Devoni–Karbonaat: varased metsad ja kahepaiksete tõus
Linas JuozėnasJaga
Teadmiste kaar · Maa ajas
Devonist
karboni
Varased metsad
ja kahepaiksed
Juured tungivad läbi pinnase. Vees arenevad jäsemed. Miljonite aastate jooksul muudab elu areneva planeedi maastikke ja atmosfääri.
Kui maismaa muutus
teistsuguseks maailmaks
Kujutage ette, et seisate iidse jõe ääres. Teie kohal kõrguvad tundmatud puud; jalge all hargnevad mullas juured. Madalikul liigub jäsemetega loom endiselt veemaailmas. Need stseenid on osa muutustest, mis toimusid kümnete miljonite aastate jooksul.
Devon ja karbon ühendavad kaks põnevat lugu: kuidas taimed keskkonda muutsid ning kuidas selgroogsed omandasid uusi liikumis- ja paljunemisviise. Mõlemat lugu koos jälgides selgub, kui tihedalt on elu ajalugu seotud Maa ajalooga.
miljonit aastat tagasi
miljonit aastat tagasi
Metsade teke
Taimed elasid maismaal juba enne devoni ajastut. Varajane taimestik võis mõjutada kivimite murenemist ja kohalikke olusid ka ilma suurte tüvede või sügavate juurteta. Devoni metsad võimendasid seda mõju; need ei tekkinud täiesti elutul pinnal.[2]
Juba keskdevonis kasvas metsades eri liiki puid, millel olid erinevad juurestikud. New Yorgi osariigis Cairo lähedal leitud kivistunud juured paljastavad maa-aluse maastiku, mis annab sama palju teavet kui kunagised tüved selle kohal. Osa juurtest kuulus rühma Archaeopteris: need olid puittaimed, millel olid lehed ja laialt hargnevad juured, kuid mis paljunesid eoste, mitte seemnetega.[3]
Mets kasvab ka maa all
Juured kinnitavad taimi ning jõuavad vee ja toitaineteni. Juured ja nendega seotud organismid võivad mineraalidega vastastikmõjus kiirendada nende murenemist. Geoloogiliste ajastute jooksul aitab silikaatide murenemine eemaldada atmosfäärist süsinikdioksiidi. Selle mõju sõltub kliimast, murenemisele avatud kivimite hulgast, erosioonist ja muudest tingimustest.[2]
„Puu” kirjeldab kasvuvormi, mitte üht muutumatut evolutsioonilist liini. Varaseimates metsades leidus kasvuvorme, mida tänapäevastes metsades on harjumatu näha. Nende fossiilne pärand annab tunnistust korduvatest katsetest kasvatada kõrgeid taimi ja neid altpoolt toestada.[3]
Jäsemed arenesid välja veekeskkonnas
Uimede jäsemeteks muutumine ei olnud üksainus sündmus, mille käigus kala end jõekaldale vinnas. Erinevad tunnused kujunesid välja eri kombinatsioonides. Mõnel kalal olid tugevamad uimed ja nad hingasid õhku juba enne täielikult maismaal elamise viisi väljakujunemist.[4]
Tiktaalik: endiselt kala
Tiktaalikul olid nii soomused ja uimed kui ka liikuv kael ja tugevad luud jäsemete sees. Tema eesmistes uimedes olid struktuurid, mis vastavad õla, küünarnuki ja randme osade struktuuridele. Tal olid endiselt uimekiired: need polnud veel täielikult välja kujunenud sõrmedega käelabad.[4]
Acanthostega: sõrmed vees
Acanthostegal olid sõrmedega jäsemed ja kalataoline sabauim. Noorloomade jäsemeluude uuringud näitavad pikka vees elamise etappi, mil jäsemed ei suutnud keha maismaal toetada. Sõrmede olemasolu ei tähendanud iseenesest võimet maismaal hästi kõndida.[5]
Need fossiilid heidavad valgust evolutsioonilise harunemise mõningatele osadele. Neid ei tohiks seada tõestatud otseste eellaste ahelasse. Samuti ei olnud varased jäsemetega selgroogsed, keda sissejuhatavates ülevaadetes sageli „kahepaikseteks” nimetatakse, lihtsalt muistsed konnad või salamandrid; varaste neljajalgsete ja tänapäevaste rühmade sugulussuhteid selgitades tuleb teha täpsemaid eristusi.[6]
Kivisöemetsad ja mattunud süsinik
Karboni märgaladel elasid muljetavaldavad taimekooslused. Hiiglaslikud koldpuud, nagu Lepidophloios, olid kollaliste, mitte pärissammalde sugulased. Calamites kuulus osjaliste evolutsioonilisse liini. Puusõnajalad kasvasid kõrvuti seemnesõnajalgadega – seemnetaimedega, mille lehestik meenutas sõnajalgu. Kivisöemets oli omanäoline ökosüsteem, mitte tänapäevane vihmamets minevikku paigutatuna.[7]
Kuidas märgalast võib saada kivisöelade
- 01Koguneb taimne materjalTaimestik kasvab ja jätab maha orgaanilisi jäänuseid.
