Biotické krize a globální ekosystémy v historii Země - část III.
Kambrium
Rostislav Brzobohatý
Hen-výběrovka 09
>
O O
Ďas -Mln.& tot (Ma) f eon
T
era
fan
R    O   Z    O    I    K    U M
PALEOZOIKUM
perioda  kambrium ordovik
silur
devon karbon
desková tektonika (orogeneze) kaledonská
perm
MESOZOIKUM
trias
jura
křída
KENOZOIKUM
paleogén| neogér
desková tektonika - alpinská orogeneze
"Strangelove ^ ocean"(anoxie)^-cg
03
o> J o sinice, řasy
s S -• (Pudy)
t t
t t
3
3
<
V!
-i
<
■1 S
< 3
-s
T
3
S
öd
TT
n'
Vztah masových vymírání (tučné šipky) a drobnějších decimací globální diverzity
Pliensbachian Norian IV.
U. Permian |||. Stephanian
LSerpukhovian Frasnian II.
U. Sílurian Ashgillian I. M. Caradocian
U. Arenigían
Trempealeauan l. Dresbachian
U. Botomian
Pliocene M. Miocene
U. Eocene Maastrichtian v. Cenomanian Aptian
Tithonian
r*
O
u
-C
03
xgi
O
18-
16-14-12-10 8
6-4-
2-
_
-40
\ Oxid uhličitý
-30
Oxs 02 dnes
C02 dnes
kyslík
x
1
11*1 \ t \J
-20
-10
Camb.
Ord.
Ma
500
Dev
Carb 300
Pe.	Tri.	Jur.	Cret.
Cen.
0
100
O)
>u o
c* >
O
08
-Q
O
Kolísání obsahu 02 a C02 v atmosféře během fanerozoika (poslední půl miliardy let a vztah k současnému stavu)
Fanerozoikum: intenzita vulkanizmu a kolísání
- teplot,
- mořské hladiny,
- 02 a C02
o -5 -10
Solarstrahlung
co2
0.720
%
0.36
0.036
kontinentaler Vulkanismus
warm
Mio. J. 600
500
400
suto marí
riismus
Lni
nfiittlere globalle ! Temperatur!
300
?00
100 !
Hromadné vymírání I.
II.
III. IV.
V.
3 faunistické skupiny ve fanerozoiku podle Sepkoskiho a jejich vrcholy:
1. - kambrická (modrá), 2. - paleozoická (červená) a 3. - moderní (zelená)
\
(a) Cambrian fauna (b) Paleozoic fauna (c) Modern fauna
Brachiopods
Trilobites
Eocrinoids
Sea
stars ^jCephalopods Anthozoans />Crinoids
"-.->:-----,
Birds
Tnšécts/í Gaštřopods
600
543 490
443   417    354     290    248 206 Millions of vears ago (mya)
miliony let
144
65 /1.8 Quaternary
OJ CD
Diverzita (rozrůzněnost) mořských živočichu v historii Země a episody masového vymírání I. - V.
4000 -
3000 -
02
i—
C
03 CTI
a
E
3
2000 -
1000 -
0
°3
-O O
Ordovician
Late Devonian
III. IV.
Late Cretaceous
Late Triassic Late Permian
ORD
DEV
CARB
TR
JUR
CRET
TERT
500
400
300
200
100
0
Geologic time in millions of years 'i'-.._L
FIGURE 10-84 Diversity of marine animals compiled from a database recording first and last occurrences of more than 34,000 genera. The graph depicts five major episodes of mass extinction (global extinctions over a short span of geologic time).    (Adapted from Sepkoski, J. J., Jr. 1994. Geotimes 39(3):1S-17.)
KAMBRIUM (542 - 488 Ma)
Kambrium - rozpad Rodinie, nejvetsi kontinent Gondwana
Late Cambrian   514 Ma
m,y. 500
51G
a
rr O
520 -530 -54C -550 -I SGC 57C -5SC -590 -600 -
CĹ
<
o o
N
O Dtľ UJ
n
UJ
.2 c
Q
Pozice faun a lokalit okolo
hranice proterozoikum/fanerozoikum
Burgess Shale fauna
Chengjiang fauna
Youngest Edlacaran fossil, 533 m.y. old
shelly fauna
Ediacaran fauna
□
□
Život v kambriu
• Báze kambria je většinou geologicky lehce zjistitelná podle nástupu pevných částí fosílií (schránky, kostřičky). Biomineralizace -skeletonizace, její príčiny (viz dále).
• Mluvíme o „kambrické explozi" (ano nebo ne - srv. např. Tanganika, sarmat)
• V kambriu nastupují všechny kmeny s tvrdými elementy (? s výjimkou mechovek) a i četné bez pevných částí (problém zjištění?).
