Rekonstruktion af trilobit-forfædreområde på den sydlige halvkugle

Den første forekomst af trilobitter i fossiloptegnelsen dateres til 521 millioner år siden i oceanerne i den kambriske periode, da kontinenterne stadig var ugæstfrie for de fleste livsformer. Få grupper af dyr tilpassede sig så vellykket som trilobitter, som var leddyr, der levede på havbunden i 270 millioner år indtil masseudryddelsen i slutningen af ​​Perm for cirka 252 millioner år siden.

Jo længere tid siden organismer levede, jo mere sjældne er deres fossiler, og jo sværere er det at forstå deres levevis. Palæontologer står over for en skræmmende opgave med at etablere evolutionære relationer i tid og rum. Overvinde de vanskeligheder, der ligger i efterforskningen af ​​en gruppe dyr, der levede for så længe siden, Brasilianske videnskabsmænd tilknyttet biologiafdelingen på São Paulo State University's Bauru School of Sciences (FC-UNESP) og Palæontologilaboratoriet ved University of São Paulo's Ribeirão Preto School of Philosophy, Science and Letters (FFCLRP-USP) er for første gang lykkedes med at udlede palæobiogeografiske mønstre blandt trilobitter.

Paleobiogeografi er en gren af ​​palæontologi, der fokuserer på fordelingen af ​​uddøde planter og dyr og deres relationer til gamle geografiske træk. Undersøgelsen blev udført af Fábio Augusto Carbonaro, en postdoc-forsker ved UNESP's Bauru Macroinvertebrate Paleontology Laboratory (LAPALMA) ledet af professor Renato Pirani Ghilardi. Andre deltagere var Max Cardoso Langer, en professor ved FFCLRP-USP, og Silvio Shigueo Nihei, en professor ved samme universitets Bioscience Institute (IB-USP).

Forskerne analyserede de morfologiske forskelle og ligheder mellem de 11 arter af trilobitter, der hidtil er beskrevet i slægten Metacryphaeus; disse trilobitter levede under Devon for mellem 416 millioner og 359 millioner år siden (mya) i det kolde vand i havet, der dækkede det, der nu er Bolivia, Peru, Brasilien, Malvinas (Falklandsøerne) og Sydafrika.

Den devonske periode er opdelt i syv stadier. Metakryfæer levede under de Lochkoviske (419,2-410,8 mya) og Pragiske (410,8-407,6 mya) stadier, som er de tidligste devonske stadier.

Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter og er en del af projektet "Paleobiogeography and migratory routes of the paleoinvertebrates of the Devonian in Brazil", som er støttet af São Paulo Research Foundation -FAPESP og Brasiliens Nationale Råd for Videnskabelig og Teknologisk Udvikling (CNPq). Ghilardi er projektets hovedefterforsker.

"Da de uddøde i Perm, 252 millioner år siden, trilobitterne efterlod sig ingen efterkommere. Deres nærmeste nulevende slægtninge er rejer, og, mere fjernt, edderkopper, skorpioner, havedderkopper og mider, " sagde Ghilardi.

Trilobite fossiler findes i rigelige mængder over hele verden, forklarede han - så rigeligt, at de nogle gange omtales som havets kakerlakker. Sammenligningen er ikke uberettiget, fordi anatomisk, trilobitterne ligner kakerlakker. Forskellen er, at de ikke var insekter og havde tre langsgående kropssegmenter eller lapper (deraf navnet).

På den nordlige halvkugle, den trilobit fossile optegnelse er meget rig. Palæontologer har indtil videre beskrevet 10 ordrer omfattende over 17, 000 arter. De mindste var 1,5 millimeter lange, mens de største var cirka 70 cm lange og 40 cm brede. Perfekt bevarede trilobitter kan findes i nogle regioner, såsom Marokko. Disse kan være smukke, når de bruges til at skabe cameos eller dybtrykssmykker. Trilobite fossiler fra Brasilien, Peru og Bolivia, i modsætning, er ofte dårligt bevaret, udelukkende bestående af de indtryk, der efterlades i bundmudder af deres eksoskeletter.

"Selvom deres bevaringstilstand er langt fra ideel, der er tusindvis af trilobitfossiler i sedimenterne, der danner Paraná-bassinet i den sydlige region af Brasilien, og Parnaíba-bassinet langs den nord-nordøstlige skel, " sagde Ghilardi, som også er formand for Brazilian Paleontology Society.

Ifølge Ghilardi, deres dårlige bevaringstilstand kan skyldes de geologiske forhold og klimaet, der herskede i disse regioner under den palæozoiske æra, da de dele af tørt land, der en dag ville danne Sydamerika, var på Sydpolen og helt dækket af is i længere perioder.

Under Devon, Sydamerika og Afrika var forbundet som en del af superkontinentet Gondwana. Sydafrika blev forenet med Uruguay og Argentina i River Plate-regionen, og Brasiliens sydlige stater var sammenhængende med Namibia og Angola.

