Største masseudryddelse forårsaget af global opvarmning, der får havdyr til at gispe efter vejret

Den største udryddelse i Jordens historie markerede afslutningen på den permiske periode, omkring 252 millioner år siden. Længe før dinosaurerne, vores planet var befolket med planter og dyr, der for det meste blev udslettet efter en række massive vulkanudbrud i Sibirien.

Fossiler i gamle havbundsklipper viser et blomstrende og mangfoldigt havøkosystem, så et skår af lig. Omkring 96 procent af marine arter blev udslettet under "den store døende, " efterfulgt af millioner af år, hvor livet måtte formere sig og diversificeres igen.

Det, der har været diskuteret indtil nu, er præcis, hvad der gjorde havene ugæstfrie for liv - vandets høje surhedsgrad, metal- og sulfidforgiftning, fuldstændig mangel på ilt, eller blot højere temperaturer.

Ny forskning fra University of Washington og Stanford University kombinerer modeller af havforhold og dyremetabolisme med offentliggjorte laboratoriedata og palæoceanografiske optegnelser for at vise, at den permiske masseudryddelse i havene var forårsaget af global opvarmning, der gjorde, at dyr ikke kunne trække vejret. Efterhånden som temperaturerne steg, og havdyrs metabolisme tog fart, det varmere vand kunne ikke rumme nok ilt til at de kunne overleve.

Undersøgelsen er offentliggjort i 7. december-udgaven af Videnskab .

"Dette er første gang, at vi har lavet en mekanistisk forudsigelse om, hvad der forårsagede udryddelsen, som kan testes direkte med fossiloptegnelsen, som så giver os mulighed for at komme med forudsigelser om årsagerne til udryddelse i fremtiden, " sagde første forfatter Justin Penn, en UW doktorand i oceanografi.

Forskere kørte en klimamodel med Jordens konfiguration under Perm, da landmasserne blev kombineret i superkontinentet Pangaea. Før igangværende vulkanudbrud i Sibirien skabte en drivhusgasplanet, oceanerne havde temperaturer og iltniveauer svarende til nutidens. Forskerne hævede derefter drivhusgasserne i modellen til det niveau, der kræves for at gøre tropiske havtemperaturer ved overfladen omkring 10 grader Celsius (20 grader Fahrenheit) højere, matchende forhold på det tidspunkt.

Modellen gengiver de resulterende dramatiske ændringer i havene. Havene mistede omkring 80 procent af deres ilt. Omkring halvdelen af ​​oceanernes havbund, mest på dybere dybder, blev helt iltfri.

For at analysere virkningerne på marine arter, forskerne overvejede de varierende ilt- og temperaturfølsomheder hos 61 moderne marine arter - inklusive krebsdyr, fisk, skaldyr, koraller og hajer - ved hjælp af offentliggjorte laboratoriemålinger. Moderne dyrs tolerance over for høje temperaturer og lavt iltindhold forventes at ligne permiske dyr, fordi de havde udviklet sig under lignende miljøforhold. Forskerne kombinerede derefter artens træk med palæoklimasimuleringerne for at forudsige udryddelsens geografi.

"Meget få marine organismer opholdt sig i de samme levesteder, som de levede i - det var enten på flugt eller omkomme, " sagde anden forfatter Curtis Deutsch, en UW lektor i oceanografi.

Modellen viser de hårdest ramte organismer, der var mest følsomme over for ilt fundet langt fra troperne. Mange arter, der levede i troperne, uddøde også i modellen, men det forudsiger, at arter på høj breddegrad, især dem med højt iltbehov, var næsten helt udslettet.

For at teste denne forudsigelse, medforfattere Jonathan Payne og Erik Sperling på Stanford analyserede sen-permiske fossilfordelinger fra Paleoceanography Database, et virtuelt arkiv af offentliggjorte fossilsamlinger. Fossiloptegnelsen viser, hvor arter var før udryddelsen, og som blev udslettet fuldstændigt eller begrænset til en brøkdel af deres tidligere levested.

Den fossile optegnelse bekræfter, at arter langt fra ækvator led mest under begivenheden.

"Signaturen på den dræbermekanisme, klimaopvarmning og ilttab, er dette geografiske mønster, som er forudsagt af modellen og derefter opdaget i fossilerne, " sagde Penn. "Aftalen mellem de to indikerer, at denne mekanisme med klimaopvarmning og ilttab var en primær årsag til udryddelsen."

Undersøgelsen bygger på tidligere arbejde ledet af Deutsch, der viser, at når havene bliver varme, havdyrs stofskifte fremskyndes, hvilket betyder, at de kræver mere ilt, mens varmere vand holder mindre. Den tidligere undersøgelse viser, hvordan varmere oceaner skubber dyr væk fra troperne.

Den nye undersøgelse kombinerer de skiftende havforhold med forskellige dyrs stofskiftebehov ved forskellige temperaturer. Resultater viser, at de mest alvorlige virkninger af iltmangel er for arter, der lever nær polerne.

"Da tropiske organismers stofskifte allerede var tilpasset til ret varme, iltfattige forhold, de kunne bevæge sig væk fra troperne og finde de samme forhold et andet sted, " sagde Deutsch. "Men hvis en organisme var tilpasset til en forkølelse, iltrigt miljø, så ophørte disse forhold med at eksistere i de lavvandede oceaner."

De såkaldte "døde zoner", der er fuldstændig uden ilt, var for det meste under dybder, hvor arter levede, og spillede en mindre rolle i overlevelsesraterne." Ved slutningen af ​​dagen, det viste sig, at størrelsen af ​​de døde zoner virkelig ikke ser ud til at være nøglen til udryddelsen, " sagde Deutsch. "Vi tænker ofte på anoxi, fuldstændig mangel på ilt, som den betingelse du skal bruge for at få udbredt ubeboelighed. Men når man ser på tolerancen for lavt iltindhold, de fleste organismer kan udelukkes fra havvand ved iltniveauer, der ikke er tæt på anoxiske."

Opvarmning, der fører til utilstrækkelig ilt, forklarer mere end halvdelen af ​​tabet af havdiversitet. Forfatterne siger, at andre ændringer, såsom forsuring eller ændringer i produktiviteten af ​​fotosyntetiske organismer, sandsynligvis fungeret som yderligere årsager.

Situationen i det sene Perm - stigende drivhusgasser i atmosfæren, der skaber varmere temperaturer på Jorden - ligner i dag.

"Under et business-as-usual emissionsscenarier, i 2100 vil opvarmningen i det øvre hav have nærmet sig 20 procent af opvarmningen i den sene Perm, og i år 2300 vil den nå op på mellem 35 og 50 procent, " sagde Penn. "Denne undersøgelse fremhæver potentialet for en masseudryddelse som følge af en lignende mekanisme under menneskeskabte klimaændringer."