Cambrian Explosion. Hadean Archean Neoproterozoic Phanerozoic. - Erdgeschichte

Transkript

1 Cambrian Explosion Hadean Archean Neoproterozoic Phanerozoic - Erdgeschichte

2 Programm 1. Hadean World Origin (22.04.; JR) 2. Archaean World (29.04.; JR) 3. Great Oxidation Event Proterozoic world (06.05.; JR) 4. Cryogenian Snowball Earth (13.05.; J.-P. Duda) 5. Garden of Ediacara (20.05.; J.-P. Duda) 6. Precambrian life highlights (27.05.; JR) (by Peter Trusler) 7. Cambrian Explosion (03.06.; J.-P. Duda) 8. Paleozoic Extinction Events (10.06.; J.-P. Duda) 9. Major evolutionary steps & terrestial env. (17.06.; J.-P. Duda) 10. Triassic/Jurassic Event, Mesozoic Greenhouse (24.06.; J.-P. Duda) 11. K/T boundary & Tertiary and Quaternary events (01.07.; A. Gehler) 12. Humans (08.07.; J.-P. Duda) 13. Klausur (15.07.)

3 Rekapitulation (Cohen et al., 2013, updated)

4 Ediacarium ( Ma) (Knoll et al., 2004) (

5 Ediacarium ( Ma) Terminales Ediacarium Gaskiers Vereisung Frühes Ediacarium Marinoan Vereisung (Narbonne et al., 2012)

6 Evolutionäre Schlüsselentwicklungen Einsetzen von Biomineralisation (Cloudina, etc.) Etablierung und Diversifizierung makroskopischer komplexer Lebensformen ( Ediacara Biota ) (Knoll et al., 2004)

7 Ediacara Biota - Makroskopische Organismen mit komplexem Bauplan - Quilted pneu-bauplan, d.h. ähnlich einer Luftmatratze (Peter Trusler) - Weltweites Auftreten nach Gaskiers-Vereisung (ca. 582 Ma) - Systematische Zuordnung unklar, z.t. aber wohl Metazoen - Alternativ: Schwesterngruppe der Metazoen (Vendobionta)? (Buss & Seilacher) - Eng assoziiert mit mikrobiellen Matten - Horizontale Spuren (Bilateria?) (Duda et al., 2015)

8 Evolutionäre Schlüsselentwicklungen Einsetzen von Biomineralisation (Cloudina, etc.) Etablierung und Diversifizierung makroskopischer komplexer Lebensformen ( Ediacara Biota ) (Knoll et al., 2004)

9 Cloudina 5 mm (SEM: Cloudinen aus Südchina; Zhu et al., 2006) Cloudina Erste verkalkte Wurmröhre (Pogonophora) oder Cnidaria?

10 Ediacarium ( Ma) (Narbonne et al., 2012) => Schnittstelle zwischen präkambrischer und phanerozoischer Biosphäre

11 Precambrian Phan Phanerozoikum ~ 541 Ma ~ 4.6 Ga

12 Kambrium ( Ma) - Kambrium (lat. Cambria, Wales ) durch Adam Sedgwick eingeführt - Älteste Periode des (Peng et al., 2012) - Phanerozoikums (Zeitalter des sichtbaren Lebens) - Paläozoikums (Erdaltertum)

13 Kambrium ( Ma) (Peng et al., 2012) Global Stratotype Section and Point (GSSP) (Fortune Head; SE Newfoundland, Canada)

14 Kambrium ( Ma) Phycodes pedum Basis des Kambriums: Erstauftreten des Spurenfossils Trichophycus pedum (Peng et al., 2012)

15 Paläogeographie (ca. 514 Ma) Öffnung des Iapetus Ozeans; Gondwana umfasst die heutigen Südkontinente

16 Kambrische Treibhaus-Welt Keine glazialen Sedimente, aber im Unterkambrium mächtige Evaporit-Serien

17 Meeresspiegel Spätes Kambrium (ca. 500 Ma) [ ] Frühes Kambrium (ca. 540 Ma) Generell Meeresspiegelanstieg viele Lebensräume auf Schelfen (Peng et al., 2012;

18 Klima & Meeresspiegel im Kambrium (Oschmann et al., 2000) Treibhaus und hoher Meeresspiegel

19 Kambrische Atmosphäre (Och & Shields-Zhou, 2012) O 2 ungefähr wie heute (Present Atmospheric Level), CO 2 aber bis zu 18 x höher

20 Die Kambrische Explosion Nahezu gleichzeitiges Erstauftreten aller modernen Tierstämme (ca Ma)

21 Entwicklungen vor der Explosion (Marshall, 2006)

22 Erschließung neuer Habitate (Elicki, 2006) (Peng et al., 2012) Phycodes pedum

23 Die Agronomische Revolution (Seilacher, 2007) Signifikante Veränderungen der Lebensweisen und Habitate vor der kambrischen Explosion

24 Entwicklungen vor der Explosion (Marshall, 2006)

25 Small Shelly Fossil (SSFs) - SSFs vorwiegend aus phosphatischen Hartteilen - Häufig nur einzelne Skelettelemente erhalten - Systematische Zugehörigkeit häufig unklar, z.t. jedoch Metazoen - Hohe Diversität und hoher Organisationsgrad noch vor der eigentlichen Explosion (Stanley, 2001; Schwämme! Mollusken?