Sparsommelig analyse

Forskningen begyndte med en analyse af 48 karakteristika (størrelse, form og struktur af organer og anatomiske dele) fundet i omkring 50 fossile eksemplarer af de 11 arter af Metacryphaeus. "I princippet, disse karakteristika tjener til at fastslå deres fylogeni - den evolutionære historie for alle arter i universet, analyseret med hensyn til afstamningslinjer og relationer mellem bredere grupper, " sagde Ghilardi.

Kendt som en sparsommelig analyse, denne metode er meget brugt til at etablere relationer mellem organismer i et givet økosystem, og i de senere år, det er også begyndt at blive brugt i undersøgelsen af ​​fossiler.

Ifølge Ghilardi, sparsommelighed, generelt, er princippet om, at den enkleste forklaring af dataene er den foretrukne forklaring. I analysen af ​​fylogeni, det betyder, at hypotesen om forhold, der kræver det mindste antal karakteristiske ændringer mellem de analyserede arter (i dette tilfælde, trilobitter af slægten Metacryphaeus) er den, der med størst sandsynlighed er korrekt.

Det biogeografiske bidrag til undersøgelsen blev lavet af professor Nihei, der arbejder på IB-USP som taksonom og insektsystematiker. Systematikområdet beskæftiger sig med evolutionære ændringer mellem forfædre, mens taksonomi fokuserer på at klassificere og navngive organismer.

"Biogeografisk analyse involverer typisk levende grupper, hvis alder estimeres ved molekylær fylogeni, eller det såkaldte molekylære ur, som estimerer, hvornår to arter sandsynligvis divergerede på basis af antallet af molekylære forskelle i deres DNA. I denne undersøgelse af trilobitter, vi brugte alder på samme måde, men det blev hentet fra fossiloptegnelsen, " sagde Nihei.

"Hovedpointen i undersøgelsen var at bruge fossiler i en metode, der normalt involverer molekylær biogeografi. Meget få undersøgelser af denne type har tidligere involveret fossiler. Jeg mener, at vores undersøgelse baner vejen for en ny tilgang baseret på biogeografiske metoder, der kræver et kronogram [ et molekylært dateret kladogram], fordi dette kronogram også kan fås fra fossile taxa som dem, der er studeret af palæontologer, snarere end molekylære kladogrammer for levende dyr."

Som en hvirveldyr-palæontolog, der har specialiseret sig i dinosaurer, Langer erkendte, at han ikke ved meget om trilobitter, men meget om de moderne beregningsteknikker, der bruges i sparsommelig analyse, som hans deltagelse i undersøgelsen var baseret på. "Jeg tror på, at det centrale aspekt af denne undersøgelse, og grunden til, at den blev accepteret til udgivelse i et så vigtigt tidsskrift som Videnskabelige rapporter , er, at det er den første nogensinde brug af sparsommelighed til at forstå fylogenien af ​​en trilobit-slægt på den sydlige halvkugle, " han sagde.

Gondwanan-spredning

Resultaterne af de palæobiogeografiske analyser forstærker den allerede eksisterende teori om, at Bolivia og Peru dannede Metacryphaeus' stamhjem. "Modellerne estimerer en 100 procent sandsynlighed for, at Bolivia og Peru dannede det forfædres område af Metacryphaeus-kladen og de fleste af dens indre klader, " sagde Ghilardi. Bekræftelse af teorien viser, at sparsommelige modeller har magten til at foreslå tilstedeværelsen af ​​klader på et bestemt tidspunkt i fortiden, selv når der ikke er nogen kendte fysiske registreringer af denne tilstedeværelse.

I tilfældet Metacryphaeus, de ældste optegnelser i Bolivia og Peru stammer fra den tidlige Pragiske fase (410,8-407,6 mya), men slægten menes at have udviklet sig i regionen under det Lochkovske stadium (419,2-410,8 mya). sparsommelighed, derfor, tyder på, at Metacryphaeus opstod i Bolivia og Peru nogen tid før 410,8 mya men ikke tidligere end 419,2 mya. Under alle omstændigheder, det menes at være langt ældre end nogen kendte fossiler.

Ifølge Ghilardi, resultaterne kan tolkes som at vise, at den adaptive stråling af Metacryphaeus til andre områder af det vestlige Gondwana fandt sted under episoder med havoverskridelse i Lochkovian-Pragian, da havet oversvømmede dele af Gondwana. "Spredningen af ​​Metacryphaeus trilobitter under Lochkovian fandt sted fra Bolivia og Peru til Brasilien - til Paraná-bassinet, nu i region syd, og Parnaíba-bassinet, på det nord-nordøstlige skel – og videre mod Malvinas/Falklandsøerne, mens den pragiske spredning fandt sted mod Sydafrika, " han sagde.

Fossile trilobitter er blevet fundet kontinuerligt i Paraná-bassinet i de seneste årtier. Trilobitter indsamlet i slutningen af ​​det nittende århundrede i Parnaíba-bassinet blev holdt af Brasiliens Nationalmuseum i Rio de Janeiro, som blev ødelagt af brand i september 2018. "Disse fossiler er endnu ikke blevet fundet under murbrokkerne, og det er sandsynligt, at der ikke er noget tilbage af dem. De var blot skalaftryk efterladt i den gamle havbund. Selv i forstenet form, de må være opløst i flammen, " sagde Ghilardi.