Eine der folgenreichsten Explosionen der Artenvielfalt auf der Erde – ein 30 Millionen Jahre dauernder Zeitraum explosiver evolutionärer Veränderungen, aus dem zahllose neue Arten hervorgingen – hat diese entscheidende Phase in der Geschichte des Lebens möglicherweise dem anspruchslosesten aller Lebewesen zu verdanken: den Würmern.
Das Graben und Wühlen prähistorischer Würmer und anderer Wirbelloser auf dem Meeresboden löste eine Kette von Ereignissen aus, die Sauerstoff ins Meer und in die Atmosphäre freisetzten und dazu beitrugen, das sogenannte Große Ordovizische Ereignis der Biodiversität vor etwa 480 Millionen Jahren in Gang zu setzen, wie neue Erkenntnisse von Forschern der Johns Hopkins University zeigen. veröffentlicht im Journal Geochemie und Kosmochemie.
„Es ist wirklich unglaublich, wie so kleine Tiere, die heute noch gar nicht existieren, den Lauf der Evolutionsgeschichte so tiefgreifend verändern konnten“, sagte die leitende Autorin Maya Gomes, Assistenzprofessorin am Institut für Erd- und Planetenwissenschaften. „Mit dieser Arbeit werden wir in der Lage sein, die Chemie der frühen Ozeane zu untersuchen und Teile der geologischen Aufzeichnungen neu zu interpretieren.“
Um besser zu verstehen, wie sich Veränderungen des Sauerstoffgehalts auf evolutionäre Großereignisse auswirkten, aktualisierten Gomes und ihr Forschungsteam Modelle, die den Zeitpunkt und die Geschwindigkeit der Sauerstoffzunahme über Hunderte von Millionen von Jahren detailliert beschreiben.
Sie untersuchten den Zusammenhang zwischen der Sedimentvermischung, die teilweise durch grabende Würmer verursacht wurde, und einem Mineral namens Pyrit, das eine Schlüsselrolle bei der Sauerstoffanreicherung spielt. Je mehr Pyrit sich bildet und unter Schlamm, Schlick oder Sand vergraben wird, desto mehr steigt der Sauerstoffgehalt.
Forscher haben Pyrit an neun Standorten entlang der Küste der Chesapeake Bay in Maryland gemessen, der als Indikator für die frühen Ozeanbedingungen dient. Standorte mit nur wenigen Zentimetern Sedimentdurchmischung enthielten wesentlich mehr Pyrit als Standorte ohne Durchmischung und Standorte mit tiefer Durchmischung.
Die Ergebnisse stellen bisherige Annahmen in Frage, wonach die Beziehung zwischen Pyrit und Sedimentvermischung in verschiedenen Lebensräumen und im Laufe der Zeit gleich geblieben sei, sagte Gomes.
Die allgemeine Auffassung war, dass Tiere, die Sedimente aufwühlten, indem sie sich in den Meeresboden gruben, neu ausgegrabenes Pyrit dem Sauerstoff im Wasser ausgesetzt und von diesem zerstört worden wäre, ein Prozess, der letztlich die Ansammlung von Sauerstoff in der Atmosphäre und im Ozean verhindern würde. Gemischte Sedimente wurden als Beweis dafür angesehen, dass der Sauerstoffgehalt konstant blieb.
Die neuen Daten deuten darauf hin, dass eine kleine Menge Sediment, die sich mit Wasser mit sehr niedrigem Sauerstoffgehalt vermischt, vergrabenen Pyrit, Schwefel und organischen Kohlenstoff gerade genug Sauerstoff ausgesetzt hätte, um die Bildung von mehr Pyrit anzustoßen.
„Es ist ein bisschen wie bei Goldlöckchen. Die Bedingungen müssen genau richtig sein. Man muss ein wenig mischen, um den Sauerstoff in das Sediment zu bringen, aber nicht so viel, dass der Sauerstoff den gesamten Pyrit zerstört und es zu keiner Nettoablagerung kommt“, sagte Kalev Hantsoo, Doktorand an der Johns Hopkins University und Erstautor des Artikels.
Als die Forscher diese neue Beziehung zwischen Pyrit und der Tiefe der Sedimentvermischung auf bestehende Modelle anwandten, stellten sie fest, dass der Sauerstoffgehalt über Millionen von Jahren relativ konstant blieb und dann während des Paläozoikums anstieg. Ein steiler Anstieg erfolgte dabei im Ordovizium.
Der zusätzliche Sauerstoff habe wahrscheinlich zum großen ordovizischen Ereignis der Biodiversität beigetragen, als neue Arten rasch gediehen, sagen die Forscher.
„Es gab schon immer die Frage, wie der Sauerstoffgehalt mit den Momenten in der Geschichte zusammenhängt, in denen die Evolutionskräfte zunahmen und man eine größere Vielfalt des Lebens auf dem Planeten sah“, sagte Gomes. „Im Kambrium gab es auch ein massives Artbildungsereignis, aber die neuen Modelle ermöglichen es uns, Sauerstoff auszuschließen und uns auf andere Dinge zu konzentrieren, die die Evolution während dieser Zeit vorangetrieben haben könnten.“
Mehr Informationen:
Kalev Hantsoo et al., Trends in der Pyritbildung in Flussmündungen weisen auf ein alternatives Modell für die paläozoische Pyritvergrabung hin, Geochemie und Kosmochemie (2024). DOI: 10.1016/j.gca.2024.04.018