Vor ungefähr 540 Millionen Jahren gab es einen riesigen Boom in der Artenvielfalt auf der Erde. Die ersten größeren Tiere entwickelten sich in der heutigen sogenannten kambrischen Explosion. In der folgenden Zeit entwickelten sich die Tiere und wurden größer. Parallel zur Entwicklung der Tiere sank der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre, was die Strahlung vorübergehend drosselte. Die anschließende Sauerstoffzufuhr und das Wachstum von Algen haben jedoch der Nahrungskette Energie zugeführt und die Explosion des Lebens in Gang gesetzt. In einer neuen wissenschaftlichen Studie haben Forscher des GLOBE Institute an der Fakultät für Gesundheits- und Medizinwissenschaften der Universität Kopenhagen nun festgestellt, dass die Tiere selbst wahrscheinlich zu einer Anpassung des Sauerstoffgehalts beigetragen und damit indirekt ihre eigene Entwicklung gesteuert haben.
“Zum ersten Mal ist es uns gelungen, den Herzschlag der Erde zu messen – verstanden als die Dynamik zwischen dem Sauerstoffgehalt und der Produktivität auf der Erde. Wir haben festgestellt, dass nicht nur die Umwelt und der Sauerstoffgehalt die Tiere beeinflussen, sondern dass die Tiere höchstwahrscheinlich ebenfalls den Sauerstoffgehalt beeinflussen”, sagt Associate Professor Tais Wittchen Dahl vom GLOBE Institute.
Um zu verstehen, was den Sauerstoffgehalt auf der Erde kontrolliert, haben sich die Forscher mit Kalksteinen beschäftigt, der während der kambrischen Explosion vor 540-520 Millionen Jahren auf dem Meeresboden abgelagert wurde. Das Verhältnis von Uran-238 zu Uran-235 im Kalk hat gezeigt, wie viel Sauerstoff damals in den Ozeanen vorhanden war. So konnten die Forscher einige massive Schwankungen zwischen zwei extremen Bedingungen beobachten, bei denen der Meeresboden jeweils von sauerstoffhaltigen bzw. sauerstoffarmen Gewässern bedeckt war. Es sind diese globalen Schwankungen, zu denen die Tiere ihrer Meinung nach selbst beigetragen haben.
Während der kambrischen Explosion entwickelten sich die marinen Lebewesen. Sie wurden größer, begannen sich auf dem Meeresboden zu bewegen, fraßen sich gegenseitig und entwickelten Skelette und Schalen. Interessant ist vor allem die neue Beweglichkeit, denn die Tiere pflügten durch den Schlamm auf dem Meeresboden, und – als Ergebnis – wurde viel des im Wasser enthaltenen Phosphats stattdessen im Meeresboden gebunden. Phosphat ist ein Nährstoff für Algen in den Ozeanen, und Algen machen Photosynthese, wodurch Sauerstoff produziert wird.
“Weniger Phosphat produzierte weniger Algen, was im Laufe der geologischen Zeit zu weniger Sauerstoff auf der Erde führte und aufgrund der sauerstoffarmen Bedingungen zogen die größeren Tiere weg. Sobald die Tiere weg waren, konnte der Sauerstoffgehalt wieder ansteigen und günstige Lebensbedingungen schaffen und der Prozess wiederholte sich”, erklärt Wittchen Dahl.
“Auf diese Weise halfen die schlammgrabenden Tiere selbst, den Sauerstoffgehalt zu kontrollieren und die ansonsten explosive Evolution des Lebens zu verlangsamen. Mit einer völlig neuen Methode können wir wahrscheinlich nachweisen, dass eine solche Dynamik zwischen den Tieren und der Umwelt besteht. Und es ist eine sehr wichtige Entdeckung, um die Mechanismen zu verstehen, die den Sauerstoffgehalt auf der Erde kontrollieren.”
Das Verständnis der Mechanismen, die den Sauerstoffgehalt auf unserem Planeten kontrollieren, ist nicht nur für das Leben auf der Erde wichtig. Ein besseres Verständnis der Dynamik zwischen Sauerstoff und Leben – den Herzschlag der Erde – wird uns auch näher an ein grundlegendes Verständnis des möglichen Lebens auf anderen Planeten bringen.
“Sauerstoff ist ein Biomarker – einiges von dem, wonach man sucht, wenn man nach Leben an einem anderen Ort im Universum sucht. Und wenn das Leben an sich hilft, den Sauerstoffgehalt zu kontrollieren, ist es viel wahrscheinlicher, dass es auch dort Leben geben wird, wo Sauerstoff vorhanden ist”, sagt Wittchen Dahl.
Die Interpretation der Millionen Jahre alten Dynamik ist das Einzige, was einem globalen Experiment am nächsten kommt. Da es nicht möglich ist, zu testen, wie Sie heute den globalen Sauerstoffgehalt beeinflussen können, müssen Wissenschaftler stattdessen auf die Vergangenheit zurückgreifen, um ein Verständnis für die Dynamik des Herzschlags der Erde zu gewinnen – und auf diese Weise das Leben allein und auf anderen Planeten vielleicht ein wenig besser zu verstehen.
Veröffentlichung: Tais W. Dahl et al, Atmosphere–ocean oxygen and productivity dynamics during early animal radiations, Proceedings of the National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073/pnas.1901178116
Quelle: off. Pm der University of Copenhagen
Titelbildunterschrift: Die Geschichte der Fauna und Flora ist in Felsen konserviert, die sich in uralten Ozeanen gebildet haben. (Bild: Artem Kouchinsky)
Pia Gaupels
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