Niewielki wzrost poziomu tlenu może doprowadzić do gigantycznych zmian na Ziemi?

Eksplozja kambryjska była okresem w historii naszej planety, w którym nagle pojawiła się ogromna liczba różnych złożonych form życia. Nastąpiło to między 543 i 530 mln lat temu, na początku kambru. Wydarzenie to było tak wielkie, że wyznaczyło początek nowej ery (ery paleozoicznej) oraz fanerozoiku.

Wcześniej życie na Ziemi składało się głównie z organizmów jednokomórkowych i małych organizmów wielokomórkowych. Dlatego też zastanawiające jest, że w przeciągu zaledwie kilkunastu milionów lat (jest to mrugnięcie oka w istnieniu Błękitnej Planety) wyłoniła się ogromna różnorodność złożonych istot.

Dodatkowym zagadkowym elementem tej układanki jest to, że zwierzęta wykształciły wówczas cały wachlarz różnych form ciał z charakterystycznymi cechami, takimi jak muszle, wyrostki, czy też wcześniej nienotowane wysoce skomplikowane narządy zmysłów, np. oczy.

Charles Darwin twierdził, że nagłe pojawienie się nowych zwierząt w zapisie kopalnym jest poważnym wyzwaniem dla jego teorii ewolucji. Do tej pory nie wyjaśniono do końca, co odpowiada za tę ewolucyjną eksplozję życia.

Od dziesiątek lat naukowcy zastanawiają się, co mogło być odpowiedzialne za eksplozję kambryjską. Wcześniej uważano, że stał za tym nagły i duży wzrost tlenu atmosferycznego, przez co zwiększył się poziom tlenu w oceanach. Jednakże dowody przemawiające za takim scenariuszem są mocno ograniczone, niekiedy są wręcz sprzeczne.

Jak mówi dr Richard Stockey z University of Southampton: - Równoważyliśmy wiele różnych linii dowodowych, opierając się na składzie chemicznym starożytnych osadów. Niektóre z nich zdawały się wskazywać na duże natlenienie w okolicach eksplozji kambryjskiej, podczas gdy inne, że taka skala natlenienia nastąpiła dopiero około 140 milionów lat później.

Naukowcy w swoich nowych badaniach wykonali kompleksową i wielkoskalową analizę danych. Wykorzystano tutaj uczenie maszynowe oraz skomplikowane metody statystyczne. Ujawniły one, że w czasie eksplozji kambryjskiej nastąpił jedynie niewielki wzrost poziomu tlenu atmosferycznego, co przeczy wcześniej utartym przekonaniom.

Podstawą do tych twierdzeń była m.in. analiza poziomu uranu i molibdenu znajdujących się w skałach osadowych - poziom ich stężenia wiązany jest ze środowiskami o niskiej zawartości tlenu w starożytnych oceanach.

- Dopiero 140 milionów lat po eksplozji kambryjskiej, w okresie dewonu, widzimy wzrost ilości metali śladowych w tempie, które wskazywałoby na natlenienie całego oceanu - wyjaśnił Stockey.

Badacze jednocześnie uważają, że: "Nasze analizy dowodzą ponadto istnienia trwałych zmian w natlenieniu i produktywności ocean-atmosfera w dłuższych skalach czasowych niż ediakarańsko-kambryjskie oscylacje natlenienia ocean-atmosfera".

Stockey stwierdził także: - Wykazaliśmy, że te zmiany w natlenieniu oceanów prawdopodobnie miały miejsce w czasie, gdy mogły odegrać kluczową rolę w głównych zmianach ekologicznych i ewolucyjnych, które obserwujemy podczas tak zwanej eksplozji kambryjskiej. Jestem naprawdę podekscytowany, że mogę dalej badać, w jakim stopniu te zmiany naprawdę doprowadziły do zmian na Ziemi.

Naukowcy w swoim artykule piszą: "Rekonstruujemy umiarkowany, długoterminowy wzrost zawartości tlenu w atmosferze i produktywności mórz. Te zmiany w systemie Ziemi spowodowałyby zwiększenie ilości rozpuszczonego tlenu i pożywienia w siedliskach płytkich wód w szerokim przedziale czasu geologicznego, w którym główne grupy zwierząt po raz pierwszy się pojawiły". Jednocześnie badania ujawniły, że "zmniejszenie kluczowych stresorów ekofizjologicznych było oddolnymi czynnikami napędzającymi" ewolucję zwierząt.

Stwierdzają także: "Podejście to dostarcza jednych z najbardziej bezpośrednich dowodów na potencjalne fizjologiczne czynniki wywołujące eksplozję kambryjską, podkreślając jednocześnie znaczenie natlenienia w późniejszym paleozoiku w ewolucji współczesnego układu ziemskiego".

Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Naukowym Geoscience.