- 02Koguneb turvasLiigniiskus aeglustab lagunemist; ainet koguneb kiiremini, kui see laguneb.
- 03Setted katavadOsa orgaanilisest ainest väldib täielikku oksüdeerumist.
- 04Tekib kivisüsiSetetega kattumine, kuumus, rõhk ja aeg muudavad seda materjali.
Kivisüsi talletab muistsete taimede kogutud süsinikku. Põlemisel vabaneb see talletatud süsinik peamiselt süsinikdioksiidina. Nii seob kivisöetükk omavahel bioloogilise kasvu, setete alla mattumise ja palju hilisema energia vabanemise.[7]
Hapnik ja hiiglaste ajastu
Mitme rekonstruktsiooni järgi ületas hapniku osakaal atmosfääris karboni ja permi piiril praeguse, ligikaudu 21 % taseme. Mõne mudeli järgi ulatusid tipptasemed umbes 25–30 %ni; teised hinnangud erinevad. Need väärtused põhinevad geoloogilistel andmetel ja modelleerimisel, mitte säilinud karboni õhuproovidel. Väide, et „kogu karboni ajal oli hapnikku püsivalt 35 %“, liialdab sellega, mida me tegelikult teame.[8]
Miks on orgaanilise aine mattumine hapnikutaseme seisukohalt oluline
Fotosünteesi käigus eraldub hapnikku, hingamise ja orgaanilise aine lagunemise käigus võib see aga taas ära kuluda. Kui osa orgaanilisest süsinikust mattub setetesse, on see kaitstud kiire taaskordse oksüdeerumise eest, mistõttu võib pika aja jooksul atmosfääri jääda rohkem hapnikku. Atmosfääri tasakaal sõltub ka murenemisest ja muudest geoloogilistest protsessidest, seega ei saa seda määrata üksnes puude arvuga.[8]
Hiiglaslikud lendavad putukad
Kiilitaoliste meganisopterite hulgas, kelle sekka kuulus ka Meganeura , oli putukaid, kelle siruulatus ulatus peaaegu 70 sentimeetrini. Hapnik jõuab putukate kudedesse hargnenud õhutorude kaudu. Suurem hapnikusisaldus võib leevendada mõningaid keha suurust piiravaid tegureid, kuid olulised on ka lendamine, ventilatsioon, soojuskadu ja ökoloogilised tingimused. Suur hapnikusisaldus ei olnud üldine käsk hiiglaseks saada.[9]
Tuhandejalgsete sugulane maismaal
Arthropleura oli tuhandejalgsetega suguluses olev lülijalgne, mitte putukas. Fossiilijäänused näitavad, et mõned isendid olid pikemad kui kaks meetrit. Need loomad kasvasid suureks juba enne rekonstruktsioonide põhjal kindlaks tehtud hapnikutaseme tippe ning see rühm elas edasi ka permi ajal. Kõik hiiglased ei kadunud pärast karboni lõppu.[10]
Muutuv planeet
Tavapärane kujutlus lämmatavalt palavast soost, kus kujunesid kivisöelademed, peegeldab vaid mõningaid troopilisi madalikke. Mujal laiusid hooajaliselt kuivad maastikud ja kasvasid teistsugused taimekooslused. Jää kattis Gondwana lõunaosa mõningaid piirkondi, troopilised metsad kasvasid neist kaugel. Hilispaleosoikumi jääaeg oli alanud juba enne hiliskarboni.[11]
Kui mandrid ühinesid Pangaiaks, aitasid geograafilised muutused kaasa õhuringluse ja sademete jaotuse muutumisele. Jääaegade tsüklid muutsid meretaset ja mõjutasid seega rannikukeskkonda. Niisked metsad levisid, taandusid või muutsid oma kooslust eri piirkondades eri aegadel; polnud üht üleilmset hetke, mil kadusid kõik kivisöelademete teket soodustanud metsad.[11]
Kas maismaa muutused võisid meres häireid põhjustada?
