Kambrikauden meriä hallitsivat pöyristyttävän monimuotoiset selkärangattomat. Koreilijoiden seassa luikki meidän selkärankaisten esimuoto: vaatimaton "sillifile".


Koreilijoiden seassa luikki meidän selkärankaisten esimuoto: vaatimaton "sillifile".

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Sisältö jatkuu mainoksen alla


Kambrikauden matalat meret kihisivät elämää. Kauden alussa noin 540 miljoonaa vuotta sitten nimittäin käynnistyi "kambrin räjähdys" eli selkärangattomien eläinten ensimmäinen suuri monimuotoistuminen.

Meren pohjalla ryömi kuoriaan raahaten etanoiden ja simpukoiden isovanhempia. Siellä peuhasi monenmoisia niveljalkaisia eli nykyisten rapujen ja hyönteisten varhaisia sukulaisia nivelikkäine kitiinipanssareineen. Tuoreina tulokkaina koipiaan kokeilivat muun muassa siiramaiset trilobiitit, joista myöhemmin tuli pohjaeläinten valtaryhmä kymmeniksi miljooniksi vuosiksi.

Meressä oli uimareitakin, kuten meduusan kaltaisia polttiaiseläimiä sekä katkaravun kaukaisia sukulaisia.
Uiskentelipa siellä myös meidän selkärankaisten arkkivaari tai esiäiti: vaatimaton, kolmisenttisen sillifileen näkoinen Haikouichthys.


"Sillifileellä" kallo ja aivot

Jo pitkään on tiedetty että selkärankaisten suku ulottuu kauas 500 miljoonaan vuoden taakse. Sekä nykyeläinten geenien vertailu että muinaiseläinten fossiilit viittaavat siihen, että selkärankaiset erkanivat omaksi kehityslinjakseen jo kambrikauden alkaessa.

Erityisen vakuuttavaa näyttöä selkärankaisten ryhmän alusta esitettiin Nature-lehdessä vuonna 2003, kun tutkijat kuvailivat Kiinan varhaiskambrikautisesta Chengjiang-löytöpaikasta kaivetun upean HaikouIichthys-fossiilin.
Harvinaisen siististi kivettyneiden ruumiinosien perusteella ollaan aika varmoja siitä, että eläin kuuluu kallollisiin selkäjänteisiin. Nykyisin tätä ryhmää edustavat selkärankaiset eli kalat, sammakot, matelijat, linnut ja nisäkkäät, jälkimmäisten joukossa muun muassa me ihmiset.

Monet Haikouichthyksen piirteet paljastivat sen sukulaiseksemme. Sillä oli muihin aikalaisiinsa verrattuna edistyksellinen hermosto: alkeellinen selkäydin ja sen etupäässä aivojen kaltainen pullistuma. Pullistumaa ympäröi rustoinen kallo. Selkäydintä tukivat alkeelliset selkänikamat ja selkäjänne eli nestepaineen ryhdistämä tupellinen solukkosauva. Haikouichthyksellä oli silmät ja hajuaistin ja ehkä myös jonkinlainen korva.

Kallollisuus siis osoitti Haikouichthyksen selkärankaisten lähisukulaiseksi. Sen sijaan selkäjänne esiintyy ainakin jossain yksilönkehityksen vaiheessa selkärankaisten ohella sellaisilla otuksilla kuin meritähdet ja vaippaeläimet. Tätä joukkoa nimitetään paitsi selkäjänteisiksi myös jälkisuisiksi, sillä meitä yhdistää samanlainen yksilönkehitys, jonka seurauksena lopullinen suu kehittyy eri päähän kuin peräaukko. Selkäjänteisiä yhdistävät myös kaksikylkisymmetria, jaokkeellinen ruumiinrakenne ja ainakin sikiövaiheessa esiintyvät kiduskaaret.

Joskus selkäjänne muistuttaa meitä olemassaolostaan selkävaivoissa. Meillä selkärankaisilla selkäjänne korvautuu sikiönkehityksen aikana selkäytimellä ja -rangalla ja jää vain nikamien välilevyjen ainekseksi. Välilevyn pullistumassa selkäjänneperäinen aines tunkeutuu sitä ympäröivän tiukemman sidekudoksen läpi nikamavälistä.


Mutta leukoja ei vielä ollut

Aivan täysin Haikouichthys ei sentään vastannut varsinaisia selkärankaisia. Aistinelimet olivat vaatimattomammat, siltä puuttuivat leuat, ja parillisten, tukirangallisten evien sijasta sillä oli pariton, pehmeä selkä- ja pyrstöevä. Selkäjänteisten kriteerit se täytti hyvin. Sillä oli symmetriset vasen ja oikea kylki, jaokkeiset lihakset ja selvät kiduskaaret.

Kiduskaaret olivat yksi kiinalaisfossiilin kiinnostavimmista osista, sillä aiemmin tunnetuissa saman lajin kivettymissä niitä ei ollut säilynyt. Tämä löytö osoitti niiden kehittyneen jo kambrikauden alkupuolella. Ne toimivat syömävälineinä eläimillä, joilla ei vielä ollut leukoja. Kiduskaarten värekarvat ohjasivat vettä kaarien rakoihin, missä limakalvo keräsi vedestä ravinteita.


Kambrin lajit säilyivät pitkään

Haikouichthyksen löytöpaikan Chengjiangin fossiilit kerrostuivat suunnilleen 15 miljoonaa vuotta aikaisemmin kuin kuuluisa Burgess Shale Kanadassa. Jälkimmäinen sai mainetta muun muassa paleontologi Stephen Jay Gouldin suositun kirjan Ihmeellinen elämä (Art House 1991) ansiosta.

