Livets utvecklingLivets utveckling
Historisk geologi och paleontologi Historisk geologi och paleontologi (HiPa)(HiPa)
Lars HolmerLars [email protected]@pal.uu.se
Livets utveckling Livets utveckling -- målmål Principer + den Principer + den prekambriskaprekambriska –– paleozoiskapaleozoiska
utvecklingen + utvecklingen + mesozoiskamesozoiska nyckelhändelser nyckelhändelser + + everteeverte (ryggradslösa djur) (ryggradslösa djur) -- FÄLTKURSERFÄLTKURSER
Bakterier
Protister
Djur
Svampar
VäxterFÄLTKURS
IntroduktionIntroduktion PaleontologiPaleontologi
“läran om gammalt liv”“läran om gammalt liv” Geologi & biologiGeologi & biologi livets 4.6 Ga utvecklinglivets 4.6 Ga utvecklinggg
Historisk geologiHistorisk geologi Studiet av de sedimentära Studiet av de sedimentära
bergarternas ”tidsarkiv”bergarternas ”tidsarkiv” Jordens historia och Jordens historia och
utvecklingutveckling
BiosfärenBiosfären -- Den Den levandelevande jordenjorden
“Jordens system kan liknas vid en “Jordens system kan liknas vid en levande organism”levande organism”
atmosfär
BIOSFÄR
litosfär hydrosfär
James Lovelock James Lovelock –– NASANASASkapade AstrobiologiSkapade Astrobiologi
Livets “fem” Livets “fem” riken riken
1. “Prokaryoter”1. “Prokaryoter” bakterierbakterier
2. “Protister”2. “Protister” 2. Protister2. Protister 3. Svampar 3. Svampar 4. Växter4. Växter 5. Djur5. Djur
Lynn Lynn MargulisMargulis
Gaia & EvolutionGaia & Evolution
Evolution Evolution process genom vilken process genom vilken
livet har förändrats & livet har förändrats & utvecklats under jordensutvecklats under jordensutvecklats under jordens utvecklats under jordens historiahistoria
GaiaGaia--modellen är modellen är evolutionär!evolutionär!
GAIA GAIA –– biosfärens utvecklingbiosfärens utveckling
Bakterier
Protister
Djur
Svampar
Växter
Varför ser biosfären ut som den gör?Varför ser biosfären ut som den gör?
Livets utveckling Livets utveckling -- målmål Liv och miljöer på BALTICA Liv och miljöer på BALTICA –– kambriumkambrium--
devondevon
Jordens dynamiska systemJordens dynamiska system
Hur fungerar jorden nu?Hur fungerar jorden nu?Hur fungerade jorden tidigare?Hur fungerade jorden tidigare?
Aktualism Aktualism -- UniformismUniformism
James Hutton (1726James Hutton (1726--1797)1797) ” ” Jordens utveckling Jordens utveckling
k t l t dk t l t dkan uteslutande kan uteslutande förklaras med hjälp av förklaras med hjälp av nutida observerbara nutida observerbara processer. processer. ””
“The present is the “The present is the key to the past”key to the past”
UniformismUniformism
Charles Lyell Charles Lyell (1797(1797--1875)1875) ”Principles of”Principles ofPrinciples of Principles of
Geology”Geology” Små förändringar + Små förändringar +
gott om tid = stora gott om tid = stora förändringarförändringar
Principles of Geology 1830Principles of Geology 1830--3333
•• Jorden är gammalJorden är gammal•• Jorden har ändratJorden har ändratJorden har ändrat Jorden har ändrat
form långsamt form långsamt ––erosionerosion
•• Fossil som geologiska Fossil som geologiska klockorklockor
”Remember that your verdict will probably have ”Remember that your verdict will probably have more influence than my book in deciding whether more influence than my book in deciding whether
[my] views ... will be admitted or rejected”[my] views ... will be admitted or rejected”
Charles Darwin i brev till Lyell i september 1859Charles Darwin i brev till Lyell i september 1859
KatastrofismKatastrofism
katastrofer leder till katastrofer leder till faunafauna-- och floraoch flora--förändringarförändringarförändringarförändringar
Baron Georges Cuvier Baron Georges Cuvier 17691769--18321832
Georges Cuvier (1812)K/T gränsen i Parisbäckenet
Katastrof!
