Johan Warell, NE-medarbetare
Hur har den uppkommit egentligen, den artrikedom vi har runt omkring oss och som speciellt uppmärksammas under 2010, Internationella året för biologisk mångfald? Varför finns specialiserade arter i vissa biotoper, varför är vissa sedan länge utdöda och varför ser livet på jorden ut som det gör? En del stora frågor som dessa tror vi oss veta svaren på, medan andra fortfarande är gåtor.
Mångfalden av arter och ekosystem och den genetiska variationen på jorden är enorm. Därför är nästan allt liv fortfarande outforskat. Men vår kunskap växer för varje dag, och antalet kända arter ökar med snart sagt varje ny insamlingsexpedition, varhelst den görs – under marken, på land, i havet, eller i luften. I Sverige känner vi omkring 50 000 flercelliga arter, medan antalet namngivna på hela planeten är 1,6 miljoner.
Artvariationen är som störst bland insekterna, som står för omkring hälften av alla kända arter. Det ekosystem som är mest artrikt är regnskogen, som nu försvinner i alarmerande hög takt på grund av skövling för markbruk. Den biologiska variation som förekommer bland organismerna i alla jordens ekosystem är dock långt större –den totala artrikedomen på jorden uppskattas till omkring 20 miljoner, kanske så mycket som 100 miljoner. Nya undersökningar av marina miljöer har visat att enbart mikroskopiskt stora djur i haven kan utgöra långt fler arter än så, och uppskattningarna hamnar för dessa på fantastiska 1 miljard!
Livet får fotfäste
Jordens biosfär, den totala summan av alla ekosystem, har en mycket lång historia. Det första livet på jorden uppträdde redan för över 3,5 miljarder år sedan. Då rörde det sig om encelliga anaeroba bakterier som mångfaldigades genom delning i en syrefri miljö. Livets uppkomst skedde såvitt man kan förstå så snart det över huvud taget var möjligt – så snart miljön tillät bildning av och kemiska reaktioner mellan mer eller mindre komplexa kolbaserade molekyler. För omkring 4 miljarder år sedan, efter årmiljoner av naturens ideliga experimenterande, utvecklades av en slump det första strukturerade primitiva cellmembranet, den gemensamma urfadern till livet på jorden.
Den omgivning i vilken livet utvecklades var helt syrefri, en mycket annorlunda miljö än dagens. Olika teorier säger att livet utvecklades i vattnet, vid varma källor på havets botten, på land i ljumma grunda pölar, eller i vattenreservoarer i underjordiska spricksystem. Den tjocka uratmosfären bestod av enkla lättflyktiga molekyler som återfanns också hos de andra planeterna – vätgas, vatten, koldioxid, ammoniak, metan och svavelföreningar. Också landskapet var annorlunda, dominerat av vatten och geologiska processer med vulkanutbrott och lavaflöden i vida större omfattning än i dag. Någonstans i denna miljö uppstod livet. Exakt hur vet man dock inte – inte ens om livets frö uppstod på jorden, eller om det rentav i livsduglig form transporterats hit av kometer, asteroider eller meteoriter.
Livets traumatiska barndom
Det står i alla fall klart att livet fick fotfäste i en förbiologisk, ogästvänlig miljö, och sedan har expanderat, utvecklats och förgrenats till den mångfald vi omges av i dag. Denna historia har burits framåt genom variationer i miljön som orsakats av livet självt men också av jordens geologiska utveckling och planetens samverkan med solsystemet i stort. Utvecklingen av livet till den komplexitet, artrikedom och utbredning vi ser i dag har kraftigt betingats både gradvist och språngmässigt längs en ”krokig stig” som lett fram till livet på jorden som det ser ut i dag.
Den initiala miljö som möjliggjorde jordens kolbaserat liv formades av dramatiska processer i solsystemets barndom. Förödande nedslag av andra himlakroppar och bildningen av månen var sannolikt grundingredienser som skapade rätt förutsättningar. Vi vet i dag att dessa skeenden möjliggjorde bildandet av ett skyddande magnetfält runt jorden och en stabil dygnsrotation som dämpade svängningar i temperatur och instrålning från solen. De enorma kollisionerna var därmed inte bara destruktiva – de var nödvändiga och de förde livsviktigt vatten och komplexa kolbaserade molekyler till jorden.
De första habitaten
Ironiskt nog skapades alltså förutsättningar till liv av närmast kataklysmiska händelser. Ur en organisk ursoppa av aminosyror, alkoholer och glykoler kan den första encelliga organismen ha bildats. I denna inneslöts och skyddades kemiska reaktioner i ett evolutionsmässigt revolutionerande skal av enkla fettsyror. Urcellen förökade sig spontant genom delning och informationen om dess genetiska byggnad fördes vidare till avkomman.
