Ilt forbundet med boomet og busten af ​​den tidlige dyreevolution

Ekstreme udsving i atmosfæriske iltniveauer svarede til evolutionære stigninger og udryddelser i dyrenes biodiversitet under den kambriske eksplosion, finder ny undersøgelse ledet af UCL og University of Leeds.

Den kambriske eksplosion var en afgørende periode med hurtig udvikling i komplekse dyr, der begyndte for omkring 540 millioner år siden. Udløseren for denne grundlæggende fase i dyrelivets tidlige historie er genstand for løbende biologisk debat.

Studiet, offentliggjort i dag i Natur Geovidenskab af forskere fra Storbritannien, Kina og Rusland, giver stærk støtte til teorien om, at iltindholdet i atmosfæren var en vigtig kontrollerende faktor i dyrenes evolution.

Undersøgelsen er den første, der viser, at der under den kambriske eksplosion var en signifikant sammenhæng mellem stigninger i iltniveauer og udbrud i dyreudvikling og biodiversitet, samt udryddelseshændelser i perioder med lavt iltindhold.

Dr. Tianchen He, studie hovedforfatter og postdoc-forsker ved University of Leeds, begyndte denne forskning, mens han var på UCL. Han sagde:"De komplekse væsner, der opstod under den kambriske eksplosion, var forløberne for mange af de moderne dyr, vi ser i dag. Men fordi der ikke er nogen direkte registrering af atmosfærisk ilt i denne periode, har det været svært at afgøre, hvilke faktorer der kan har kickstartet dette afgørende punkt i evolutionen.

"Ved at analysere kulstof- og svovlisotoper fundet i gamle klipper, vi er i stand til at spore iltvariationer i Jordens atmosfære og lavvandede oceaner under den kambriske eksplosion. Sammenlignet med fossiliserede dyr fra samme tid kan vi tydeligt se, at evolutionære strålinger følger et mønster af 'boom og bust' i takt med iltniveauerne.

"Dette tyder stærkt på, at ilt spillede en afgørende rolle i fremkomsten af ​​det tidlige dyreliv."

Studie medforfatter professor Graham Shields fra UCL Earth Sciences, sagde:"Dette er den første undersøgelse, der klart viser, at vores tidligste dyreforfædre oplevede en række evolutionære strålinger og flaskehalse forårsaget af ekstreme ændringer i atmosfæriske iltniveauer.

"Resultatet var en sand eksplosion af nye dyreformer i mere end 13 millioner år af den kambriske periode. I den tid, Jorden gik fra at være befolket af simple, encellede og immobile organismer til at være vært for det vidunderlige udvalg af indviklede, energiske livsformer, vi ser i dag."

Holdet analyserede kulstof- og svovlisotoperne fra marine karbonatprøver indsamlet fra sektioner langs Aldan- og Lena-floderne i Sibirien. Under tiden for den kambriske eksplosion ville dette område have været et lavt hav og hjemsted for størstedelen af ​​dyrelivet på Jorden.

De lavere kambriske lag i Sibirien er sammensat af kontinuerlige kalksten med rige fossile optegnelser og pålidelige aldersbegrænsninger, levere passende prøver til de geokemiske analyser. Isotopsignaturerne i klipperne relaterer sig til den globale produktion af ilt, gør det muligt for holdet at bestemme iltniveauet i det lavvandede hav og atmosfæren i den kambriske periode.

Studie medforfatter Dr. Benjamin Mills, fra School of Earth and Environment i Leeds, sagde:"Den sibiriske platform giver os et unikt vindue ind i de tidlige marine økosystemer. Dette område indeholder over halvdelen af ​​al aktuelt kendt forstenet mangfoldighed fra den kambriske eksplosion.

"Ved at kombinere vores isotopmålinger med en matematisk model kan vi spore pulserne af kulstof og svovl, der kommer ind i sedimenterne i denne kritiske evolutionære vugge. Vores model bruger denne information til at estimere den globale balance mellem iltproduktion og -destruktion, giver os ny indsigt i, hvordan ilt formede det liv, vi har på planeten i dag. "

Studie medforfatter Maoyan Zhu fra Nanjing Institut for Geologi og Palæontologi, det kinesiske videnskabsakademi, sagde:"Forståelse af, hvad der udløste den kambriske eksplosion, kræver tværfaglig undersøgelse. Det er derfor, vi sammen med Graham Shields organiserede et så tværfagligt hold finansieret af NERC og NSFC i de seneste år. Jeg er så begejstret for resultaterne gennem dette samarbejdsprojekt."

"På den anden side, det tog lang tid at få dette resultat. Vi fik allerede prøver fra Sibirien i 2008. Sektionerne i Sibirien er svære at komme til. Det tog tid for os at organisere ekspeditionen og samle prøverne der. Uden støtte fra russiske kolleger, vi kunne ikke klare projektet. "

Medforfatter af undersøgelsen Andrey Yu Zhuravlev fra Lomonosov Moscow State University sagde:"Dette har været en utrolig vellykket og spændende fælles undersøgelse. Spørgsmålet om den kambriske eksplosionsudløser har undret videnskabsmænd i årevis. Nu, resultaterne giver os overbevisende beviser for at forbinde dyrs hurtige fremkomst samt masseudryddelse under det tidlige kambrium med ilt."

Papiret Mulige forbindelser mellem ekstreme iltforstyrrelser og kambriumstråling fra dyr er publiceret i Natur Geovidenskab 06. maj 2019.