Kellwasseri kriiside ajal, mis toimusid umbes 372 miljonit aastat tagasi, kannatasid mereökosüsteemid suuri kaotusi. Uuringutes käsitletakse seost taimestiku levikuga: murenemise ja pinnavee äravoolu tõttu võis merre jõuda rohkem fosforit, mis soodustas bioloogilist produktsiooni. Seejärel võis täiendava orgaanilise aine lagunemine merevees hapnikupuudust põhjustada. Modelleerimine viitab, et see võis olla üks soodustavaid tegureid koos selliste nähtustega nagu vulkanism; see ei tõesta, et metsad olid kõigi Devoni väljasuremiste ainus põhjus.[12]
Pange tähele seost: muutused juurtes ja pinnases võivad mõjutada jõgesid, jõed aga merevee keemilist koostist. Maismaa ja ookean on sama planeedisüsteemi omavahel seotud osad.
Paljunemine mitte ainult avatud veekogus
Liikumine oli vaid üks osa maismaal elamisest. Paljunemine tõi kaasa teise väljakutse: embrüo vajab sobivat keskkonda ka siis, kui ümbritsev elupaik on kuiv. Amniootidel kujunesid evolutsiooni käigus lootekestad, mis hoiavad areneva embrüo ümber kaitstud vedelat keskkonda ja vähendavad seega sõltuvust paljunemisest avatud veekogus.[13]
Ka sina kuulud amniootide hulka
Amniootide hulka kuuluvad imetajad ja roomajate evolutsiooniharu, sealhulgas linnud. Nende ühiseid paljunemisomadusi ei saa määratleda üksnes kõva koore järgi. Imetajatel on säilinud moondunud kujul embrüot ümbritsevad lootekestad ning paljude nende pojad arenevad ema kehas. Linnumuna ja inimese rasedus on selle iidsete evolutsiooniliste juurtega pärandi erinevad väljendused.[13]
Amnioote leidus juba karboni ajastul, kuid nende varaseimat ajalugu täpsustatakse endiselt. 2025. aasta uuringus omistati Austraaliast leitud umbes 355 miljoni aasta vanused jäljed amniootidele, lähtudes osaliselt küüniste jälgedest ja jalalaba kujust. See tõlgendus nihutaks varaseimad teadaolevad tõendid nende olemasolu kohta märksa varasemasse aega, kui paljudes vanemates õpikutes märgitud. See omistus põhineb jälgede tõlgendamisel, mitte terve looma või tema munade leidmisel.[6]
Fossiiliregistri lugemine
Fossiil on säilinud tõend, mitte terviklik ökosüsteemi kirjeldus. Nende muistsete maailmade mõistmiseks tuleb küsida, mida võivad iga liigi jäljed meile paljastada ja millised küsimused jäävad vastuseta.
| Tõendid | Mida need võivad paljastada | Oluline piirang |
|---|---|---|
| Kivistunud juurestikud | Kuidas puud maapinnal paiknesid ja kui mitmekesine oli metsa taimestik. | Üks säilinud mets ei esinda kõiki selle ajastu metsi.[3] |
| Luu mikrostruktuur | Kasvumustrid ja jäsemete luustumise aste. | Noorlooma anatoomia põhjal ei saa vastata kõigile küsimustele täiskasvanud isendi elupaiga kohta.[5] |
| Välisskeleti osad | Hiiglasliku lülijalgse olemasolu ja võimalik suurus. | Katkendite põhjal taastatud keha kogupikkus ei ole täpselt teada.[10] |
Nende andmete võrdlemine rikastab lugu. Juured paljastavad keskkonna ühe tahke, loomajäänused aga teise. Usutav rekonstruktsioon peab arvestama nii säilinud tõendeid kui ka avastuste vahelisi lünki.
Elu ja selle planeet arenevad koos
Devon ja karbon näitavad, miks atmosfääri ei saa mõista üksnes bioloogia põhjal. Hapnikusisaldus sõltus selle tootmisest ja tarbimisest, samuti ainete mattumisest setetesse ja nende tagasijõudmisest aineringesse. Elu muutis oma keskkonda osana laiemast geoloogilisest süsteemist.[8]
See õppetund on oluline ka elu otsimisel väljaspool Maad. Hapnikku teisel planeedil tuleks hinnata, arvestades selle tähte, atmosfääri keemilisi protsesse ja geoloogilisi tingimusi. Mõned mittebioloogilised protsessid võivad hapnikku tekitada, samas kui eluga maailma atmosfääris võib seda olla vähe. Üksnes hapnikusignaal ei saaks meile öelda, et seal olid kunagi kauged metsad või meile tuttavad loomad.[14]
Kui elu muudab planeeti, siis kuidas muudab muutunud planeet omakorda eluvõimalusi? Metsad, kivisüsi, jäsemed ja embrüod paljastavad vastusest eri tahke.
