Ein Forschungsteam hat neue Einblicke in die mögliche Ursache der Kambrischen Explosion gegeben – einer Periode rascher Entwicklung und Verbreitung verschiedener tierischer Lebensformen vor mehr als 500 Millionen Jahren.
Obwohl eine Reihe Theorien erstellt wurde, um diese entscheidende Periode zu erklären, besagt die gängigste, dass sie durch einen deutlichen Anstieg des Sauerstoffgehalts ausgelöst wurde, die das Gedeihen einer breiten Vielfalt tierischen Lebens erlaubte. Die neue Studie spricht dafür, dass solch ein Anstieg des Sauerstoffgehalts die Folge außergewöhnlicher Veränderungen bei der globalen Plattentektonik gewesen sein könnte.
Während der Entstehung des Superkontinents Gondwana gab es einen starken Anstieg der Aktivität beim Vulkanismus der kontinentalen Bögen. Dabei handelt es sich um Vulkanketten, die oft tausende Kilometer lang sind und dort entstanden, wo kontinentale und ozeanische tektonische Platten miteinander kollidierten. Das wiederum führte zur verstärkten Ausgasung von Kohlenstoffdioxid aus alten, subduzierten Sedimentgesteinen.
Laut Schlussfolgerung des Teams führte das zu einem Anstieg der Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre und zur Erwärmung des Planeten, was wiederum die Verwitterung kontinentaler Gesteine verstärkte. Dadurch gelangte Phosphor als Nährstoff in den Ozean und trieb die Photosynthese und Sauerstoffproduktion an.
Die Studie wurde von Josh Williams geleitet, der die Forschungsarbeit als Master-of-Science-Student an der University of Exeter begann und jetzt an der University of Edinburgh seine Doktorarbeit macht. Während seines Master-of-Science-Projekts nutzte er ein fortschrittliches biogeochemisches Modell, um die ersten Quantifizierungen bei den Veränderungen des atmosphärischen Sauerstoffgehalts kurz vor dieser Explosion des Lebens zu machen.
Der Co-Autor und Berater des Projekts, Professor Tim Lenton vom Global Systems Institute der University of Exeter, sagte: „Eines der großen Dilemmas, das ursprünglich von Darwin erkannt wurde, ist die Frage, warum komplexes Leben in der Form versteinerter Tiere so plötzlich in der Zeitperiode erschien, die jetzt als die Kambrische Explosion bekannt ist. Viele Studien haben vorgeschlagen, dass es mit einem Anstieg des Sauerstoffgehalts zusammenhing, aber ohne eine klare Ursache für solch einen Anstieg zu nennen oder irgendeinen Versuch, ihn zu beziffern.“
Das Modell sagte nicht nur einen deutlichen Anstieg der Sauerstoffkonzentrationen aufgrund Veränderungen der plattentektonischen Aktivität voraus. Dieser Anstieg – bis auf etwa ein Viertel des Sauerstoffgehalts in der heutigen Atmosphäre – überschritt die entscheidenden Werte, die Schätzungen zufolge von den Tieren zur Zeit der Kambrischen Explosion benötigt wurden.
„Besonders überzeugend an dieser Arbeit ist, dass das Modell nicht nur einen Anstieg des Sauerstoffgehalts bis auf Werte voraussagt, die zur Unterstützung der großen, mobilen Raubtiere im Kambrium notwendig waren. Die Voraussagen des Modells zeigen außerdem eine gute Übereinstimmung mit den existierenden geochemischen Hinweisen“, ergänzte Williams.
„Es ist bemerkenswert zu denken, dass unsere frühesten tierischen Vorfahren – und damit wir alle – ihr Dasein teilweise einer ungewöhnlichen Periode der Plattentektonik vor mehr als einer halben Milliarde Jahren schulden“, sagte Professor Lenton.
Abhandlung: „A tectonically driven Ediacaran oxygenation event“ von Joshua Williams, Benjamin Mills und Tim Lenton, Nature Communications, 19. Juni 2019.
(THK)
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