Mikrobiella mattor som fanns på havsbotten före den kambriska explosionen gav grunden för att tidigt djurliv uppstod, ny forskning som tittar på spår av fossiler från det tidiga livet har hittat.

När Charles Darwin skrev Om arternas ursprung och i decennier därefter, forskare tillskrev början av djurlivet till kambrium, slutligen fastnade till omkring 540 miljoner år sedan när trilobiter och andra flercelliga organismer dök upp inom en relativt kort tidsram.

På senare år har dock, häpnadsväckande komplexitet har upptäckts under perioden precis före tillkomsten av den kambriska explosionen, revidera den vetenskapliga synen på ursprunget till de mest komplexa, flercelligt liv på jorden.

"När vi kommer till Kambrium - som har mycket mer välbekanta organismer - hade mycket av evolutionen redan hänt på jorden, säger paleobiolog Mary Droser vid NASA Astrobiology Institute vid University of California, Riverside.

Droser är huvudförfattare till en nyligen publicerad artikel i Annual Review of Earth and Planetary Sciences som beskriver de förhållanden som ledde till uppkomsten av de tidigaste djuren under den sena Ediacaran-perioden (en era som varade från 635 till 540 miljoner år sedan) prekambrium, och de stadier av evolution som ledde till deras dominans. Klassificering har visat sig vara svårt för mjukkroppar Ediacara biota, eftersom deras kvarlevor är inneslutna i några av de äldsta stenarna på planeten. Dock, förenar attribut som flercellig, bilaterala kroppsformer och rörelser för att hitta mat har dykt upp de senaste åren. Droser sa att det var dags att sammanställa och syntetisera den publicerade forskningen om ämnet.

Även om forskare i stor utsträckning har krediterat Ediacaran för att hysa tidigt djurliv, forskare fokuserade främst på fossila avtryck av enskilda exemplar. Droser och hennes kollegor, James Gehling och Lidya Tarhan, tog ett annat tillvägagångssätt genom att undersöka mikrobiella texturer, bevis på rörlighet och artassociationer bland fossila bäddar för att samla ledtrådar om deras ekologi och evolution.

Genom att studera hur och varför tidiga djur slog sig ner eller flyttade, forskare kan få en inblick i livet för dessa sedan länge borta djur och de anpassningar de använde för att överleva, inklusive vilka typer av ytor de koloniserade och hur de reste och åt.

"En av de saker som vi tittar på är bevis på rörlighet, i motsats till organismen själv, sa Droser.

En mängd mobil information kan hittas om Ediacaran i spårfossiler, i form av "fotspår" som djuren lämnat efter sig när de rörde sig och interagerade med den omgivande miljön snarare än deras faktiska kroppsdelar.

"Vi tittar inte bara på de vackra fossilerna utan allt som finns där, " säger Droser. "Det är att titta på de konstiga och ovanliga sakerna som faktiskt ger mycket av insikten."

Rotliknande ankare som fäste havsfanliknande organismer till substratet, skrapmärken som lämnats av blötdjursliknande algätare, och gruvhålor som lämnats av maskliknande djur är alla exempel på de spår som dessa utdöda varelser lämnat efter sig.

Innan rovdjuren var allestädes närvarande, sedimentblandare och nedbrytare, det som samlades på havsbotten var inte bara organiskt material som föll till havsbotten utan också slemliknande lager av mikrober som täckte sandbotten som kallas mikrobiella mattor. "Tänk dammskum, säger Droser.

Utbudet och mångfalden av mikrobiella mattor som fungerade som fotfästet för Ediacara biota skulle visa sig vara ännu mer avgörande för ekologin i dessa gamla livsmiljöer. Mattorna erbjöd en alternativ väg från mikroskopiska alger och bakteriers fritt svävande livsstil som något för de nya och företagsamma arterna att fästa vid eller mata från på en skiftande havsbotten. Stabiliteten och miljökomplexiteten som de klibbiga mattorna ger gjorde den vidsträckta havsbotten beboelig.

Utseendet, diversifiering, och utvecklingen av Ediacara biota är oupplösligt kopplade till dessa mattor. Forskare har funnit att med uppkomsten av komplexa djur kommer framsteg i själva mikrobiella mattorna, avslöjar det ekologiska samspelet mellan arten, Säger Droser.

Tillkomsten av mobila taxa spelade den avgörande rollen att kolonisera andra mattor efter stora störningar, som stora stormar, och förhindrar därmed total utrotning av samhället. Mobila och orörliga djur utnyttjade de strukturella egenskaperna hos mattorna som representerade olika mikrobbryggningar, från mikrobiell hopsamling av sediment till ojämna strukturer som liknar "elefantskinn" eller "bubbeltåg".

Mikrobiella strukturer är ett sätt att förstå hur sediment, mikroorganismer och makroorganismer som interagerar för att producera konsorter av djur, eller sammansättningar, finns i regelbunden förening över fossilbäddar. Ediacarans stratigrafiska rekord visar tre olika grupper av djur som växte fram successivt - Avalon, Vita havet och Nama-sammansättningar – var och en med sina egna strategier för att utnyttja sin föränderliga miljö, spred sig och sedan avta innan många mötte evolutionära återvändsgränder.

Ediacaran, fylld av explosiv mångfald, såg den första uppkomsten av framgångsrika bilaterala djur som senare skulle ge upphov till jordens första ryggradsdjur, rörlighet, tidiga blötdjur, skelett, växtliknande reproduktion och befolkningskamper som konkurrens om resurser och utrymme, som alla är viktiga komponenter i moderna djurekosystem idag.

"Vi skulle hävda att början av djurlivet som vi känner det börjar i prekambrium, " säger Droser. "När du kommer till Kambrium, alla de stora grupperna är etablerade."

Droser sa att studier av ekologi och evolution före den kambriska explosionen ger viktiga insikter om hur de tidiga stadierna av evolutionen av komplext liv kan spela ut på andra planeter.

"Det är mycket billigare och lättare att gå tillbaka i tiden på vår egen planet och fråga, Droser säger, "'Hur interagerade atmosfären och havets kemi med naturen hos prokaryoter, eukaryot och flercellig evolution för att producera en planet med detta komplexa gröna avskum runt omkring?"

Den här historien återpubliceras med tillstånd av NASAs Astrobiology Magazine. Utforska jorden och bortom på www.astrobio.net.