Novo istraživanje pruža do sada najjasnije dokaze da je kambrijska eksplozija – brzi nalet evolucije pre 540 miliona godina, mogla biti izazvana samo malim povećanjem nivoa kiseonika u Zemljinoj atmosferi i plitkim vodama okeana.
Nova studija objavljena danas u Nature Geoscience okuplja skupove podataka međunarodnog konzorcijuma naučnika kako bi pokazala da su manja povećanja kiseonika možda bila dovoljna da pokrenu velike evolucione skokove uočene u fosilnim zapisima.
Glavni autor studije dr Ričard Stoki, paleobiolog sa Univerziteta Sautempton koji je radio na istraživanju kao doktor nauka. student na Univerzitetu Stanford, rekao je: „Kembrijska eksplozija je bila izuzetan period brze diverzifikacije života na Zemlji. Ranije se život sastojao od jedne ćelije i malih višećelijskih organizama.
„Onda, u roku od 20 ili 30 miliona godina, geološki treptaj, vidimo da se pojavljuju različita čudna i složena stvorenja sa novim planovima tela i karakteristikama kao što su mineralizovane školjke, dodaci za hvatanje i složeni čulni organi poput očiju.
Decenijama, naučnici su teoretizirali da je kambrijska eksplozija bila izazvana naglim porastom atmosferskog kiseonika koji je kiseonik u drevnom okeanu približio savremenim nivoima. Ali dokazi za ovo su rasuti i, u nekim slučajevima, kontradiktorni.
Sprovođenjem sveobuhvatne analize podataka velikih razmera, istraživači su identifikovali samo mali porast atmosferskog kiseonika u vreme kambrijske eksplozije.
„Životinjama Kambrija verovatno nije bilo potrebno toliko kiseonika kao što su naučnici verovali. Pronašli smo manja povećanja oksigenacije koja su na tačnoj veličini da izazovu velike promene u ekologiji“, kaže viši autor studije Erik Sperling, vanredni profesor Zemlje i planeta. nauke na Stanford Doerr School of Sustainabiliti koji vodi konzorcijum.
Većina životinja je u to vreme živela u plitkoj vodi, a mešanje izazvano vetrom i talasima bi oksigenisalo ove oblasti čak i dok je dublji okean ostao nepromenjen.
„To nije veliko povećanje kiseonika, ali bi moglo biti dovoljno da se pređu kritični ekološki pragovi, na osnovu onoga što vidimo u modernim oblastima sa prirodno niskim kiseonikom“, dodaje Sperling.
Istraživači su takođe pronašli dokaze da se nivoi kiseonika u dubokom okeanu nisu približili onima u modernim morima sve do oko 140 miliona godina nakon kambrijske eksplozije – mnogo kasnije nego što se ranije mislilo.
Dr Stoki kaže: „Iz globalne perspektive, nismo videli punu oksigenaciju okeana do skoro modernog nivoa sve do pre oko 400 miliona godina, otprilike u vreme kada vidimo pojavu velikih šuma na kopnu.
Da bi istražili promene kiseonika tokom 700 miliona godina Zemljine istorije, istraživači su ispitali podatke koji pokazuju nivoe uranijuma i molibdena u crnom škriljcu – sedimentnoj steni formiranoj u sredinama sa niskim sadržajem kiseonika na dnu drevnih okeana.
Ovi metali se akumuliraju u sedimentu kada je kiseonik nizak, tako da njihova koncentracija u crnom škriljcu ukazuje na prethodne nivoe kiseonika u okeanu.
Prethodne studije su primetile povećanje metala u tragovima u crnom škriljcu tokom kambrijske eksplozije, ali one su uglavnom zasnovane na podacima sa pojedinačnih terenskih lokacija, gde lokalni faktori kao što je povećanje organskog ugljenika mogu povećati koncentraciju metala u tragovima.
Koristeći statističke tehnike i tehnike mašinskog učenja, istraživači su analizirali podatke u mnogo većoj skali i koristili okeanografske modele za procenu istorijskih nivoa kiseonika.
„Otkrili smo da su promene u organskom ugljeniku u crnom škriljcu izazvale mnoge promene u metalima u tragovima koje su naučnici videli u poslednjih 15 ili 20 godina“, kaže dr Stoki. „Tek 140 miliona godina nakon kambrijske eksplozije, u devonskom periodu, vidimo da se metali u tragovima povećavaju brzinom koja bi ukazivala na oksigenaciju čitavog okeana.“
Podaci o crnim škriljcima prikupljeni su u okviru Projekta sedimentne geohemije i paleoekologije, prvog u svom konzorcijumu za istraživanje na terenu koji objedinjuje geohemijske podatke u standardizovanu bazu podataka za analizu velikih razmera.
„To je veoma drugačiji pristup nego što smo ranije koristili na terenu“, kaže Sperling, koji je pokrenuo konzorcijum 2015. „Svaka pojedinačna istraživačka grupa, uključujući i našu, još uvek izlazi na teren i dobija snimak onoga što se dešava ali onda se moramo svi okupiti da analiziramo stvari.“
Analitički alat koji je dr Stoki razvio za ovaj rad mogao bi pomoći istraživačima da razumeju ne samo drevne nivoe kiseonika, već i temperaturu, snabdevanje hranom i druge potencijalne pokretače rane evolucije. Članovi konzorcijuma takođe prikupljaju nove podatke kako bi popunili periode geološkog vremena koji su nedovoljno uzorkovani i sprovode analize koje se proširuju na starije i mlađe vremenske intervale.
„Da bismo iskoristili moć ovih naprednijih pristupa nauci o podacima, posebno za geološke podatke, potrebno je da svi govore isti jezik“, kaže dr Stoki. „Ovaj pristup nauke o podacima koji je vođen zajednice omogućio nam je da budemo mnogo sigurniji u način na koji rekonstruišemo evoluciju Zemlje u prostoru i vremenu.“
