Biosfären - Den levande jorden Livets utveckling Historisk geologi och paleontologi (HiPa) Lars Holmer [email protected] “Jordens system kan liknas vid en levande organism” Livets utveckling - mål Principer + den prekambriska – paleozoiska utvecklingen + mesozoiska nyckelhändelser + everte (ryggradslösa djur) - FÄLTKURSER atmosfär James Lovelock – NASA Skapade Astrobiologi Bakterier BIOSFÄR Protister Djur FÄLTKURS litosfär Svampar Växter Livets “fem” riken Introduktion Paleontologi “läran om gammalt liv” Geologi & biologi livets 4.6 Ga utveckling g Historisk geologi Studiet av de sedimentära bergarternas ”tidsarkiv” Jordens historia och utveckling 1. “Prokaryoter” 2. 3. 4. 5. bakterier “Protister” Protister Svampar Växter Djur Lynn Margulis hydrosfär Gaia & Evolution Evolution process genom vilken livet har förändrats & utvecklats under jordens historia Gaia-modellen är Gaiaevolutionär! GAIA – biosfärens utveckling Bakterier Protister Djur Svampar Växter Varför ser biosfären ut som den gör? Livets utveckling - mål Liv och miljöer på BALTICA – kambriumkambriumdevon Uniformism Jordens dynamiska system Charles Lyell (1797--1875) (1797 Hur fungerar jorden nu? Hur fungerade jorden tidigare? Aktualism - Uniformism James Hutton (1726(17261797) ” Jordens utveckling k uteslutande kan t l t d förklaras med hjälp av nutida observerbara processer. ” “The present is the key to the past” ”Principles Principles of Geology” Små förändringar + gott om tid = stora förändringar Principles of Geology 18301830-33 • Jorden är gammal • Jorden har ändrat form långsamt – erosion • Fossil som geologiska klockor ”Remember that your verdict will probably have more influence than my book in deciding whether [my] views ... will be admitted or rejected” Charles Darwin i brev till Lyell i september 1859 Idag Katastrofism katastrofer leder till fauna-- och florafauna floraförändringar De geologiska processerna varierar över tiden Baron Georges Cuvier 1769--1832 1769 meteoritnedslag Vulkanutbrott ”The Key to the Past is in the Present” Present” Georges Cuvier (1812) K/T gränsen i Parisbäckenet Katastrof! sanning med modifikation Hur gammal är “Gaia” Geologisk tid När bildades jorden? uppstod liv? uppstod liv på land Hur snabbt sker evolution? förändras klimatet? Hur snabbt förändras klimatet? Late Jurassic Volgian (150 Ma) Extremt Växthusklimat!!!!! Geologisk tid Ma = Mega annum = miljoner år Ga = Giga annum = miljarder år Absolut datering Relativ datering Stratigrafi/Biostratigrafi Absolut datering Jorden är 4.65 Ga (miljarder år) Evolutionsläran, Darwin 1859 - jorden måste vara mycket gammall Gaia G i är ä produkten d kt av mer än ä 4000,000,000 år av utveckling Relativ datering -- syftar till att ta reda på i vilken ordning som Geologiska förlopp ägde rum. Geologisk tidsskala Eoner arkeikum arkeikum, proterozoikum, fanerozoikum Geologisk tidsskala • Perioder Relativ datering – Trias, Jura, Krita • Eror – paleozoikum, mesozoikum, kenozoikum Bygger på enkla principer först uppställda av Nicolaus St Steno 1669 (dansk ((d d danskk i Florens)) Florens Relativ datering - fossil Fossil från äldre lager skiljer sig från yngre Arter dör ut, nya uppträder Evolution! Ledfossil Stor & snabb spridning Vanlig Stor bevaringsbevaringspotential Snabb evolution Litostratigrafi Frizy Jeltiaky Tolstenky bed Transgressive surface Dikary Butina bed Sequence boundary Foraminiferer Miocene, Bayern Tyskland HST G L l i a m TST u e c s o t n o LST i n t e e HST Billingen and Volkhov of the Tosna River Valley Stratigrafi Bergarter i tid och rum Biostratigrafi Litostratigrafi Biozon Bergarter delas in med avseende på sina fysikaliska och kemiska egenskaper Biostratigrafi Fossila zoner baseras ofta på första uppträdandet av en artt Avsaknad av en zon indikerar en icke icke-konformitet biozon / litostratigrafi / korrelation GSSP - Fågelsång GSSP - Diabasbrottet Litostratigrafi Kontinuerligt avsatta later är konforma Vanligen saknas stora delar av sedimentära lager inkonformiteter ej avsatta eller bortförda av erosion Inkonformiteter - hiatus Vinkelinkonformitet diskonformitet parakonformitet Litostratigrafi ”Marker bed” Stora bentonitlagret Sedimentära bergarter WSU, Pullman, Söndag 18 maj 1980, kl. 12:00 Sediment löst icke icke--konsoliderat material E Exempel: l sand d och h grus 75% av jordens yta består av sedimentära bergarter Sedimentära bergarter Alloktona bildade av transporterade sediment Autoktona bildade på plats, ”in situ” Alloktona Alloktona Autoktona Hypersalin playa – ooider! ooider! Sedimentfacies Sedimentfacies Marin miljö Sedimentfacies terrestrisk miljö Övergångsmiljö HavsytenivåHavsytenivåförändringar FACIES Transgression