Under den prekambriska eran fick de första encelliga organismerna ordentligt fotfäste. De utgjordes av trådbildande cyanobakterier. I trådarna fastnade partiklar, vilket gav upphov till stromatoliter som växte i lerartade sediment i grunda vattensamlingar. Redan i början, för 3,5 miljarder år sedan, upptog och omvandlade dessa organismer energi genom fotosyntes, som dock först långt senare blev syrealstrande. Fossilerade rester av stromatoliter indikerar att cyanobakterier var bland de första framgångsrika organismerna på jorden. De var också mycket livskraftiga – deras avlägsna kusiner finns kvar än i dag.
 |
|
Stromatoliter är kända från livets första dagar på jorden och bildas än i dag, till exempel i Australiens grunda kustvatten. Dessa stenliknande formationer byggs upp av mikroorganismer och sediment och har utvecklats mycket lite under 4 miljarder år. |
|
MICHAEL & PATRICIA FOGDEN/MINDEN/SCANPIX |
Föregångare till dagens grönalger utvecklade så småningom en syrealstrande fotosyntes som skulle visa sig central för en vidare expansion mot mer avancerade livsformer. Den gröna fotosyntesen syrsatte vattenmassorna och så småningom även atmosfären. Introduktionen av molekylärt syre för nästan 3 miljarder år sedan var både en flaskhals och en språngbräda för mångfalden. Det extremt reaktiva syret verkade som ett gift för anaeroba organismer. De som överlevde denna kemiska chock utvecklade försvarsstrategier eller tvingades undan till syrefria underjordiska miljöer. Det långsiktiga resultatet var ett mer vitalt ekosystem där de nya möjligheterna till specialisering till varierande livsmiljöer gav upphov till urfäderna till dagens växt- och djurliv.
Livsformerna diversifieras
Livet i vattnet utvecklades kontinuerligt men relativt långsamt under hela den 4 miljarder år långa prekambriska eonen. Under denna period uppträdde flercelliga organismer som utvecklades till halvmeterstora djur, som nästan alla var orörliga och i någon mening lika dagens koralldjur, maneter och ringmaskar. Nästa betydelsefulla fas för den biologiska mångfalden skedde vid övergången till kambrium för ca 542 miljoner år sedan då förhållandena medgav en mycket snabb ökning av antalet flercelliga arter. Orsaken till denna kambriska explosion är inte känd med säkerhet men kan vara relaterad till en ökad tillgång till fritt syre. I detta viktiga steg uppstod förmågan att bilda skal och skelett, liksom fungerande ögon och en effektiv rörelseförmåga.
Den så kallade kambriska explosionen var en nödvändig förutsättning för den framtida evolutionen inom djurvärlden. Ingen liknande period när artrikedomen ökade i samma omfattning har förekommit i jordens historia. Däremot har artrikedomen vid upprepade tillfällen ökat kraftigt då den återhämtat sig från massutdöenden. Vid sådana tillfällen har nya eller tidigare undanträngda växt- och djurgrupper snabbt expanderat i tidigare ockuperade nischer.
Under ordovicium och silur för omkring 450 miljoner år sedan tog sig livet gradvis upp på land i form av svampar och lavar. Den ökande mängden syre i atmosfären som dessa fotosyntetiska växter orsakade byggde upp ozonskiktet i atmosfären på 30 km höjd, som förhindrar solens energirika ultravioletta och skadliga strålning att nå ned till marken. Detta var en förutsättning för att djurlivet skulle utvecklas på land, vilket skedde under äldre devon för närmare 400 miljoner år sedan. Bland de första djurgrupper som etablerade sig ser vi insekter och spindeldjur.
Massutdöenden och mångfald
Av de tjugotalet massutdöenden som identifierats under jordens historia har fem varit speciellt viktiga för livets utveckling och etableringen av nya arter. Massutdöenden markerar oftast även slutet på en geologisk period och början på en annan. Enligt darwinistisk teori ökar möjligheten för en grupp, familj eller art att expandera inom eller att utöka sitt habitat om antalet konkurrenter i ekosystemet minskar. Artrikedomen varierar både långsamt genom naturligt urval orsakat av genetiska variationer inom populationen och anpassning till omvärlden, och i språng som följd av enstaka och slumpvisa omvälvande händelser. Nya arter kan på detta sätt uppkomma på så korta tidsskalor som några tusen år. Men i extrema fall kan en speciellt anpassad art förbli oförändrad i hundratals miljoner år, som för vissa armfotingar.