Evoluční výhoda schránek a koster:
1. Podpírají svaly, etc.
2. Ochrana vůči prostředí, predátorům
3. Pomoc (opora) při pohybu
Možné vysvětlení nástupu skeletonizace:
- Vysoký obsah solí ve vodách + obrana = detoxikace
- Zvyšující se obsah kyslíku v prostředí a možnost jeho využití pro energeticky náročnou biochemii (srovnání: v dnešních prostředích s nízkym obsahem
kyslíku žijí jen malé měkotělé organizmy). Stavba těla (12 - buněk)
Okolo hranice Prz/Cm se objevuje tzv. „tomotská fauna":
- drobné (1-5 mm) fosfatické schránky, většinou neznámého systematického zařazení a příbuznosti.
- tvar: většinou trubičky, ostny, kuželovité nebo destičkovité fosílie
- zástupci tomotské fauny mizí během kambria.
FIGURE 10-13    Late Precambrian and Early Cambrian shell-bearing fossils frqm Siberia. (A)
Anabarella, X20, a gastropod; (B) Camenella, X18, affinity uncertain; (C) Aldanella, X20, a gastropod; (D) sponge spicule, X30; (E) Fomitchella, X45, affinity uncertain; and (F) Lapworthella, X20.   (After Mattheit, S.J.
and Missarzhevsky, V. V.J. 1975. Geol. Soc. London 131:289-304.)
Anabariíes sp., proterozoikum/kambrium, Sibiř, v hornině a rekonstrukce
bezopornati ramenonozci
Erdgeschichtliche Zeiten
Kambrickä (1. fauna)
Diverzita rodu mnohobunecnych v kambriu (Sepkoski 1992)
Geologic Time
Archeocyáti (příbuzní živočišných hub) - stavitelé spodnokambrických útesů
Parieties
FIGURE 10-
Longitudinally cm in height. (B archaeocyathan vesicular inner v
The archaeocyathan skeleton. (A)
uted cup of an archaeocyathan, about 6 Transverse section of a nonfluted
a!^^^T^ Řez biohermou archeocyátů s mezerní hmotou kalcimikrobů,
spodní kambrium, lemdadské souvrství, Vys. Atlas, Maroko
Stavba schránky archeocyátů je podobná poriferám nebo láčkovcům (korálům)
Hyolitha, mořští, dnes k měkkýšům, rozvoj v kambriu, vymírají ve stř. permu
Hyolithes sp., kambrium, Utah
_i_:__i
Fosílie, burgesské břidlice, stř. Cm Britská Kolumbie, Kanada
Odontogriphus omalus, kmenová skupina pro měkkýše nebo pro všechna lofotrochozoa(?)
•Brachiopoda:
•Dvouchlopňová schránka, fíltrátoři
•Dominantní skupina v kambriu jsou "inartiklllátní" (bezoporní): < infauní formy se schránkami z fosforečnanu vápenatého\ epifauní formy s Ca C03 schránkami)
•Nastupují i artikulátní brachiopodi (se zámkem, epifauní, kalcitové schránky)
Bohemiella romingeri, Skryje, střední kambrium, barrandien.
Lingulella ampla, svrchní kambrium, Colfax, Wisconsin, USA
Trilobita
Sao hirsuta, střední kambrium, Skryje
Conocoryphe sulzeri, střední kambrium, Jince, barrandien
Olenellus fowleri. Spodní kambrium, Lincoln County, Nevada
Ptychoparia striata střední kambrium Jince, barrandien
•Echinodermata (ostnokožci):
•Druhoústí s 5-ti četnou symerií, vápnitými schránkami, specielní rozvod vody (ambulakrální soustava)
•Většina kambrických ostnokožců měla stonek (přisedlí)
Gogia sp., stř. kambrium, House Range,Utah.
Eocrinoidea (kambrium-silur) patří k časným zástupcům ostnokožců.
Živočichové burgesských břidlic (rekonstr.)
Class Tri loh i La
A m c h noru ur p ha Cnistaceomorpha Atcloccrsla Prctarthropoda
Common Ancestor
Úsvit arthropodů - kladogram, vztahy
Živočichové burgesských břidlic
Neznámá příbuznost
Nectocaris
Dinomischus
Živočichové burgesských břidlic
Kroužkovci
Drápkovei (dnes
suchozemské tropy)
Strunatci (Chordata, Acrania)
Aysheaia
Plkala gracilens
Rekonstrukce života během sedimentace burgesských břidlic (střední kambrium, Britská Kolumbie)
Dinomischus Opabinia
Three vetulicoliaiis. Front to back: Vetulicola, Xidazoon, Didazoon
OUR FAMILY AND OTHER ANIMALS
All vertebrates, including humans, are members of the deuterostome supergroup. Fossils found at Chengjiang in China are starting to reveal what our most ancient ancestors looked like
Možný kladogram úsvitu strunatcu
Nej starší doložená akrania
foto z burgesských břidlic
Pikaia gracilens, Burgess Pas, Kanada, stř. Cm
rekonstrukc
foto
rekonstrukce
f c] A Su^isliitt]. Gt-úSúietieŕRC
Cathaymyrus diadectus, sp. Cm, Junan, Cína
Vertebrata
nastupují rovněž už ve sp. Cm.
