หลักฐานฟอสซิลเผยปริศนาการทวีชนิดพันธุ์สัตว์ยุคแคมเบรียน

เมื่อชีวิตสะพรั่งบาน

บนชายฝั่งตะวันออกเฉียงใต้ของนิวฟันด์แลนด์  ใกล้แผ่นดินด้านตะวันออกสุดของทวีปอเมริกาเหนือ คือกลุ่มหน้าผาที่ยื่นไปในทะเลชื่อว่า แหลมมิสเทเคน (Mistaken Point) ปัจจุบัน ที่นี่มีชื่อเสียงจากชุดเบาะแสอันน่าทึ่งซึ่งเพิ่งได้รับการตีความใหม่เกี่ยวกับปริศนาที่ทั้งเร้นลับและน่าพิศวงที่สุดข้อหนึ่งว่าด้วยชีวิตบนโลก  หลังจากปรากฏและดำรงวงศ์วานบนโลกมานานกว่าสามพันล้านปี   ทำไมจู่ๆชีวิตซึ่งส่วนใหญ่มีขนาดเล็กจิ๋วและมักมีเซลล์เดียวจึงแตกแขนงแยกเผ่าพันธุ์เป็นสัตว์โลกรูปแบบซับซ้อน  มีหลายเซลล์  ขนาดใหญ่ และหลากหลายอย่างน่าทึ่ง

วันหนึ่งในฤดูใบไม้ร่วง ผมเดินทางไปที่แหลมมิสเทเคน โดยร่วมทางไปกับมาร์ก ลาฟลาม จากมหาวิทยาลัยโทรอนโตมิสซิสซอกา และไซมอน แดร์ร็อก สังกัดมหาวิทยาลัยแวนเดอร์บิลต์ในแนชวิลล์ ซึ่งร่วมงานกับลาฟลามมานาน

ภายในเขตสงวนทางนิเวศวิทยาแหลมมิสเทเคน  เราขับรถไปตามถนนโรยกรวดสู่จุดที่เป็นร่องบนหน้าผาริมทะเล  ก่อนจะปีนลงไป ลาฟลามชี้ไปที่แผ่นหินราบเรียบสีเทาอมม่วงแผ่นหนึ่งที่เอียงราว 30 องศา ฟอสซิล บนแผ่นหินนั้นดูเผินๆเหมือนเงารูปโครงกระดูกงู  กล่าวคือมีส่วนกระดูกสันหลังกับซี่โครงเรียงต่อกันไปราวหนึ่งเมตร แต่ไม่มีโครงกระดูกอยู่ที่นี่ จะว่าไปไม่มีกระดูกเลยสักชิ้น  มีเพียงรอยประทับของสิ่งมีชีวิตร่างกายอ่อนนุ่มที่ตายและถูกกลบฝังอยู่ ณ ก้นทะเลเมื่อนานแสนนานมาแล้ว สิ่งมีชีวิตนี้ว่ายน้ำไม่ได้  ไม่รู้จักคลาน  จึงไม่มีทางดำเนินชีวิตแบบเดียวกับสิ่งมีชีวิตชนิดใดในปัจจุบัน พวกมันมาจากช่วงเวลาอันคลุมเครือ เมื่อโลกเป็นบ้านของสัตว์หน้าตาแปลกประหลาดซึ่งคนส่วนใหญ่ไม่ตระหนักว่า พวกมันเคยมีอยู่ด้วยซ้ำ “นี่คือครั้งแรกที่สิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ปรากฏขึ้น” ลาฟลามบอกผมตอนเราคุกเข่าลงบนหิน

จาก 508 ล้านปีที่แล้ว หนอน แคนาเดีย สปีโนซา (Canadia spinosa) ที่ถูกเก็บรักษาไว้ในชั้นหินดินดานเบอร์เจสส์ ในรัฐบริติชโคลัมเบียของแคนาดา คือส่วนหนึ่งของความหลากหลายทางชีวภาพที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในยุคแคมเบรียน และให้กำเนิดกลุ่มสัตว์สำคัญๆส่วนใหญ่ที่ยังพบเห็นได้ในปัจจุบัน
สู่ยุคปัจจุบัน ความคล้ายคลึงอันน่าทึ่งระหว่างไส้เดือนทะเลสมัยใหม่กับญาติของมันในยุคแคมเบรียน สะท้อนรูปแบบ การดำรงชีวิตที่ไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปมากนักในห้วงเวลา 500 ล้านปี

