Atmosfera, okean i život na Zemlji bili su u interakciji tokom proteklih 500 i više miliona godina na načine koji su poboljšali uslove za napredovanje ranih organizama. Sada je interdisciplinarni tim naučnika napravio perspektivni članak o ovoj koevolucionoj istoriji, objavljen u National Science Reviev.
„Jedan od naših zadataka bio je da sumiramo najvažnija otkrića o ugljen-dioksidu i kiseoniku u atmosferi i okeanu u poslednjih 500 miliona godina“, kaže profesor geohemije Univerziteta Sirakuza Zunli Lu, glavni autor rada. „Razgledali smo kako su te fizičke promene uticale na evoluciju života u okeanu. Ali to je dvosmerna ulica. Evolucija života je takođe uticala na hemijsko okruženje. Nije trivijalan zadatak razumeti kako izgraditi nastanjivu Zemlju tokom dužeg vremenskog perioda. vremenske skale“.
Tim sa Univerziteta Sirakuza, Univerziteta Oksford i Univerziteta Stanford istražio je zamršene povratne informacije između drevnih oblika života, uključujući biljke i životinje, i hemijsko okruženje u trenutnom fanerozojskom eonu, koji je počeo pre otprilike 540 miliona godina.
Na početku fanerozoika, nivoi ugljen-dioksida u atmosferi su bili visoki, a nivoi kiseonika niski. Takvo stanje bi bilo teško za mnoge moderne organizme da napreduju. Ali okeanske alge su to promenile. Oni su apsorbovali ugljen-dioksid iz atmosfere, zaključali ga u organsku materiju i proizveli kiseonik fotosintezom.
Nivo kiseonika je uticao na sposobnost životinja da žive u okruženju okeana. Lu proučava gde i kada je nivo kiseonika u okeanu mogao porasti ili opasti tokom fanerozoika koristeći geohemijske proksije i simulacije modela. Koautor Džonatan Pejn, profesor nauka o Zemlji i planetama na Univerzitetu Stanford, upoređuje procenjene metaboličke potrebe drevne životinje sa mestima gde je preživela ili nestala u fosilnom zapisu.
Kako su fotosintetske alge uklanjale atmosferski ugljenik u sedimentne stene da bi smanjile ugljen-dioksid i podigle nivo kiseonika, enzimi algi su postali manje efikasni u fiksiranju ugljenika. Zbog toga su alge morale da stvore komplikovanije načine fotosinteze na nižim nivoima ugljen-dioksida i višim nivoima kiseonika, i to su postigle stvaranjem unutrašnjih pregrada za fotosintezu sa kontrolom nad hemijom.
„Čini se da su promene u odnosu O 2 /CO 2 u životnoj sredini ključne za poboljšanje fotosintetske efikasnosti“, kaže koautor Rosalind Rikabi, profesor geologije na Oksfordu. „Ono što je zaista intrigantno je da su ova poboljšanja u fotosintetičkoj efikasnosti možda proširila hemijski omotač nastanjivosti za mnoge oblike života.“
Drevni fotosintezatori morali su da se prilagode promenama u fizičkom okruženju koje su sami stvorili, primećuje Lu. „Prvi deo istorije fanerozoika je povećanje nastanjivosti za život, a zatim je drugi deo adaptacija.“
Ako naučnici žele dalje da razumeju ovu interakciju između života i fizičkog okruženja, kao i pokretače i ograničenja nastanjivosti, autori predlažu da se mapiraju prostorni obrasci kiseonika u okeanu, biomarkeri za fotosintezu i metaboličku toleranciju životinja prikazanih u fosilnim zapisima biće ključni budući pravac istraživanja.
