Według naukowców poziom tlenu w ziemskiej atmosferze „zmieniał się dziko” miliard lat temu, tworząc warunki, które mogły przyspieszyć rozwój wczesnych zwierząt.

Jak wahania poziomu tlenu mogły przyspieszyć ewolucję zwierząt

Naukowcy uważają, że tlen atmosferyczny ewoluował w trzech stadiach, począwszy od Wielkiego Wydarzenia Utleniania około dwa miliardy lat temu, kiedy tlen pojawił się po raz pierwszy w atmosferze, jak podaje ScienceDaily.

Trzeci etap miał miejsce około 400 milionów lat temu, kiedy tlen atmosferyczny osiągnął obecny poziom.

Nie wiadomo, co wydarzyło się podczas drugiego etapu, znanego jako era neoproterozoiczna, która rozpoczęła się około miliarda lat temu i trwała około 500 milionów lat, kiedy to pojawiły się wczesne formy życia zwierzęcego.

Naukowcy próbowali odpowiedzieć na pytanie: „Czy było coś niezwykłego w zmianach poziomu tlenu w erze neoproterozoiku, co mogło odegrać kluczową rolę we wczesnej ewolucji zwierząt?” Czy poziom tlenu wzrósł nagle czy stopniowo?

Wczesne skamieniałości zwierzęce, znane jako Ediacaran biota, wielokomórkowe organizmy wymagające tlenu, zostały odkryte w skałach osadowych sprzed 541 do 635 milionów lat.

Zespół badawczy kierowany przez Uniwersytet w Leeds i wspierany przez uniwersytety w Lyonie, Exeter i UCL wykorzystał pomiary różnych form węgla lub izotopów węgla, znalezionych w skałach wapiennych pobranych z płytkich mórz, aby spróbować odpowiedzieć na to pytanie.

Naukowcy byli w stanie obliczyć poziomy fotosyntezy, które istniały miliony lat temu i wywnioskować poziomy tlenu atmosferycznego na podstawie stosunków izotopów różnych odkrytych rodzajów węgla.

W wyniku obliczeń byli w stanie stworzyć rekord poziomu tlenu w atmosferze w ciągu ostatnich 1,5 miliarda lat, który mówi nam, ile tlenu dyfundowałoby do oceanu, aby wspierać wczesne życie morskie.

Dr Alex Krause, główny naukowiec projektu i modelarz biogeochemiczny, który ukończył doktorat. w School of Earth and Environment w Leeds powiedział, że odkrycia zapewniają nowe spojrzenie na to, jak zmienia się poziom tlenu na Ziemi.

„Wczesna Ziemia była beztlenowa, pozbawiona tlenu atmosferycznego przez pierwsze dwa miliardy lat swojego istnienia”, kontynuował, „a potem poziom tlenu zaczął wzrastać, co jest znane jako Wielkie Utlenianie”.

Naukowcy wcześniej wierzyli, że po Wielkim Zdarzeniu Utleniającym poziom tlenu był albo niski, a następnie wzrósł tuż przed wyewoluowaniem pierwszych zwierząt, albo że poziom tlenu był wysoki przez wiele milionów lat przed pojawieniem się zwierząt.

Na długo przed pojawieniem się życia zwierzęcego istniała oscylacja między wysokim i niskim poziomem tlenu.

Widzimy okresy, w których środowisko oceaniczne, w którym żyły wczesne zwierzęta, miało dużo tlenu, a następnie okresy, w których go nie było”.

Dr Benjamin Mills, który kieruje Grupą Modelowania Ewolucji Ziemi w Leeds i nadzorował projekt, stwierdził: „Ta okresowa zmiana warunków środowiskowych spowodowałaby presję ewolucyjną, powodując wyginięcie niektórych form życia i pojawienie się innych.

Według dr Millsa okresy natlenienia rozszerzyły tak zwane „przestrzenie nadające się do zamieszkania” części oceanu, w których poziom tlenu byłby wystarczająco wysoki, aby wspierać wczesne formy życia zwierzęcego.

Poziom tlenu na Ziemi może wpływać na jej klimat

Tlen stanowi obecnie około 21% gazów w ziemskiej atmosferze, ale poziom ten zmieniał się w czasie, jak podaje The Smithsonian Magazine.

Przez pierwsze kilka miliardów lat w atmosferze było bardzo mało tlenu.

Następnie, około 2,5 miliarda lat temu, fotosyntetyczne cyjanobakterie zaczęły dodawać tlen do atmosfery.

„Fotosynteza wytwarza tlen jako produkt uboczny. Jest on zużywany przez oddychanie” – wyjaśnia Chris Poulsen, klimatolog z University of Michigan i główny autor badania opublikowanego w Science.

Poulsen i jego koledzy badali klimat i rośliny późnego paleozoiku, kiedy zaczęli dyskutować, czy poziomy tlenu mogły wpływać na klimat w przeszłości.

Ponieważ badania wykazały, że atmosferyczny dwutlenek węgla był głównym czynnikiem wpływającym na klimat przez długi czas, większość ludzi zakładała, że ​​rola tlenu była znikoma.

Jednak modele komputerowe oparte na węglu nie były w stanie wyjaśnić wszystkiego w zapisie.

Na przykład cenomański, późna kreda, charakteryzująca się wysokim poziomem dwutlenku węgla i gwałtownymi temperaturami, ale modele z tego okresu zazwyczaj dają temperatury polarne i wskaźniki opadów, które są zbyt niskie w porównaniu z danymi z zapisu paleogeologicznego.

Poulsen zaczął więc modyfikować model klimatyczny, aby przetestować hipotezę dotyczącą tlenu, a wyniki wykazały, że zmiany w stężeniu tlenu miały wpływ poprzez szereg sprzężeń zwrotnych.

Zdaniem naukowców uwzględnienie wpływu tlenu w innych okresach może prowadzić do dokładniejszych modeli przeszłości planety.

Poulsen ostrzega jednak, że badania nie mają wpływu na to, co wiadomo o obecnym klimacie Ziemi.

Dzisiejszy klimat zmienia się, ponieważ poziom gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek węgla i metan, dramatycznie wzrasta, a tlen nie odgrywa żadnej roli.

Opracowanie; irme.pl