 

ปริศนาเกี่ยวกับชีวิตรูปแบบใหม่ๆ ที่รู้จักกันในชื่อ อีดีแอคารัน (Ediacaran) เหล่านี้ เปิดฉากขึ้นที่เทือกเขาฟลิน เดอส์อันห่างไกลในรัฐเซาท์ออสเตรเลียที่ซึ่งนักธรณีวิทยาหนุ่มชื่อ เรจินัลด์ สปริกก์ ได้รับมอบหมายให้ประเมินความคุ้มค่าของเหมืองอีดีแอคาราที่ปิดกิจการไปแล้วอีกครั้งในปี 1946  สปริกก์สังเกตเห็นรอยพิมพ์บางอย่างบนชั้นหินปูนที่โผล่ขึ้นมา เขาคิดว่ามัน “ดูเหมือนแมงกะพรุน”  แล้วยังมีรอยพิมพ์แบบอื่นๆด้วย  บางรอยดูไม่เหมือนสิ่งมีชีวิตที่เรารู้จักเลยสักนิด ทั้งที่ยังพบเห็นได้หรือสูญพันธุ์ไปแล้ว

สปริกก์ไม่ทันตระหนักว่า ฟอสซิล เหล่านั้นมีอายุมากถึงราว 550 ล้านปี  นับว่าเก่าแก่กว่าเหตุการณ์ทางวิวัฒนาการอีกเหตุการณ์หนึ่งซึ่งรู้จักกันมากกว่า นั่นคือการทวีชนิดพันธุ์สัตว์ยุคแคมเบรียน (Cambrian explosion) ไม่น้อยกว่า 10 ล้านปี นักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นเชื่อว่า การทวีชนิดพันธุ์สัตว์ยุคแคมเบรียนคือวาระที่ชีวิตรูปแบบเรียบง่ายบนโลกแตกเผ่าพันธุ์อย่างรวดเร็วราวการระเบิดของดวงดาว เกิดเป็นสัตว์หน้าตาแปลกประหลาดที่มีร่างกายซับซ้อนและใหญ่โต (เราเรียกพวกมันว่าสัตว์) ซึ่งส่วนมากยังสืบวงศ์วานลูกหลานมาจนถึงปัจจุบัน การค้นพบของสปริกก์เป็นเรื่องสำคัญเพราะเป็นหลักฐานชิ้นแรกสุดว่า มหากาพย์เรื่องความใหญ่โตและความซับซ้อนของชีวิตเริ่มขึ้นตั้งแต่ช่วงเวลาที่ทุกวันนี้เรียกว่า ยุคอีดีแอคารัน ไม่ใช่ยุคแคมเบรียนที่ตามมาติดๆ

ปลากัดที่สวยงามมีโครงสร้างร่างกายที่วิวัฒน์มาจากคอร์เดต (คำเรียกสัตว์มีกระดูกสันหลังในไฟลั่มคอร์ดาตา) รุ่นแรกๆในยุคแคมเบรียน เช่น พิคาเอีย กราซิเลนส์ (ในภาพล่าง) พิคาเอีย ซึ่งดูคล้ายปลาแต่ไม่ใช่ปลา มีแท่งกระดูกอ่อนที่ยืดหยุ่นได้เรียกว่า แกนสันหลัง (notochord) ซึ่งจะพัฒนาเป็นกระดูกสันหลังในสัตว์มีกระดูกสันหลัง

 

จากนั้นในปี 1967 นักศึกษาปริญญาโทคนหนึ่งชื่อ เอส. บี. มิสรา สังเกตเห็นแผ่นหินโคลนซึ่งมีฟอสซิลอยู่เต็มไปหมดที่แหลมมิสเทเคนในนิวฟันด์แลนด์  ชีวิตโบราณบางรูปแบบที่พบบนแผ่นหินนั้นดูเหมือน “แมงกะพรุน” จากรัฐเซาท์ออสเตรเลีย บางส่วนคล้ายใบเฟิน  แต่ฟอสซิลจำนวนมากกลับไม่เหมือนสิ่งใดที่รู้จักกันในวงการวิทยาศาสตร์เลย  ฟอสซิลที่แหลมมิสเทเคนมีอายุย้อนไปถึง 570 ล้านปี  นี่คือหลักฐานของรูปแบบชีวิตขนาดใหญ่และมีความซับซ้อนทางชีววิทยาชุดแรกบนโลก