IdagIdag De geologiska processerna De geologiska processerna
varierar över tidenvarierar över tiden meteoritnedslagmeteoritnedslag VulkanutbrottVulkanutbrott VulkanutbrottVulkanutbrott
””The Key to the Past is in The Key to the Past is in the Presentthe Present” ” sanning med modifikationsanning med modifikation
Hur gammal är “Gaia” Hur gammal är “Gaia” --Geologisk tidGeologisk tid
När När bildades jorden?bildades jorden? uppstod liv?uppstod liv? uppstod liv på landuppstod liv på land
Hur snabbt Hur snabbt sker evolution?sker evolution? förändras klimatet?förändras klimatet?
Late JurassicVolgian (150 Ma)
Hur snabbt Hur snabbt förändras klimatet?förändras klimatet?
Extremt Växthusklimat!!!!!
Geologisk tidGeologisk tid
Ma = Mega Ma = Mega annum = annum = miljoner årmiljoner år
Absolut dateringAbsolut datering Relativ dateringRelativ datering
miljoner årmiljoner år Ga = Giga Ga = Giga
annum = annum = miljarder årmiljarder år
Stratigrafi/BiostratigrafiStratigrafi/Biostratigrafi
Absolut dateringAbsolut datering
Evolutionsläran, Evolutionsläran, Darwin 1859 Darwin 1859 -- jorden jorden måste vara mycket måste vara mycket
llgammal gammal
Jorden är 4.65 Ga (miljarder år)
G i ä d kt äGaia är produkten av mer än 4000,000,000 år av utveckling
Relativ datering Relativ datering ---- syftar till att ta syftar till att ta reda på i vilken ordning som reda på i vilken ordning som Geologiska förlopp ägde rum.Geologiska förlopp ägde rum.
Geologisk tidsskalaGeologisk tidsskala
EonerEoner arkeikumarkeikum arkeikum, arkeikum,
proterozoikum, proterozoikum, fanerozoikumfanerozoikum
Geologisk Geologisk tidsskalatidsskala•• PerioderPerioder
–– Trias, Jura, KritaTrias, Jura, Krita
•• ErorErorErorEror–– paleozoikum, paleozoikum,
mesozoikum, mesozoikum, kenozoikumkenozoikum
Relativ dateringRelativ datering
ByggerBygger påpå enklaenklaprinciperprinciper förstförstuppställdauppställda avav NicolausNicolausSt 1669 (St 1669 (d kd k iiSteno 1669 (Steno 1669 (danskdansk iiFlorensFlorens))
Relativ datering Relativ datering -- fossilfossil
Fossil från äldre lager Fossil från äldre lager skiljer sig från yngreskiljer sig från yngre
Arter dör ut, nya Arter dör ut, nya uppträder uppträder
EEvolution! volution!