Rannik oli kohtumispaik
Jälgige juurt sügavale maa sisse, jõge mere poole või jäseme liikumist madalas vees ning nende lugude vahelised piirid hakkavad hägustuma. Esimesed metsad ja varased neljajalgsed elasid muutuval Maal, mille kivimites on siiani säilinud vihjeid selle kohta, kuidas need seosed arenesid.
Allikad ja lisalugemist
Teadusartiklid, fossiiliuuringud ja institutsioonide selgitused. Allikad kontrollitud 2026. aasta septembris. Geoloogiline vanus on ümardatud; rekonstruktsioonid ja evolutsioonilised sugulussuhted võivad uute tõendite leidmisel muutuda.
- Rahvusvaheline Stratigraafiakomisjon – rahvusvaheline kronostratigraafiline tabel, juuni 2026Praegune geoloogilise ajaskaala tabel näitab ajastute piire ja nende dateerimisega seotud määramatust.
- Porada jt (2016) – Soonteta taimkatte suur potentsiaal soodustada murenemist ja mõjutada kliimat hilisordoviitsiumisKäsitletakse varajast maismaataimestikku ja seda, kuidas bioloogiline murenemine võib siduda kivimite keemilise koostise atmosfääri süsinikdioksiidiga.
- Binghamtoni ülikool (2019) – Tänapäevatüüpi puud ilmusid arvatust varemTutvustatakse Kesk-Devoni metsaleide: kivistunud juuri, mitmesuguseid puuvorme ja eostega paljunevaid Archaeopteris’eid.
- Chicago ülikool (2014): Äsja avastatud fossiilid paljastavad olulise lüli tagajäsemete evolutsioonisSelgitatakse, kuidas tugevamad uimed, vaagnastruktuurid ja õhuhingamine tekkisid enne täielikult maismaal elavaid selgroogseid.
- ESRF (2016): Ela aeglaselt, sure noorelt – Acanthostega eluluguFossiilides nähtavad kasvumustrid näitavad, et noorloomad elasid vees, kuigi neil olid jäsemed ja varbad.
- Long jt (2025): Varaseimad amniootide jäljed täpsustavad neljajalgsete evolutsiooni kronoloogiatUued jäljerajad seavad varasema kronoloogia kahtluse alla ja näitavad, miks varajane selgroogsete evolutsioon on endiselt aktiivne uurimisvaldkond.
- Smithsoniani riiklik loodusloomuuseum – Hapniku ajastuTutvustatakse kivisütt moodustanud soode taimi ning selgitatakse seost setetesse mattunud taimse süsiniku, kivisöe ja atmosfääri vahel.
- Krause jt (2018) – Hapniku järkjärguline suurenemine paleosoikumi atmosfäärisSelgitatakse mineviku hapnikutaseme rekonstrueerimisega seotud ebakindlust ning tasakaalu orgaanilise aine setetesse mattumise ja hapnikku tarbivate geoloogiliste protsesside vahel.
- Cannell (2018): Permi hiiglaslike kiilide ehitusKäsitletakse hiiglaslike protodonaatide suurust ning hingamise ja soojusvahetusega seotud piiranguid, mis muudavad üksnes hapnikusisaldusel põhinevad selgitused liiga lihtsaks.
- Davies jt (2022): Maa ajaloo suurim lülijalgneFossiiliandmed näitavad, et hiiglaslikud Arthropleura’d elasid juba enne eeldatavat hapnikusisalduse maksimumi ja mitte ainult karbonis.
- DiMichele, Pfefferkorn ja Gastaldo (2001) – Hiliskarboni ja varapermi taimekoosluste reaktsioon kliimamuutusteleKirjeldatakse piirkondlikku taimestikku, jääaja tsükleid ning märgalade ja hooajaliselt kuivade alade floora muutuvaid suhteid.
- Smart jt (2023) – Maismaataimede levik hilisdevonis aitas kaasa mereorganismide massilisele väljasuremiseleUuritakse, kuidas taimede põhjustatud toitainete ärakanne ja vulkanism võisid kaasa aidata hapnikusisalduse vähenemisele hilisdevoni ookeanides.
- California ülikooli paleontoloogiamuuseum: ülevaade amniootidest (Amniota)Tutvustatakse embrüot kaitsvaid lootekesti, mis on iseloomulikud roomajatele, lindudele ja imetajatele, sealhulgas inimestele.
- Meadows jt (2018) – Eksoplaneetide biosignatuurid: hapniku mõistmine selle keskkonna kontekstisSelgitatakse, miks tuleb väljaspool Maad elu tõendeid otsides hinnata atmosfääri hapnikusisaldust planeedi tingimuste kontekstis.