Aikaerosta huolimatta Chengjiangissa ja Burgess Shalessa on monia samoja niveljalkaisia ja nilviäisiä. Näyttää siltä, että monet kambrikauden lajit elivät pitkään. Ekosysteemit olivat vakaita, eivätkä lajit olleet kovin herkkiä kuolemaan sukupuuttoon.

Myös Burgess Shalesta on tunnistettu yksi selkäjänteinen: Pikaia, sekin sillifileen näköinen ja muutaman sentin mittainen uimari. Silläkin oli selkäydin ja selkäjänne sekä jaokkeinen lihaksisto.


Oudot selkärangattomat hallitsivat

Selkärankaisten yksitoikkoisen samankaltaiset prototyypit siis uiskentelivat kambrikauden vesissä samoihin aikoihin kun eriskummalliset selkärangattomat rehottivat suorastaan pöyristyttävän monimuotoisina.

Mikseivät selkärankaiset saaneet kummallisia ruumiinmuotoja ja uusia ekologisia rooleja? Ilmeisesti selkärangattomat vain olivat niin ylivoimaisia innovaattoreita. On hyvä muistaa, että vaikka selkärankaiset tuntuvat nykyisin "hallitsevan" suuren kokonsa ja aktiivisuutensa takia, selkärangattomat niveljalkaiset ovat yhä lajirikkain ryhmä. Selkärankaisia on kaikista eläinlajeista vain viisi prosenttia.

Kambrin alun meressä komeiltiin muodoilla muttei koolla. Sekä Burgess Shalen että Chengjiangin selkärangattomat olivat enimmäkseen pienikokoisia, muutaman senttimetrin mittaisia. Joitakin poikkeuksia sentään oli. Niveljalkaisiin kuulunut jättiläispeto Anomalocaris kasvoi jopa 60-senttiseksi.

Toisaalta suurimmalla osalla kambrikauden menestyjistä oli suojanaan kuori. Selkäjänteisillä oli alkeellinen sisäinen tukiranka, mutta ulkopuolelta ne olivat haavoittuvan pehmeitä. Uimareinakin ne olivat vielä kömpelöitä: siis helppoja saaliita. Vasta evien kovettumisen ja sivuevien kehittymisen myötä esimuodoistamme tuli ketteriä, kalamaisia polskijoita.


Massasukupuutto sekoitti pakan

Selkärankaiset alkoivat monimuotoistua vasta siluurikaudella kymmeniä miljoonia vuosia myöhemmin. Tilaa tuli, koska siluurikautta edeltänyt ordoviikkikausi päättyi maapallon toiseksi tuhoisampaan massasukupuuttoon, jossa satoja selkärangattomien heimoja kuoli kokonaan sukupuuttoon.

Kausien vaihteessa maapallon ilmasto muuttui lämpimämmäksi ja merissä tapahtui suuria muutoksia. Aiempien laajojen jäätiköiden sulaminen kohotti vedenpintaa. Syntyi paljon matalia laguuneja. Siluurikaudella meriin ilmestyivät myös ensimmäiset koralliriutat.

Sukupuuttojen ohella selkärankaisten tietä tasoitti se, että merenpinnan nousu ja koralliriutat loivat aivan uudenlaisia ympäristöjä. Lisäksi tietyt mutaatiot selkärankaisten perimässä mahdollistivat uudenlaisen kehityksen. Nykyeläinten geenivertailujen perusteella arvioidaan, että yksilönkehitykseen vaikuttava geeniperhe nimeltä Dlx kahdentui noihin aikoihin. Tämä monipuolisti hermostoa ja sai rustoisen tukirangan kehittymään luustoksi. Selkärankaisista tuli siluurikauden merien vikkeliä ja rotevia petoeläimiä.


Kalat saivat pedon leuat

Siluurikauden selkärankaisista teki varteenotettavia petoja myös se, että kaloille kehittyi tuolloin ensi kertaa puruleuat. Lisäksi kalat saivat jäykät sivuevät, joilla on hyvä ohjailla uintia.

Kalojen leuat kehittyivät suun lähellä olevasta kiduskaariparista, jota edempänä olleet kaaret hävisivät kokonaan. Leukojen taakse jääneiden viiden kiduskaaren tehtävät muuttuivat: niistä tuli pelkästään hengityselimiä.
Myöhempien, maalle siirtyvien selkärankaisten kiduskaarista kehittyi kurkun ja pään rakenteita.


Vanhoilla geeneillä uudenlaisia eläimiä

Selkärankaisten evoluutiossa muuntuivat siis hurjasti niin liikkumisvälineet, tukiranka kuin syömis- ja hengittämiselimetkin. Uusia rakenteita varten ei kuitenkaan välttämättä tarvittu uusia geenejä. Näin vihjaavat viimeaikaiset tutkimukset genomin muutosten vaikutuksesta ruumiinrakenteeseen.

Yksi esimerkki on Naturessa julkaistu tutkimus, jonka mukaan selkärankaisten kaikenlaisten evien kasvua ohjaavat aivan samat geenit, vaikka itse evät syntyisivät täysin eri soluryhmistä. Sama geeni vain käynnistyy eri kaloissa eri paikoissa. Esimerkiksi hain rintaeviä tuottavat geenit ohjaavat myös sen selkä- ja vatsaevien sekä nahkiaisen selkäevän kehitystä.

Parittomat selkä- ja vatsaevät ovat evoluution muinaisia keksintöjä, rintaevät tuoreempia. Ilmeisesti rintaevät saivat alkunsa, kun jo olemassa olevan eväkasvun geenit aktivoituivat uudessa paikassa. Näin evoluutio voi pikku säädöillä tuottaa nopeasti mutta vanhoin keinoin aivan uusiakin ruumiinrakenteita.


Suvi Viranta-Kovanen on paleontologi.

Sisältö jatkuu mainoksen alla