να τροφοδότησε τον εαυτό της όχι μόνο μέσω της εμφάνισης νέων οργανισμών, αλλά και μέσω των αποβλήτων που αυτοί παρήγαν.
Τα περιττώματα των πρώτων ζώων δεν ήταν απλώς ένα άχρηστο τελικό προϊόν της πέψης, αλλά ίσως μέρος ενός μηχανισμού που βοήθησε να ανακυκλωθούν θρεπτικά συστατικά, να ενισχυθεί η παραγωγικότητα των ωκεανών και να δημιουργηθούν οι συνθήκες για ακόμη μεγαλύτερη βιολογική πολυπλοκότητα.
Η νέα ανασκόπηση δεν κλείνει το ζήτημα της Κάμβριας Έκρηξης, προτείνει, όμως, έναν διαφορετικό τρόπο να κοιτάξουμε την εξέλιξη, όχι μόνο μέσα από τις εντυπωσιακές μορφές ζωής που εμφανίστηκαν, αλλά και μέσα από τις καθημερινές και συχνά πολύ λιγότερο «δημοφιλείς» διαδικασίες που την υποστήριξαν.
