Drei entscheidende Faktoren für das Massensterben am Ende des Perm

Vor 252 Millionen Jahren führten Vulkanausbrüche zu massiven Klimaveränderungen. Weltweit starben dadurch etwa 75 Prozent aller Landorganismen und etwa 90 Prozent aller Meeresorganismen aus. Dr. William Foster vom Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg und Kollegen haben nun mithilfe einer neuen Form des maschinellen Lernens die Ursachen des Massensterbens in den Ozeanen entschlüsselt. Dies war möglich, weil der „maschinelle“ Teil des maschinellen Lernens normalerweise eine „Black Box“ ist, aber Dr. Foster und Kollegen haben es geschafft, diese Box zu öffnen: Sie haben nicht nur festgestellt, welche Organismen ausgestorben sind und welche überlebt haben – sondern auch warum. Ihre Ergebnisse wurden gerade in der Zeitschrift veröffentlicht Paläobiologie.

Das Ende des Perm war geprägt vom größten Massensterben der Erdgeschichte. Vor 252 Millionen Jahren führte eine Reihe von Vulkanausbrüchen in Sibirien zu einer massiven Freisetzung von Treibhausgasen. Im Laufe der nächsten Jahrtausende erwärmte sich das Klima schließlich um 10 Grad. Als Folge starben an Land etwa 75 Prozent aller Organismen aus; in den Ozeanen waren es etwa 90 Prozent.

Durch die Analyse, wie die heute ausgestorbenen Meeresorganismen einst lebten, konnten Dr. Foster und sein Team ihr Aussterben direkt mit den folgenden Klimaveränderungen in Verbindung bringen: sinkender Sauerstoffgehalt im Wasser, steigende Wassertemperaturen und höchstwahrscheinlich auch Ozeanversauerung.

Diese Veränderungen ähneln aktuellen Trends. „Natürlich lassen sich unsere Erkenntnisse zum Perm nicht eins zu eins auf den modernen Klimawandel übertragen. Dazu sind die beiden Klimasysteme viel zu unterschiedlich“, sagt Geowissenschaftler Foster. „Dennoch zeigen sie, welche Eigenschaften entscheidend für das Überleben oder Aussterben eines Organismus waren – unter ähnlichen Bedingungen. Das kann uns wertvolle Hinweise darauf liefern, wer oder was in Zukunft am stärksten gefährdet sein wird.“

Insbesondere analysierte das Team mehr als 25.000 Aufzeichnungen zu 1.283 Gattungen fossiler Meeresorganismen wie Muscheln, Schnecken, Schwämme, Algen und Krebstiere aus der Region Südchina – die alle mineralische Skelette oder Schalen hatten. Ihre versteinerten Überreste lassen sich mit einer speziellen Methode datieren und bieten Einblicke in Millionen Jahre alte Meeresökosysteme. Das Team stützte sich auch auf eine riesige Datenbank, die zusätzliche Informationen zu verschiedenen ökologischen Aspekten der Lebensweise dieser Organismen bietet.

Für jede Gattung wurden 12 dieser Kriterien analysiert. Machten bestimmte Merkmale es wahrscheinlicher, dass ein bestimmter Organismus unter den am Ende des Perm vorherrschenden Bedingungen überlebte – oder nicht? Mit Hilfe des maschinellen Lernens, einer Methode aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz, wurden all diese Faktoren gemeinsam und gleichzeitig analysiert. Dabei traf die Maschine gewisse rationale Entscheidungen im Wesentlichen selbst. Anschließend verglich das Team die Ergebnisse: Welche Organismen gab es vor, während und nach dem Massensterben?

Ihre Ergebnisse zeigen die vier Faktoren, die am wichtigsten dafür waren, ob Organismen das Ende des Perm überlebten oder nicht: Wo sie im Wasser lebten, die Mineralisierung ihrer Schalen, die Artenvielfalt innerhalb ihrer Gattung und ihre Empfindlichkeit gegenüber Versauerung.

Dr. Foster sagt: „Aber bei früheren maschinellen Lernanwendungen konnten wir nicht sagen, wie die Maschine ihre Entscheidungen traf.“

Mit einer neu implementierten Methode aus der Spieltheorie ist es Dr. Foster nun gelungen, diesen Aspekt zu enträtseln. „Einige Tiere lebten in tieferem Wasser. Hier zeigt die Maschine, dass der sich verschärfende Sauerstoffmangel ein Risiko darstellte. Tiere, die näher an der Oberfläche lebten, hatten dagegen mit steigenden Wassertemperaturen zu kämpfen Habitat, du kannst nirgendwo hingehen, wenn dieses spezifische Habitat unbewohnbar wird.“

Somit zeigen die Ergebnisse, welche Eigenschaften der Organismen als potenziell tödlich eingestuft wurden. Das Team konnte schließlich bestätigen, dass das Massensterben direkt auf Sauerstoffmangel, steigende Wassertemperaturen und Versauerung zurückzuführen ist – was darauf hindeutet, dass dies in einer zukünftigen Klimakrise auch langfristig die drei Hauptursachen für das Aussterben sein könnten.