Mikrober sætter scenen for de første dyr

Det antages, at dyreliv først opstod under Ediacaran-perioden, mellem 635 og 541 millioner år siden, men disse organismer lignede kun lidt med de dyr, vi kender i dag. Det har fået nogle videnskabsmænd til at tro, at de måske slet ikke har været dyr, og i stedet udgjorde mislykkede eksperimenter i multicellulær evolution.

Resterne af disse mærkelige skabninger, hvoraf de fleste ikke har tegn på et kredsløbs- eller fordøjelsessystem, stort set forsvundet fra rockpladen i begyndelsen af ​​den kambriske periode, 541 millioner år siden. At sammensætte et billede af Ediacaran-miljøet er nøglen til at forstå mere om disse gådefulde makroorganismer. Et forskerhold afslører palæo-miljøet i denne tidsperiode ved at studere den fjerntliggende Khatyspyt-formation, en række sedimentære bjergarter over polarcirklen i Sibirien, der blev lagt ned, da området var et lavvandet havsokkelmiljø.

Geolog Huan Cui fra University of Wisconsin-Madison og kolleger diskuterer deres resultater i et nyligt papir, Redox-afhængig fordeling af tidlige makroorganismer:Beviser fra den terminale Ediacaran Khatyspyt-formation i det arktiske Sibirien, " offentliggjort i tidsskriftet Palæogeografi, Palæoklimatologi, Palæøkologi .

Ediacaran-dyrene var bløde, uden skaller eller skeletter, og deres fossiler er mest typisk bevaret som forme eller afstøbninger, som fodspor i sandet. Ediacaran fossiler er blevet opdaget i finkornede sedimentære bjergarter såsom sandsten, som gør et dårligt stykke arbejde med at bevare paleo-miljøoplysninger. I Khatyspyt-formationen, imidlertid, nogle af fossilerne er begravet i velbevaret kalksten, som gør et godt stykke arbejde med at registrere disse skabningers antikke verden.

Paleo-miljøændringer gennem stenfølgen kan studeres ved kemostratigrafi, som ser på ændringerne i klippernes kemiske sammensætning over tid, efterhånden som de blev dannet. Forskerne så på mineralerne i disse klipper, inklusive pyrit, eller "narre guld, " for at måle svovlisotopsammensætningen gennem 130 lodrette meter af Khatyspyt-formationen. Pyrit studeres, da det giver spor til de mikrober, der har produceret det, og tilgængeligheden af ​​både mad og sulfat, som er nødvendige for at give næring til deres metaboliske aktiviteter.

Stenene i bunden af ​​bunken er ældre end dem i toppen, så at studere, hvordan svovlkemien ændrede sig gennem stenrækken, informerede Cui og hans kolleger om miljøvariationer over tid. Disse forskere fandt en dramatisk anomali i mængden af ​​svovlisotoper (smag af atomært svovl, der adskiller sig i antallet af neutroner, der tilføjer vægt til grundstoffet) i de forskellige lag, med den højeste koncentration af den tunge (der har flere neutroner) isotop i de øvre dele af formationen og den laveste i bunden af ​​den sedimentære bunke.

Svovlisotopanomalien stemmer overraskende godt overens med den bevarede fossiloptegnelse af Ediacara-biotas. De nederste 45 meter af sten er for det meste blottet for fossiler, mens de øvre regioner, hvor koncentrationen af ​​tung svovlisotop er højest, vrimler med dem. Forskerne spekulerer i, at de lette svovlisotoper i bunden af ​​stenfølgen højst sandsynligt skyldes spredningen af ​​anaerobe mikrober, der levede i det iltfrie vand i bassinet. Disse mikrober ville have ændret vandets kemi ved at producere giftigt svovlbrinte, hvilket ville gøre det ubeboeligt for dyrelivet.

"Vi spekulerer i, at de stærkt negative (svovlisotop) værdier i bunden af ​​rækkefølgen relaterer sig til anoxiske forhold, hvor mikroberne kunne leve i vandsøjlen, " forklarede hovedefterforskeren, Jay Kaufman. "Da processen danner sulfid, vi har mistanke om, at det er bygget op i den dybe vandsøjle, hvilket resulterer i euxiniske (sulfidiske) forhold."

Det euxiniske vand, der skabes som et resultat af disse anaerobe mikrober, har for meget sulfid og for lidt ilt til, at dyreliv kan eksistere, hvilket forklarer, hvorfor der ikke blev fundet dyrefossiler i den nederste del af formationen. "Disse euxiniske forhold kunne være blevet forstærket af kemisk forvitring, hvor sulfater blev bragt ind i havene, som dermed blev brændstof for mikroberne, " sagde Cui.

45 meter over bunden af ​​Khatyspyt-formationen, miljøforholdene tilsyneladende ændrede sig, og Ediacara-fossilerne begynder at dukke op. Det er på dette tidspunkt, at svovlisotoperne gradvist bliver tunge, hvilket kan have været resultatet af mindre vejrlig og dermed mindre sulfat tilgængeligt for mikroberne at bruge.

Ændringen fra euxiniske til ikke-euxiniske forhold i slutningen af ​​Ediacaran-perioden gjorde det muligt for Ediacaran-dyrene at kolonisere det nu mere oxiderede og beboelige hav, trods et samlet iltniveau i atmosfæren og havene, der var langt mindre end nutidens.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NASAs Astrobiology Magazine. Udforsk Jorden og videre på www.astrobio.net.