LedfossilLedfossil
Stor & snabb Stor & snabb spridning spridning
Vanlig Vanlig Stor bevaringsStor bevarings--
potential potential Snabb evolutionSnabb evolution
Foraminiferer Miocene, Bayern Tyskland
StratigrafiStratigrafi
Bergarter i tid och Bergarter i tid och rumrum BiostratigrafiBiostratigrafi
BiozonBiozon
LitostratigrafiLitostratigrafi Bergarter delas in med Bergarter delas in med
avseende på sina avseende på sina fysikaliska och kemiska fysikaliska och kemiska egenskaperegenskaper
Frizy
JeltiakyTolstenky bed
Transgressive surface
Glauc
Limes
HST
TST
LitostratigrafiLitostratigrafi
Dikary
Butina bedSequence boundary
onite
stone
LST
HST
Billingen and Volkhov of the Tosna River Valley
Biostratigrafi Biostratigrafi
Fossila zoner baseras Fossila zoner baseras ofta på första ofta på första uppträdandet av en uppträdandet av en
ttart art Avsaknad av en zon Avsaknad av en zon
indikerar en ickeindikerar en icke--konformitetkonformitet
biozon / litostratigrafi / biozon / litostratigrafi / korrelationkorrelation
LitostratigrafiLitostratigrafi
Kontinuerligt avsatta Kontinuerligt avsatta later är konforma later är konforma
Vanligen saknas stora Vanligen saknas stora delar av sedimentära delar av sedimentära lager lager --inkonformiteterinkonformiteter
ej avsatta eller ej avsatta eller bortförda av erosion bortförda av erosion
GSSP - Fågelsång
GSSP - Diabasbrottet
Inkonformiteter Inkonformiteter -- hiatushiatus
VinkelinkonformitetVinkelinkonformitet diskonformitetdiskonformitet
parakonformitetparakonformitet
Litostratigrafi Litostratigrafi --”Marker bed””Marker bed”
Stora bentonitlagret
WSU, Pullman, Söndag 18 maj 1980, kl. 12:00 Sedimentära bergarterSedimentära bergarter
SedimentSediment löst ickelöst icke--konsoliderat konsoliderat
materialmaterialE l d hE l d h Exempel: sand och grusExempel: sand och grus
75% av jordens yta 75% av jordens yta består av sedimentära består av sedimentära bergarterbergarter
Sedimentära bergarterSedimentära bergarter
AlloktonaAlloktonabildade av transporterade sedimentbildade av transporterade sediment
AutoktonaAutoktonabildade på plats, ”in situ”bildade på plats, ”in situ”
AlloktonaAlloktona
AlloktonaAlloktona
AutoktonaAutoktona
SedimentfaciesSedimentfacies terrestrisk miljöterrestrisk miljö
Hypersalin playa Hypersalin playa –– ooiderooider!!
SedimentfaciesSedimentfacies
Marin miljöMarin miljö
SedimentfaciesSedimentfacies
ÖvergångsmiljöÖvergångsmiljö
HavsytenivåHavsytenivå--förändringarförändringarTransgressionTransgression
RegressionRegression
Sedimentfacies Sedimentfacies ––transgression/regressiontransgression/regression
sand
silt
lera
karbonat
TRANSGRESSIONS
LAGERFÖLJD
Sedimentfacies Sedimentfacies ––transgression/regressiontransgression/regression
sand
silt
lera
karbonat
REGRESSIONS
LAGERFÖLJD
FACIESFACIES
Cambrian-Ordovician Pakri Estonia
TST
TSTVolkhov
Kunda
Tallinn
Cambrian-Ordovician boundary (sequence boundary)
SLST
Latorp
Pakerort
Sequence boundary
•Insekter (8,000,000)•Insekter (8,000,000)•Svampar (1,500,000 ) •Svampar (1,500,000 ) •Bakteria (1,000,000)•Bakteria (1,000,000)•Spindlar (750,000) •Spindlar (750,000) •Virus (400,000) •Virus (400,000)
Dagens biosfärDagens biosfärc:ac:a 13.6 miljoner arter13.6 miljoner arter
•Alger (400,000) •Alger (400,000) •Nematoder (400,000) •Nematoder (400,000) •Växter (320,000)•Växter (320,000)•Protozoer (200,000)•Protozoer (200,000)•Blötdjur (200,000) •Blötdjur (200,000) •Kräftdjur (150,000)•Kräftdjur (150,000)•Ryggradsdjur (50,000) •Ryggradsdjur (50,000) •Övriga (250,000) •Övriga (250,000)
Fossil visar hur biosfären förändrats Fossil visar hur biosfären förändrats & utvecklats& utvecklats
Vad är fossil?Vad är fossil? “uppgrävd”“uppgrävd” Bevarade rester avBevarade rester av
Tafonomi – allt som händer med
organismen efter Bevarade rester av Bevarade rester av levande organismerlevande organismer
Hur bildas fossil?Hur bildas fossil?
organismen efter döden
TafonomiTafonomi
TafonomiTafonomi Slutar vanligen med att alla Slutar vanligen med att alla
spår utplånasspår utplånas Ibland bevaras något och Ibland bevaras något och
vanligen hårddelarvanligen hårddelarvanligen hårddelarvanligen hårddelar
Olika slags fossiliseringOlika slags fossilisering
MineraliseringMineralisering ErsättningErsättning
tex förkislingtex förkisling
Mineralisering!