Myllokunmingia jeví podobnosti s recentními sliznatkami
Haikouichthys pak spolu s eukonodonty je řazena na počátek nástupu bezčelistnatců (Agnatha)
Myllokunmingia fengjiana, Haikou, Cína, sp. Cm
rekonstrukce
Haikouichthys ercaicuensis, Haikou, Cína, sp. Cm
Průběh života v kambriu
Kambrický ekosystém
Substrate1 Locomotion
I
Floatera/ Swmmera
Cambrian Fauna
Filtered particles
Dirt/Mlud
Plants Meat
- Food
Trilobitfis
rnomalocarids
Mobile
Fixed low
Sedi ment aurface
duuellera     Fixed high
Reclined
Brachiopods
Crinoids
.Archaeocyathids and sponges
Trilobites rrchaic molluscs
archaic molluscs
Exotic arthropods
Shallow
Deep
Brachiopods	Trilob ites Vtorms
	
'i.ii.tirms
Dominant animals: Trilobites, Worms, Inarticulate brachiopods Dominant life modes:
SI ow, surfac e- d we I li n g detritu s fee d in g Few filter feeders, herbivores or carnivores Few burrowers or swimmers
Local Diversity:
~ 7 species in stressed zones ~13 species in near shore regions -20 species in open marine
Kambrium - souhrn
Explosívní vývoj (Gould: nestálost genetických kontrolních mechanismů + volné niky, poté upevnění genetické paměti - variace na dané téma)
Fosfogenní událost, vzrůst 02, biomineralizace, skeletonizace
Nový ekosystém moří: vznik úplné potravní pyramidy (diverz. fytoplankton + radiace zooplanktonu = rozvoj heterotrofie a velkých konzumentů
Specializace způsobů života:
potrava: dravci, filtrátoři, spásající organizmy, detritofágové etc. pohyb: planktón, bentos (sesilní, vagilní), nekton (nedokonalý)
Systematika: převládají skupiny, jejichž rozkvět je vázán na kambrium, a které poté výrazně ustupují a hrají již malou roli =1. kambrická fa um V závěru kambria je 1. fauna ve vlnách redukována
Vymírání:
Ve svrchním kambriu - nejméně 2 vlny redukce fauny Mizí:
- tomotská fauna, řada čeledí trilobitů a loděnkovitých, -již dříve archeocyáti,
- ovlivněny jsou však všechny skupiny především 1. fauny
Redukce fauny je spojena s
- transgresí a následující regresí (stres v šelfových prostředích)
- vyšší tvorba černých břidlic (anoxie u dna)
- delta C13 poklesl = odraz poklesu produktivity fytoplanktonu
O krizi koncem kambria víme poměrně málo.
Použité prameny:
Benton, M.J., 1997: Vertebrate Palaeontology. - Chapman & Hall, pp.452. London.
Courtillot, V. , 1999: Evolutionary Catastrophes, The Science of Mass Extinction. - Cambridge University Presss, pp.173, Cambridge (UK). Gould J.S. (ed.), 1998: Dějiny planety Země. - Knižní klub, Columbus, pp. 256, Praha.
Hallam, A., Wignall, P.B., 1997: Mass Exctinctions and their Aftermath. - Oxford Univ. Press, pp. 320. Oxford. Kalvoda, J., Babek, O., Brzobohatý, R., 1998: Historická geologie. - UP Olomouc, pp. 199. Olomouc. Lovelock, J., 1994: Gaia, živoucí planeta. - MF, MŽP ČR, Kolumbus 129, pp. 221. Praha. Margulisová, L., 2004: Symbiotická planeta, nový pohled na evoluci. - Academia, pp. 150. Praha. Paturi, F. X., 1995: Kronika Země. - Fortuna Print, pp. 576. Praha.
Pálfy, J., 2005: Katastrophen der Erdgeschichte - globales Aussterben ? - Schweizerbart. Ver. (Nägele u. Obermiller), pp. 245, Stuttgart. Pokorný, V. a kol., 1992: Všeobecná paleontologie. - UK Praha, pp. 296. Praha. Raup, D.M., 1995: O zániku druhů. - Nakl. LN, pp. 187. Praha.
Internet - různé databáze (především obrazová dokumentace)