Program na komputerze
Jennifer Hoyal Cuthill jest zwodniczo prosty. Najpierw tworzy cylinder. W miarę rośnięcia cylinder wypuszcza odgałęzienia, najpierw na lewo, a potem na prawo, zawsze pod tym samym kątem. Każda z gałęzi staje się samodzielną łodygą, tworząc własne gałęzie według tej samej reguły. Rozwijają w ten sposób do czterech gałęzi. Rezultat wygląda jak liście paproci, ale to jest coś znacznie więcej.
Niezmiernie przypominają prastarą grupę stworzeń o nazwie
rangeomorfy, które istniały w czasach przed szkieletami, muszlami, nogami, ustami, jelitami i układem nerwowym. Miały tylko kilka centymetrów długości, ale na planecie zdominowanej przez stworzenia jednokomórkowe były jednym z pierwszych eksperymentów budowania stosunkowo dużych i złożonych organizmów.
Rangeomorfy były częścią tak zwanej bioty ediakarańskiej, która istniała między 540 a 575 milionów lat temu. Obecnie nie ma w przyrodzie niczego podobnego. Wymarły całkowicie podczas eksplozji kambryjskiej – wydarzenia, kiedy to na pozór nagle powstała większość głównych grup żyjących zwierząt. Jeśli skondensować historię Ziemi do jednego roku kalendarzowego, to rangeomorfy pojawiłyby się 15 listopada i zniknęły 18 listopada podczas eksplozji kambryjskiej.
Wiele jest sporów o to, czym właściwie były. Większość naukowców zgodziłaby się z twierdzeniem, że składały się z wielu komórek. Niektórzy określiliby je jako algi, grzyby, porosty lub całkowicie odmienne królestwo życia. Najpopularniejszą hipotezą jest, że były wczesnymi zwierzętami. Jakkolwiek było, miały bardzo prosty plan ciała bez żadnych oczywistych śladów narządów lub struktur wewnętrznych.
Najlepiej zachowane skamieniałości rangeomorfów pokazują piękny wzór, który wydaje się powtarzać w różnej skali, z mniejszymi wersjami tego samego kształtu odgałęziającymi się od większych. Innymi słowy, wyglądają jak fraktale. Paleontolodzy zawsze je tak opisywali, ale w sposób bardziej metaforyczny niż matematyczny. “Sugerowano, że wyglądają trochę jak fraktale, ale nigdy nie zostało to przetestowane” - mówi Hoyal Cuthill.
Skorzystano z umiejętności informatyki do napisania programu komputerowego, który używa prostych reguł rozgałęziania się i rośnięcia do tworzenia szerokiego wachlarza kształtów, wyglądających zadziwiająco podobnie do rzeczywistych skamieniałości. Program ma tylko 28 parametrów, włącznie z kątem gałęzi, ich krzywizną oraz tym, jak szybko rośnie łodyga. Pomajstruj przy parametrach, a otrzymasz pełne rozmaitości zoo rangeomorfów. „Jest to stosunkowo prosty program, ale jest wystarczająco elastyczny, by stworzyć dobre przybliżenie rzeczy, jakie widzimy w zapisie kopalnym” – mówi Hoyal Curhill.
Program tworzy trzy podstawowe kształty: wysokie liście pierzaste, jak Charnia; płaskie maty, jak Fractofusus; i pośrednie, przypominające sałatę zawiniątka, jak Bradgatia. Sugeruje to, że rangeomorfy podzieliły oceany na trzy różne strefy, z różnymi grupami specjalizującymi się w absorbowaniu pokarmu z różnych głębokości. Ten sam trend można zaobserwować u współczesnych zwierząt. Na sawannie afrykańskiej małe antylopy dikdik pasą się na nisko rosnących liściach, średniej wielkości impale zjadają większe krzewy, taneczne gerenuki podnoszą się en pointe, żeby skubać z niskich gałęzi drzew, a wyniosłe żyrafy sięgają najbardziej niedostępnych liści.