ถึงตอนนี้ เรารู้จักชีวิตจากยุคอีดีแอคารันที่แตกต่างกันมากกว่า 50 รูปแบบจากแหล่งขุดค้นเกือบ 40 แห่งบนทุกทวีป  ยกเว้นแอนตาร์กติกา

ไฟลัมเอไคโนเดอร์มาตา: เช่นเดียวกับสัตว์พวกผิวหนามที่เราคุ้นเคยกว่า เช่น ดาวทะเล และเม่นทะเล พลับพลึงทะเลจากยุคออร์โดวิเชียนที่เห็นอยู่ด้านบนกับดาวตะกร้าที่พบเห็นในปัจจุบัน (ภาพล่าง) ต่างมีรูปแบบร่างกายที่สมมาตรรอบปากที่อยู่ตรงกลาง พลับพลึงทะเลที่มีก้านยึดกับก้นทะเล กินอาหารโดยใช้แขนกวาดอนุภาคเล็กๆในน้ำเข้าปาก 450 ล้านปีต่อมา ดาวตะกร้าอาศัยกลยุทธ์เดียวกัน โดยแผ่แขนเล็กๆมากมายออกไปเพื่อกรองน้ำให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้

หลักฐานฟอสซิลแสดงว่า อีดีแอคารันเกือบทุกรูปแบบไม่มีปาก พวกมันไม่มีลำไส้ ไม่มีทวารหนัก ปราศจากหัว ดวงตา และหาง บางครั้งเราพบปุ่มหรือแผ่นตรงปลายด้านหนึ่งซึ่งปัจจุบันเรียกว่าส่วนแปะยึด สำหรับยึดเกาะกับก้นทะเลเพื่อให้ส่วนที่เหมือนใบเฟินโบกสะบัดในน้ำ

ถ้าพวกมันกินอาหารไม่ได้ มิหนำซ้ำยังสังเคราะห์แสงไม่ได้ แล้วอีดีแอคารันหล่อเลี้ยงตัวเองด้วยวิธีไหน  สมมุติฐานซึ่งเป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางเชื่อว่า  อีดีแอคารันส่วนใหญ่ยังชีพด้วยออสโมโทรฟี (osmotrophy)  ซึ่งเป็นคำศัพท์หรูหราของกระบวนการพื้นฐานอย่างมาก นั่นคือการรับสารอาหารที่ละลายแล้วด้วยวิธีออสโมซิส หรือการดูดซึมผ่านเยื่อชั้นนอก วิธีนี้อาจจะดีพอในโลกอันเรียบง่าย ณ ช่วงเวลาที่เรียบง่าย  นักวิทยาศาสตร์บางคนสนใจอีกแง่มุมหนึ่งที่น่าสนใจของอีดีแอคารันหลายรูปแบบ นั่นคือโครงสร้างอันละเอียดของพวกมัน หากมองเผินๆพวกมันดูคล้ายผ้าที่ต่อกัน แต่ถ้าพิจารณาดูใกล้ๆจะเห็นโครงสร้างแบบเศษส่วน หรือรูปแบบเหมือนกันที่เรียงตัวซ้ำๆกันโดยมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ รูปแบบใบเฟินขนาดใหญ่ประกอบขึ้นจากใบเฟินขนาดเล็ก ส่วนใบเฟินขนาดเล็กก็ประกอบขึ้นจากใบเฟินขนาดเล็กยิ่งกว่า ทั้งหมดมีรูปร่างเหมือนกันยกเว้นขนาด  รูปร่างพื้นฐานเรียงตัวซ้ำกันสามหรือสี่ขนาด โครงสร้างแบบเศษส่วนอาจช่วยอธิบายว่า เพราะเหตุใดพวกมันจึงสามารถเติบโตจนมีขนาดใหญ่ได้  โครงสร้างแบบนี้ให้ความแข็งแกร่ง ช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวหน้า และอาจเป็นทางลัดทางพันธุกรรม  เพราะสูตรง่ายๆ ในจีโนมอาจกำหนดให้สร้างกลุ่มรูปร่างแบบใบเฟินเล็กๆขึ้นมา ก่อนจะทำซ้ำไปเรื่อยๆ จนมีขนาดใหญ่ขึ้น

 


 

