Livets utveckling Livets utveckling Livets utveckling

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.