Astronomiska händelser har spelat en avgörande roll i livets utveckling. För det senaste stora utdöendet mellan krita och tertiär för 65 miljoner år sedan råder huvudsaklig samstämmighet mellan geologer, paleontologer och astronomer att ett nedslag av en asteroid eller komet är orsaken. Nedslagplatsen har identifierats till Chicxulub, en 80 km vid krater på Yucatanhalvön i Mexiko. Den frigjorda energin uppskattas till en miljard gånger större än atombomberna vid Hiroshima och Nagasaki. Nedslag av denna dignitet får globala konsekvenser. Så mycket stoft kastas upp i atmosfären att solinstrålningen reduceras, fotosyntesen avtar och temperaturen faller. Andra effekter inkluderar enorma tsunamivågor och globala skogsbränder. Resultatet är en kollaps av stora delar av matkedjan med omfattande utdöd. Vid krita–tertiärövergången försvann ungefär 75 % av alla arter, både på land och i vatten.
 |
|
Barringerkratern i Arizona är kanske jordens tydligaste krater efter ett meteoritnedslag. Kratern är drygt 1 kilometer vid och orsakades av en kropp som var ungefär 10 gånger mindre. Vid ett långt större nedslag av en asteroid eller komet för 65 miljoner år sedan dog 75 % av jordens arter ut, vilket resulterade i en kraftigt ökad mångfald bland däggdjuren. Livets utveckling på jorden har vid många tillfällen punkterats av dramatiska händelser som vulkanism, nedisningar och katastrofala nedslag, som sedan följts av en snabb artutveckling. |
|
CHRIS O'REAR/CORBIS/SCANPIX |
Det mest omfattande utdöendet i jordens historia inträffade i slutet av perm vid övergången till trias för 251 miljoner år sedan. Vid detta tillfälle dog omkring 96 % av alla marina och 70 % av alla landlevande arter ut. Vertebrater, insekter och växter hör till de grupper som påverkades kraftigt. Ingen tydlig orsak har kunnat identifieras till detta utdöende, men omfattande vulkanism, sjunkande havsnivåer, metanutsläpp från klatrater, kraftig syreförlust i havens ytvatten eller bildningen av superkontinenten Pangea har föreslagits. Resultatet av sådana skeenden är förändringar i jordens klimat under lång tid.
Det är intressant att konstatera att de visuellt så spektakulära dinosaurierna utvecklades kraftigt som en direkt följd av att perm–triasutöendet slog ut två tredjedelar av amfibierna och reptilerna. I detta utarmade ekosystem kom ett antal djurgrupper att i vissa fall helt dominera på global skala. Händelsen hade mycket långvariga konsekvenser. Det kan ha tagit uppemot 30 miljoner år för samtliga biotoper att på nytt fyllas med frodiga och livskraftiga habitat av flora och fauna. En av de djurgrupper som kom vinnande ur katastrofen var alltså dinosaurierna, som ironiskt nog dog ut nästan helt vid det näst mest omfattande massutdöendet mellan krita och tertiär, närmare 200 miljoner år senare. Men dinosauriernas släktingar fåglarna lever kvar än i dag.
Outforskade ekosystem
Vi ser i dag att djur- och växtlivet omkring oss är en direkt konsekvens av en lång kedja av sannolika och osannolika skeenden som avlöst varandra under jordens utveckling. Andra skeenden i detta system, där jorden, solsystemet och i förlängningen hela galaxen är intimt sammankopplade, hade säkerligen resulterat i en drastiskt annorlunda utveckling av livet på jorden. Man kan spekulera i huruvida en alternativ utveckling hade förhindrat intelligenta varelsers uppkomst, eller om sådana alltid är konsekvensen av en tillräckligt lång och händelserik evolution.
Med den artvariation vi känner till i dag kan man undra vilka spännande och exotiska varelser som fortfarande finns att upptäcka på jorden och inte minst på liknande planeter runt andra stjärnor. Även om vi i dag inte har möjlighet att utforska avlägsna ekosystem på andra platser i universum har vi vid sidan om land, luft och grundhav en enorm och nästan helt outforskad biotop kvar att studera i detalj här på hemmaplan. Vad, kan man undra, döljer sig i havsdjupens mörker och vilka revolutionerande sanningar kan denna biotop ge oss om livets utveckling och mångfald på vår egen blå rymdoas?
Länk till NE.se
Mångfalden – var kommer den ifrån?
http://www.ne.se/rep/mångfalden-var-kommer-den-ifrån
Nationalencyklopedin, 2012-05-27
Kopiera källangivelse
