Stora skillnader mellan ebb och flod för runt 400 miljoner år sedan kan ha startat utvecklingen av benfiskar och landlevande ryggradsdjur. Det tror forskare som med hjälp av matematiska modeller simulerat tidvatten i en period för 420-380 miljoner sen då, precis som idag, kraftiga tidvatten förekom på vissa ställen på jorden.
Vad som satte igång benfiskarnas evolution och hur vissa av dem började anpassa sig för ett liv på land är inte klarlagt. En teori är att det skedde i tidvattenmiljöer där fiskar under perioder isolerats i dammar i samband med särskilt kraftiga tidvatten. Den utmanande livsmiljön kan ha drivit på utvecklingen av lungor, och fenor på sikt omvandlats till framben och bakben.
Tidvattenteorin stöds nu av forskare i Storbritannien och vid Uppsala universitet som för första gången använt etablerade matematiska modeller för att simulera tidvatten på jorden under den här perioden.
En annan värld än nu
– Under stora delar av den geologiska tidsskalan har vi haft små tidvatten, men just under slutet av silur och början på devon verkar det som om vi haft stora tidvatten i vissa delar av världen. Resultaten verkar väldigt robusta, för hur vi än ändrade på havsdjup och annat fick vi samma resultat, säger Per Ahlberg, professor i evolutionär organismbiologi vid Uppsala universitet.
För 420 miljoner – 380 miljoner år sedan, det vill säga i slutet av den geologiska tidsperioden silur och början på devon, var jorden en helt annan värld än nu. Istället för dagens välbekanta kontinenter existerade andra landmassor som var koncentrerade till södra halvklotet.
Gondwana och Laurussia
Ner över sydpolen sträckte sig den jättelika kontinenten Gondwana. Norr om den fanns en annan stor kontinent vid namn Laurussia och däremellan låg några små kontinenter inklämda. Men andra skillnader var också märkbara. Ett dygn under silur varade bara 21 timmar eftersom jorden snurrade snabbare runt sin egen axel och månen såg mycket större ut på grund av att dess bana gick närmare jorden.
Liv på land hade så smått börjat etablera sig, men ryggradsdjuren som vid den här tiden enbart bestod av olika sorters fiskar fanns ännu bara i haven. Under devon skedde en stor diversifiering av fiskarna. Bland annat uppstod benfiskarna som idag utgör över 95 procent av alla fiskar men också är förfäder till de landlevande ryggradsdjuren.
Urtida kontinenter
Gondwana var en jättelik kontinent på södra halvklotet som omfattade det som idag är Antarktis, Sydamerika, Afrika, Arabiska halvön, Madagaskar, Indien, Australien, Nya Guinea, Nya Zeeland och Nya Kaledonien. Den bildades för cirka 550 miljoner år sedan och existerade fram till för omkring 180 miljoner år sedan. Under senare delen var Gondwana en del av superkontinenten Pangea där samtliga kontinenter var samlade. Laurussia låg norr om Gondwana och bildades för ungefär 400 miljoner år sedan och bestod av Nordamerika, Grönland och Skandinavien. Den kolliderade för 250 miljoner år sedan med Gondwana och Sibirien, vilket ledde till att Pangea uppstod.
Simulerade tidvattnet på detaljnivå
För att testa tidvattenteorin har forskare vid Uppsala universitet tillsammans med kollegor från de brittiska universiteten i Bangor och Oxford för första gången använt en etablerad matematisk modell för att på detaljnivå simulera tidvattnet under slutet av silur och början av devon. Data om kontinenternas placering, månens avstånd, dåvarande dygnslängd, jordens gravitation och havsvattens fysikaliska egenskaper matades in i modellen.
Simuleringarna visade entydigt att det här var en period, precis som idag, då kraftiga tidvatten förekom på sina håll. Den lilla kontinenten Sydkina, belägen vid ekvatorn, visade upp skillnader mellan ebb och flod på över fyra meter. Att tidvatten förekom har tidigare kunnat beläggas genom studier av geologiska avlagringar, men det har inte gått att se hur stora skillnaden mellan ebb och flod varit. För forskarna var det här intressanta nyheter eftersom fossilfynd tyder på att det var just runt Sydkina som benfiskarna uppstod.
– Våra resultat öppnar dörren för ytterligare och ännu mer detaljerade tidvattenanalyser av viktiga episoder i jordens historia. Metoden kan användas för att utforska tidvattnets eventuella roll i andra evolutionära skeenden hos ryggradsdjuren. Och kanske även motsatsen: hade tidvattnet med sin inverkan på oceanernas dynamik en roll i de stora marina utdöenden som har inträffat gång på gång under jordens historia, säger Per Ahlberg.
Kontakt:
Per Ahlberg, professor vid Institutionen för organismbiologi, Evolution och utvecklingsbiologi vid Uppsala universitet, per.ahlberg@ebc.uu.se
Vetenskaplig artikel:
A key environmental driver of osteichthyan evolution and the fish-tetrapod transition? (H.M. Byrne et al.)Proceedings of the Royal Society A.