Program sugeruje także, że wszystkie te stworzenia o różnych kształtach były spokrewnione. Zawsze było trudno to ocenić i niektórzy badacze twierdzili, że rangeomorfy były mieszaniną całkowicie niespokrewnionych organizmów. Praca Hoyal Cuthill mówi coś innego. Fakt, że wiele różnych kształtów może wyłonić się po małych zmianach tego samego programu, „sugeruje – jej zdaniem - że były one rzeczywiście spokrewnione ze sobą”.
Daje także podstawę do klasyfikowania skamieniałości jako rangeomorfy. Inni naukowcy proponowali jako podstawową cegiełkę ich dziwacznych ciał „frondlet” – kształt rozgałęziający się, przypominający liść, który można wielokrotnie „wycinać i naklejać” na bardziej skomplikowane kształty. „Uważam, że nie docenia się tego, jak bardzo są fraktalne” – mówi Hoyal Cyhill. Jej program sugeruje, że podstawową jednostką jest jeszcze prostszy cylinder, z którego odgałęzia się więcej cylindrów. „Nie trzeba tworzyć całego ciała z frondlet – mówi. – Jeśli masz zestaw reguł dla tego procesu rozgałęziania się, tworzysz cały organizm”. I, przez przedłużenie, każdy organizm, którego ciało można opisać w kategoriach rozgałęziających się cylindrów, prawdopodobnie był rangeomorfem.
Symulacja rangeomorfów pokazała także, że te stworzenia celowały w upakowywaniu mnóstwa ciała na małej przestrzeni. Na przykład jeden z nich miał zaledwie 10 cm długości, ale powierzchnia jego ciała wynosiła 58 metrów kwadratowych – mniej więcej tyle ile ludzkie płuco. „Są niesłychanie wydajne w zapełnianiu przestrzeni – mówi Hoyal Cuthill. – Gdybym próbowała lepiej to zrobić, chyba bym nie potrafiła”.
Wspiera to tezę, że żyły przez absorbowanie węgla i tlenu rozpuszczonego w wodzie morskiej. Nie wydaje się bowiem, by miały jakiekolwiek aktywne części ciała. Nawet stacjonarne stworzenia odżywiające się przez filtrowanie wody, jak pąkle, używają sitek do odcedzenia pokarmu. Korale mają komórki żądlące – maleńkie harpuny do nadziewania zdobyczy. Nawet gąbki mają małe włoski, które pompują wodę przez ich nieruchome ciała. Rangeomorfy jednak nie wykazują żadnych śladów takich aktywnych narządów. Mogły po prostu siedzieć sobie i czekać aż składniki odżywcze przenikną przez ich rozległą powierzchnię. Odżywianie było bardziej czymś, co im się przydarzało, niż czymś, co aktywnie czyniły.
Martin Brasier z University of Oxford ostrzega jednak, że „obszar powierzchni rzadko jest maksymalnie obnażony”. Gałęzie są często poskręcane i ciasno zwinięte wzajem wokół siebie, co zaprzecza tezie, że absorbowały rozpuszczone składniki z wody. Jego studentka, Renee Hoekzema, pracuje teraz na bardziej złożonych modelach, które wychwycą te niuanse i “być może pomogą nam zrozumieć, jak rzeczywiście funkcjonowały te piękne i enigmatyczne stworzenia”.
Obie grupy zgadzają się, że z jakiegoś powodu plan ciała rangeomorfów nie działał zbyt dobrze po eksplozji kambryjskiej. Być może nowe zwierzęta kambryjskie z ich bardziej złożonymi ciałami sprawniej filtrowały składniki odżywcze z wody. Może po prostu zjadły rangeomorfy. Tak czy inaczej, łagodne oceany ediakarańskie były świetnym miejscem dla biernych, nieruchomych stworzeń o miękkich ciałach, ale brutalne morza kambru wszystko zmieniły. Rangeomorfy wymarły i ich piękny eksperyment budowania fraktalnych ciał przeszedł do ksiąg o historii życia.
Źródło: Hoyal Cuthill & Conway Morris. 2014. Fractal branching organizations of Ediacaran rangeomorph fronds reveal a lost Proterozoic body plan. PNAS http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1408542111
A lost way of making bodies from before skeletons and shells
Not Exactly Rocket Science, 11 sierpnia 2014
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