26 Conodonten Zahnartige, aus Calciumphosphat aufgebaute Mikrofossilien von Chordaten

27 Die Kambrische Explosion (Elicki, 2003 ) (Babcock et al., 2001 ) Rapide Diversifikation mineralisierender und nicht-mineralisierend Metazoen

28 Archaeocyathiden (Elicki, 2003 ) Werden den Schwämmen zugeordnet

29 Kambrium Ordov. Archaeocyathiden (Zhuravlev, 1996) Archaeocyathiden im unteren Kambrium von Bedeutung, sterben noch im Kambrium aus

30 Kambrische Riffe Epiphyton Calcimicrobes Archaeocyatha 1 cm (Elicki, 2003 ) Archaeocyathiden bilden mit Mikroben erste echte Riffe

31 Archaeocyathiden in Deutschland (Herbig et al, 2013 ) Selten, aber z.b. in der Region Leipzig (Sachsen) & Frankenwald (Bayern)

32 Archaeocyathiden - Mikroben Riffe (Wood, 1999) Ökosysteme mit extrem hoher Diversität

33 Die Kambrische Explosion (Elicki, 2003 ) (Babcock et al., 2001 ) Rapide Diversifikation mineralisierender und nicht-mineralisierend Metazoen

34 Trilobiten (Arthropoda) Agnostida Paradoxides Stellen einen charakteristischen Bestandteil der Paläozoischen Fauna dar

35 Experimentierphase Lepidocystis wanneri Stromatocystites sp. Helicoplacus curtisi Gogio spiralis Stanley, 2001 (Stanley, 2001) in der Entwicklung von Metazoen-Bauplänen

36 Kambrische Fossil Lagerstätten (Babcock et al., 2001 )

37 Verbreitung Burgess Shale-Typ Lagerstätten Burgess shale Chengjiang (Conway Morris, 1989)

38 Geologischer Rahmen Chengjiang Ca. 520 Ma, Yunnan, Südchina (Babcock et al., 2001 )

39 Chengjiang - Taphonomie (Babcock et al., 2001 ) Tiden-beeinflusste flache tropische Schelfmeere, Erhaltung durch zeitweise hohe Salinität

40 Chengjiang - Aufschluss

41 Chengjiang Fossilien Hexactinellider Schwamm Demospongider Schwamm (Choia sp.) Ctenophore-Kammqualle (Maotianoascus sp.) Cnidaria (Xianguangia sp.)

42 Chengjiang Fossilien Kiemenbeine Augen 1mm Crustacea (Fuxianhuia) Crustacea (Jianfenga)

43 Chengjiang Fossilien Crustaceen (Anomalocaris)

44 Chengjiang Fossilien 1mm 1mm Brachiopode (Longtancunella sp.) Priapulider Wurm (Maotianshania sp.)

45 Chengjiang Fossilien Setae Letzte Mahlzeit Brachiopode (Heliomedusa orienta) Länge d. Fossils ca. 1.7 cm Wurm (Maotianshania cylindrica) Länge d. Fossils ca. 1.4 cm (Babcock et al., 2001 )

46 Chengjiang Fossilien Kiemen? 1mm Yunnanozoon möglicherweise Chordata ( Vorläufer von Wirbeltieren!)

47 Verbreitung Burgess Shale-Typ Lagerstätten Burgess shale Chengjiang (Conway Morris, 1989)

48 Kambrische Fossil Lagerstätten (Babcock et al., 2001 )

49 Geologischer Rahmen Burgess Shale 1909 entdeckt durch Charles D. Walcott (GoogleEarth, 2015) Ca. 506 Ma, Rocky Mountains (British Columbia, Canada)

50 Burgess Shale - Taphonomie (Babcock et al., 2001 ) Ablagerung von Organismen in anoxischem Wasser und Sedimenten (debris flows)

51 Burgess Shale - Aufschluss

52 Burgess Shale Fossilien (Conway Morris, 1989) (Maßstab 5 mm) (Caron et al., 2013) Hallucigenia sparsa eine wurmartige Metazoe mit Stacheln und Beinen

53 Burgess Shale Fossilien Alle Maßstäbe = 5 mm Pikaia gehört zu den Chordata und ist damit ein Vorläufer der Wirbeltiere! (Conway Morris & Caron 2012)

54 Vertretene Metazoen Phyla (Babcock et al., 2001 ) Nur 3-20% der kambrischen Biota weist Hardteile auf - Unterstreicht Ausmaß der kambrischen Explosion!

55 Es bleibt das Warum Charles Darwin ( ) (Wood, 1999)

56 Diskutierte Gründe - Environmental triggers, z.b. - Hoher Meeresspiegel (Schelfgebiete als Habitate) - Treibhaus-Klima - Meerwasser-Chemismus - Sauerstoff - Ecological triggers, z.b. - Aussterben der Ediacara biota - Ecosystem engineering - Trophische Eskalation und/oder Bioturbation (Wood, 1999) - Genetische und evolutionäre Innovationen (molekulare Uhren)

57 Environmental triggers? Frühes Kambrium (ca. 540 Ma) Spätes Kambrium (ca. 500 Ma) Entstehung vieler Habitate und Nischen passt zu extrem hohem Faunen-Provinzialismus

58 Environmental triggers? (2015) (2011) (2015) (Och & Shields-Zhou, 2012) Atmosphärische O 2 -Gehalte ungefähr wie heute Oxygenierung / Meerwasserchemismus?

59 Ecological triggers? (Seilacher, 2007) Trophische Eskalation und/oder Bioturbation

60 Entwicklungsgene für Körperbau Frühe Divergenz Späte Divergenz (Zhang et al., 2013) Entwicklung von entscheidenden Genen vor oder während der kambrischen Explosion?

61 Multikausalität (Wolfgang Oschmann) Gegenseitige Beeinflussung von Prozessen der Geo- und Biosphäre (Geobiologie!)

62 das Abenteuer ist noch nicht vorbei!