ฟอสซิลรอยเท้าเก่าแก่ที่สุดของการวิ่งสองขาในกิ้งก่า


 

โครงสร้างแบบเศษส่วนนี้ยังปรากฏในสัตว์คล้ายงูที่มาร์ก ลาฟลาม และผมพบในหินสีเทาอมม่วงที่แหลมมิสเทเคน และในอีดีแอคารันอื่นๆอีกหลายรูปแบบซึ่งเรียกรวมกันว่า แรนจีโอมอร์ฟ (rangeomorph) ตามชื่อตัวอย่างรูปแบบหนึ่งจากแอฟริกาตะวันตกที่เรียกว่า แรนเจีย (Rangea)

ระหว่างที่เราสำรวจชั้นหินในนิวฟันด์แลนด์  ลาฟลามชี้ให้ผมดูแรนจีโอมอร์ฟอีกมากมายที่ดูไม่เตะตานักจากระยะสามเมตร แต่กลับน่าขนลุกเมื่อเพ่งมองในระยะใกล้  นี่คือ บีโอทูคิส  มิสเทเคนซิส (Beothukis mistakensis) ใบเฟินรูปใบพายที่ได้ชื่อตามแหล่งค้นพบ ส่วนตรงนั้นคือ แฟรกโตฟูซัส (Fractofusus)  รูปร่างคล้ายกระสวยแบบปลายเรียว พวกมันแผ่ราบอยู่ตามก้นทะเล

แม้แรนจีโอมอร์ฟเหล่านี้จะครองระบบนิเวศทะเลลึกที่แหลมมิสเทเคนอยู่หลายล้านปี  และเฟื่องฟูอยู่ในน่านน้ำที่ตื้นกว่าในที่อื่นๆ แต่พวกมันกลับสาบสูญไปโดยปราศจากลูกหลาน เมื่อยุคแคมเบรียนเปิดฉากขึ้นราว 541 ล้านปีที่แล้ว หรือหลังจากนั้นไม่นาน ก็แทบไม่ปรากฏฟอสซิลของอีดีแอคารันอีกเลย

เรื่อง เดวิด ควาเมน

ภาพถ่าย เดวิด ลิตต์ชวาเกอร์

ไฟลัมอาร์โทรโพดา: การทวีจำนวนอันน่าทึ่งของชนิดพันธุ์สัตว์ใหม่ๆในยุคแคมเบรียนส่วนหนึ่งขับเคลื่อนด้วยวิธีใหม่เอี่ยมของการเติมเชื้อเพลิงให้จักรกลชีวิต นั่นคือการกินสัตว์อื่นเป็นอาหาร เมื่อสัตว์นักล่าวิวัฒน์ก้ามเพื่อคว้าจับและปากเพื่อเคี้ยว เหยื่อของพวกมันจึงพัฒนาเกราะและหนทางใหม่ๆในการหลบหนี และกระตุ้นสัตว์นักล่าให้พัฒนานวัตกรรมให้ล้ำหน้าขึ้นไปอีกเพื่อจับเหยื่อ ในหมู่สัตว์นักล่าอันดับสูงสุดในการแข่งขันด้านอาวุธนี้คือ อะโนมาโลแคริส (ภาพล่าง) ซึ่งอาจกินไทรโลไบต์เป็นอาหาร อาวุธสามอย่างของมันมองเห็นได้ในภาพด้านล่าง ได้แก่ ก้าม แผ่นคล้ายครีบที่ช่วยให้ว่ายน้ำได้อย่างรวดเร็ว ส่วนตรงฐานของก้ามคือดวงตาที่อยู่บนก้านตา การมองเห็นที่ปรากฏขึ้นในยุคแคมเบรียนเอื้อประโยชน์ให้ทั้งฝ่ายนักล่าและเหยื่อ แมงป่องหางแส้ในภาพบน ซึ่งเป็นหนึ่งในญาติที่ยังพบเห็นได้ของ อะโนมาโลแคริส มีดวงตาสองดวงทางด้านหน้าของลำตัวและดวงตาด้านข้างลำตัวอีกข้างละสามดวง

 

อ่านเรื่องราวการค้นพบทางบรรพชิวินวิทยาเพิ่มเติม

ฟอสซิลหนอนอายุ 500 ล้านปี ช่วยไขปริศนาวิวัฒนาการ

© COPYRIGHT 2024 AMARIN PRINTING AND PUBLISHING PUBLIC COMPANY LIMITED.