Regression Sedimentfacies – transgression/regression Cambrian-Ordovician Pakri Estonia Tallinn TST Kunda Volkhov TST LST Latorp S Pakerort karbonat lera silt Sequence boundary TRANSGRESSIONS LAGERFÖLJD Cambrian-Ordovician boundary (sequence boundary) sand Sedimentfacies – transgression/regression sand silt lera karbonat REGRESSIONS LAGERFÖLJD Dagens biosfär c:a 13.6 miljoner arter •Insekter (8,000,000) •Svampar (1,500,000 ) •Bakteria (1,000,000) •Spindlar (750,000) •Virus (400,000) •Alger (400,000) •Nematoder (400,000) •Växter (320,000) •Protozoer (200,000) •Blötdjur (200,000) •Kräftdjur (150,000) •Ryggradsdjur (50,000) •Övriga (250,000) Fossil visar hur biosfären förändrats & utvecklats Vad är fossil? “uppgrävd” Bevarade rester av levande organismer Tafonomi – allt som händer med organismen efter döden Hur bildas fossil? Tafonomi Tafonomi Slutar vanligen med att alla spår utplånas Ibland bevaras något och vanligen hårddelar Olika slags fossilisering Mineralisering Ersättning tex förkisling Mineralisering/Ersättning förkisling Mineralisering! Mineralisering! Mineralisering/Ersättning förkisling Olika slags fossilisering avtryck Olika slags fossilisering Inre – stenkärna Yttre förkolning avgjutning Avgjutningar – men knappast fossil! Cupid, hans hund Olika slags fossilisering spårfossil Fabius Rufus, död 79 AD, 24 aug, kl. 13:00 S å f il! Spårfossil! Gräv & boningsgångar Jaktspår koproliter Särskild bevaring – “Lagerstätten Lagerstätten”” Särskild bevaring – “Lagerstätten” Infrysning frystorkning Särskild bevaring – “Lagerstätten” bärnsten Asfalt – La Brea Syrefria bottnar Solnhofen The No 1 “Lagerstätten “Lagerstätten”” – Burgess Shale (kambrium (kambrium)) Walcott 1909 The “No 2” “Lagerstätten “Lagerstätten”” – Chengjiang (kambrium) kambrium) South China Kalciumkarbonat Kalciumfosfat Hårddelar – skal & skelett Kalciumkarbonat Kalciumfosfat Kisel Organiska ämnen - proteiner Organiska ämnen - proteiner Evolution och paleontologi Evolution=förändring Naturligt urval (1859) process genom vilken livet har förändrats & utvecklats under jordens historia Evolutionsdebatten Inte OM utan HUR och PÅ VILKET SÄTT “Lamarckism” – Jean de Lamarck Darwinism Charles Darwin (1809--1882) (1809 ”On the origin of species i by b means off natural selection or the preservation of favoured races in the struggle for life” 1859 “Darwins bulldog” – Thomas Huxley Mikroevolution – Darwinism och biostratigrafi Evolution på artartnivån Darwins modell förklarar varför organismer i de geologiska lagren är olika Vad hade Darwin missat? Darwin + genetik = den moderna syntesen Gregor Mendel (1822(18221884) arter är grupper av individer som kan få fertil avkomma genetisk isolering Morfologisk variation genom mutationer Evolution = “förändring av genfrekvenser” Evolutionära trender Divergens Konvergens Evolutionär förbättring? Evolutionära hastigheter ”Phyletic gradualism” – Darwins modell Evolutionär förbättring? Evolutionära hastigheter S.J. Gould - Livets utveckling är mer likt en rikt ikt fö förgrenande d b buske k kontinuerligt beskuren av utdöenden, än en stege med förutsägbara framsteg Darwins (1859) träd Små långsamma gradvisa förändringar leder till artbildning ”Punctuated equilibria” – Goulds modell Arter oförändrade under långa tider. Artbildning g snabb Makroevolution – Mekanismer Makroevolution – “Stora” evolutionionära förändringar över artnivån Utveckling av släkten, familjer, nya kroppstyper Makroevolution = mikroevolution under lång tid? Makroevolution – Mekanismer Heterokroni = “olika tid”, förändringar i ontogeni Fylogeni och klassifikation Klassifikation: Carl von Linné (1707(17071778) Systema S t naturae t 1758 Fylum (Chordata), Klass (Mammalia), Ordning (Primates), Familj (Hominidae) släkte + art Homo sapiens Linné Kladistik En metod att undersöka organismers släktskap där de studerade organismernas i karaktärer jämförs med en mer avlägsen grupp kladogram Ciccarelli et al. 2006, Science, 311 (5765): 1283-1287 Livets 3 Domäner Kladistik homologa karaktärer (gemensamt ursprung)– ursprung)– leder till monofyletiska grupper analoga karaktärer (konvergens) – leder till polyfyletiska grupper Arkebakterier Eubakterier Prokaryota Ingen cellkärna, ingen ordnad struktur Eukaryota Eukaryota O d d cellstruktur Ordnad ll k och h cellkärna Livets fem riken Eubakterier 1. Prokaryoter Eubakterier Arkebakterier 2. 3. 4. 5. Eubacteria Archaebacteria Protister Protista Svampar Fungi Växter Plantae Djur Animalia Arkebakterier Kemoautotrofa - Får sin energi från lösta kemiska ämnen genom: Termofila - Många är värmeälskande Eukaryota Organismer med ordnad cellstruktur och cellkärna som innesluter arvsmassan.