Hvordan svingende iltniveauer kan have accelereret dyrenes udvikling

Iltniveauet i Jordens atmosfære har sandsynligvis "fluktueret vildt" for 1 milliard år siden, hvilket har skabt forhold, der kunne have fremskyndet udviklingen af ​​det tidlige dyreliv, ifølge ny forskning.

Forskere mener, at atmosfærisk ilt udviklede sig i tre faser, begyndende med det, der er kendt som den store oxidationsbegivenhed for omkring 2 milliarder år siden, da ilt først dukkede op i atmosfæren. Den tredje fase, for omkring 400 millioner år siden, så atmosfærisk ilt stige til niveauer, der eksisterer i dag.

Det, der er usikkert, er, hvad der skete under anden fase, i en tid kendt som den neoproterozoiske æra, som startede for omkring 1 milliard år siden og varede i omkring 500 millioner år, i hvilken tid tidlige former for dyreliv dukkede op.

Spørgsmålene forskerne har forsøgt at besvare er:Var der noget ekstraordinært ved ændringerne i iltniveauer i den neoproterozoiske æra, som kan have spillet en central rolle i dyrs tidlige udvikling? Steg iltniveauet pludseligt, eller var der en gradvis stigning?

Fossilerede spor af tidlige dyr - kendt som Ediacaran biota, flercellede organismer, der krævede ilt - er blevet fundet i sedimentære bjergarter, der er 541 til 635 millioner år gamle.

For at prøve at besvare spørgsmålene brugte et forskerhold ved University of Leeds, støttet af universiteterne i Lyon, Exeter og UCL, målinger af de forskellige former for kulstof eller kulstofisotoper, der findes i kalkstensklipper taget fra lavvandede hav. Baseret på isotopforholdene mellem de forskellige typer af fundne kulstof, var forskerne i stand til at beregne fotosynteseniveauer, der eksisterede for millioner af år siden, og udlede atmosfæriske iltniveauer.

Som et resultat af beregningerne har de været i stand til at producere en registrering af iltniveauer i atmosfæren over de sidste 1,5 milliarder år, som fortæller os, hvor meget ilt der ville have diffunderet ud i havet for at understøtte det tidlige havliv.

Dr. Alex Krause, en biogeokemisk modelbygger, der afsluttede sin ph.d. i School of Earth and Environment i Leedsand var den ledende videnskabsmand på projektet, sagde resultaterne giver et nyt perspektiv på den måde, hvorpå iltniveauet ændrede sig på Jorden.

Han tilføjede:"Den tidlige Jord var i de første 2 milliarder år af dens eksistens anoxisk, blottet for atmosfærisk ilt. Så begyndte iltniveauet at stige, hvilket er kendt som den store oxidationsbegivenhed.

"Indtil nu havde forskere troet, at efter den store oxidationsbegivenhed var iltniveauet enten lavt og derefter skudt op lige før vi så de første dyr udvikle sig, eller at iltniveauet var højt i mange millioner år, før dyrene kom.

"Men vores undersøgelse viser, at iltniveauerne var langt mere dynamiske. Der var en svingning mellem høje og lave niveauer af ilt i lang tid, før tidlige former for dyreliv dukkede op. Vi ser perioder, hvor havmiljøet, hvor tidlige dyr levede, ville har haft rigeligt med ilt – og så perioder, hvor det ikke har.

Dr. Benjamin Mills, som leder Earth Evolution Modeling Group i Leeds og overvågede projektet, sagde:"Denne periodiske ændring i miljøforhold ville have frembragt evolutionære pres, hvor nogle livsformer kan være uddøde, og nye kunne dukke op."

Dr. Mills sagde, at de iltede perioder udvidede, hvad der er kendt som "beboelige rum" - dele af havet, hvor iltniveauet ville have været højt nok til at understøtte tidlige dyrelivsformer.

Han sagde:"Det er blevet foreslået i økologisk teori, at når du har et beboeligt rum, der udvider sig og trækker sig sammen, kan dette understøtte hurtige ændringer i mangfoldigheden af ​​biologisk liv.

"Når iltniveauet falder, er der et alvorligt miljøpres på nogle organismer, som kan føre til udryddelse. Og når det iltrige vand udvider sig, giver det nye rum de overlevende mulighed for at stige til økologisk dominans.

"Disse udvidede beboelige rum ville have varet i millioner af år, hvilket giver masser af tid for økosystemer til at udvikle sig."

Forskningen er publiceret i Science Advances .