Livets utvecklingLivets utveckling

Historisk geologi och paleontologi Historisk geologi och paleontologi (HiPa)(HiPa)

Lars HolmerLars HolmerLars.Holmer@pal.uu.seLars.Holmer@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.