Mineralisering!
Mineralisering/Ersättning -förkisling
Mineralisering/Ersättning -förkisling
Olika slags fossiliseringOlika slags fossilisering
avtryckavtryck Inre Inre –– stenkärnastenkärna YttreYttre
avgjutningavgjutning
Avgjutningar –men knappast fossil!
Cupid, hans hund
Fabius Rufus, död 79 AD, 24 aug, kl. 13:00
Olika slags fossiliseringOlika slags fossilisering
förkolningförkolning
S å f il!S å f il! Spårfossil!Spårfossil!
Olika slags fossiliseringOlika slags fossilisering
spårfossilspårfossil Gräv & boningsgångarGräv & boningsgångar JaktspårJaktspår koproliterkoproliter
Särskild bevaring Särskild bevaring –– “Lagerstätten”“Lagerstätten” InfrysningInfrysning frystorkningfrystorkning
Särskild bevaring Särskild bevaring ––“Lagerstätten”“Lagerstätten”
bärnstenbärnsten
SärskildSärskild bevaringbevaring ––““LagerstättenLagerstätten””
Asfalt Asfalt –– La BreaLa Brea Syrefria bottnarSyrefria bottnar
SolnhofenSolnhofen
Walcott 1909Walcott 1909
The No 1 “The No 1 “LagerstättenLagerstätten” ” ––Burgess Shale (Burgess Shale (kambriumkambrium))
South ChinaSouth China
The “No 2” “The “No 2” “LagerstättenLagerstätten” ” ––ChengjiangChengjiang ((kambriumkambrium))
Hårddelar Hårddelar –– skal & skelettskal & skelett
KalciumkarbonatKalciumkarbonat KalciumfosfatKalciumfosfat
KiselKisel KiselKisel Organiska ämnen Organiska ämnen
-- proteinerproteiner
KalciumkarbonatKalciumkarbonat
KalciumfosfatKalciumfosfat
Organiska ämnen Organiska ämnen -- proteinerproteiner
Evolution och paleontologiEvolution och paleontologi
Evolution=förändring Evolution=förändring process genom vilken process genom vilken
livet har förändrats & livet har förändrats & utvecklats under jordens utvecklats under jordens historiahistoria
EvolutionsdebattenEvolutionsdebatten Inte Inte OMOM utan utan HURHUR och och
PÅ VILKET SÄTTPÅ VILKET SÄTT
“Lamarckism” “Lamarckism” ––Jean de LamarckJean de Lamarck
DarwinismDarwinism
Charles Darwin Charles Darwin (1809(1809--1882)1882) ””On the origin of On the origin of
i b fi b fspecies by means of species by means of natural selection or the natural selection or the preservation of preservation of favouredfavoured races in the races in the struggle for lifestruggle for life” 1859” 1859
Naturligt urval (1859)Naturligt urval (1859)
“Darwins bulldog” “Darwins bulldog” ––Thomas HuxleyThomas Huxley
Darwinism och biostratigrafiDarwinism och biostratigrafi Darwins modell Darwins modell
förklarar varför förklarar varför organismer i de organismer i de geologiska lagren geologiska lagren är olikaär olika
Vad hade Darwin missat?Vad hade Darwin missat?
Darwin + genetik = den Darwin + genetik = den moderna syntesenmoderna syntesen
Gregor Mendel (1822Gregor Mendel (1822--1884)1884) arter är grupper av arter är grupper av
individer som kan få fertil individer som kan få fertil avkomma avkomma
genetisk isoleringgenetisk isolering
Morfologisk variation Morfologisk variation genom mutationergenom mutationer
Evolution = “förändring Evolution = “förändring av genfrekvenser”av genfrekvenser”
Mikroevolution Mikroevolution ––Evolution på artEvolution på art--nivånnivån
Evolutionära trenderEvolutionära trender
DivergensDivergens KonvergensKonvergens
Evolutionär Evolutionär förbättring?förbättring?
Evolutionär Evolutionär förbättring?förbättring?
S.J. Gould S.J. Gould -- Livets Livets utveckling är mer likt en utveckling är mer likt en ikt fö d b kikt fö d b krikt förgrenande buske rikt förgrenande buske
kontinuerligt beskuren kontinuerligt beskuren av utdöenden, än en av utdöenden, än en stege med förutsägbara stege med förutsägbara framstegframsteg
Darwins (1859) trädDarwins (1859) träd
Evolutionära Evolutionära hastigheterhastigheter
”Phyletic gradualism” ”Phyletic gradualism” Darwins modellDarwins modell–– Darwins modellDarwins modell
Små långsamma Små långsamma gradvisa förändringar gradvisa förändringar leder till artbildningleder till artbildning
Evolutionära hastigheterEvolutionära hastigheter
”Punctuated equilibria” ”Punctuated equilibria” –– Goulds modellGoulds modell Arter oförändrade under långa tider. Arter oförändrade under långa tider.
Artbildning snabbArtbildning snabbgg
Makroevolution Makroevolution –– “Stora” “Stora” evolutionionära förändringar över evolutionionära förändringar över
artnivånartnivån
Utveckling av släkten, familjer, nya Utveckling av släkten, familjer, nya kroppstyperkroppstyper
Makroevolution = mikroevolution under Makroevolution = mikroevolution under lång tid?lång tid?
Makroevolution Makroevolution –– MekanismerMekanismer
Heterokroni = Heterokroni = “olika tid”, “olika tid”, förändringar i förändringar i ontogeniontogeniontogeniontogeni
Makroevolution Makroevolution –– MekanismerMekanismer
Fylogeni och klassifikationFylogeni och klassifikation
Klassifikation:Klassifikation: Carl von Linné (1707Carl von Linné (1707--
1778)1778)S t tS t t 17581758 Systema naturaeSystema naturae 17581758
Fylum (Chordata), Fylum (Chordata), Klass (Mammalia), Klass (Mammalia), Ordning (Primates), Ordning (Primates), Familj (Hominidae)Familj (Hominidae)
släkte + art släkte + art Homo sapiensHomo sapiens LinnéLinné
En metod att undersöka En metod att undersöka organismers släktskap organismers släktskap där de studerade där de studerade
ii
KladistikKladistik
organismernas organismernas karaktärer jämförs med karaktärer jämförs med en mer avlägsen gruppen mer avlägsen grupp
kladogramkladogram
homologa karaktärer homologa karaktärer (gemensamt ursprung)(gemensamt ursprung)–– leder leder till monofyletiska gruppertill monofyletiska grupper
analoga karaktärer analoga karaktärer
KladistikKladistik
(konvergens) (konvergens) –– leder till leder till polyfyletiska grupperpolyfyletiska grupper
Ciccarelli et al. 2006, Science, 311 (5765): 1283-1287
Livets 3 Domäner
ArkebakterierArkebakterier
EubakterierEubakterier
EukaryotaEukaryota
ProkaryotaProkaryota
Ingen cellkärna, ingen Ingen cellkärna, ingen ordnad strukturordnad struktur
EukaryotaEukaryota
O d d ll k hO d d ll k hEukaryotaEukaryota Ordnad cellstruktur och Ordnad cellstruktur och cellkärnacellkärna
Livets fem rikenLivets fem riken
1. Prokaryoter1. Prokaryoter Eubakterier Eubakterier
EubacteriaEubacteria ArkebakterierArkebakterier Arkebakterier Arkebakterier
ArchaebacteriaArchaebacteria 2. Protister 2. Protister ProtistaProtista 3. Svampar 3. Svampar FungiFungi 4. Växter 4. Växter PlantaePlantae 5. Djur 5. Djur AnimaliaAnimalia
ArkebakterierArkebakterierKemoautotrofa - Får sin energi från lösta kemiska ämnen genom:
Termofila - Många är värmeälskande
EubakterierEubakterier
EukaryotaEukaryota Organismer med ordnad cellstruktur och cellkärna som innesluter arvsmassan.