Odczytywanie starożytnej atmosfery Ziemi: rola życia w kształtowaniu naszego świata

Przez ponad 500 milionów lat atmosfera Ziemi, ocean i życie współewoluowały, poprawiając warunki dla organizmów. Naukowcy odkryli, że glony oceaniczne regulowały poziom dwutlenku węgla i tlenu, zwiększając fotosyntezę i zdolność do zamieszkania. Przyszłe badania pozwolą na mapowanie wzorców tlenu oceanicznego i biomarkerów fotosyntezy w zapisach kopalnych. Źródło: SciTechDaily.com

Niedawne badanie naukowe śledzi współewolucję atmosfery Ziemi, oceanów i życia przez 500 milionów lat, ujawniając, w jaki sposób organizmy takie jak glony modyfikowały się i dostosowywały do ​​zmieniających się warunków środowiskowych, ostatecznie zwiększając zdolność do zamieszkania na Ziemi.

Przez ostatnie 500 milionów lat interakcje między atmosferą, oceanem i życiem na Ziemi stworzyły warunki, które pozwoliły wczesnym organizmom na rozwój. Interdyscyplinarny zespół naukowców opublikował teraz artykuł perspektywiczny na temat tej współewolucyjnej historii w wielodyscyplinarnym czasopiśmie o otwartym dostępie National Science Review.

„Jednym z naszych zadań było podsumowanie najważniejszych odkryć dotyczących dwutlenku węgla i tlenu w atmosferze i oceanie w ciągu ostatnich 500 milionów lat” — mówi profesor geochemii Uniwersytetu Syracuse Zunli Lu, główny autor artykułu. „Przeanalizowaliśmy, w jaki sposób te zmiany fizyczne wpłynęły na ewolucję życia w oceanie. Ale to droga dwukierunkowa. Ewolucja życia wpłynęła również na środowisko chemiczne. Zrozumienie, jak zbudować zamieszkałą Ziemię w długiej skali czasowej, nie jest trywialnym zadaniem”

Zespół z Uniwersytetu Syracuse, Uniwersytetu Oksfordzkiego i Uniwersytetu Stanforda zbadał złożone sprzężenia zwrotne między starożytnymi formami życia, w tym roślinami i zwierzętami, a środowiskiem chemicznym w obecnym eonie fanerozoicznym, który rozpoczął się około 540 milionów lat temu.

Na początku fanerozoiku poziom dwutlenku węgla w atmosferze był wysoki, a poziom tlenu niski. Takie warunki byłyby trudne do rozwoju dla wielu współczesnych organizmów. Ale glony oceaniczne to zmieniły. Pochłaniały dwutlenek węgla z atmosfery, zamykały go w materii organicznej i wytwarzały tlen poprzez fotosyntezę.

Zdolność zwierząt do życia w środowisku oceanicznym była zależna od poziomu tlenu. Lu bada, gdzie i kiedy poziom tlenu w oceanie mógł wzrosnąć lub spaść w fanerozoiku, wykorzystując dane geochemiczne i symulacje modelowe. Współautor Jonathan Payne, profesor nauk o Ziemi i planetach na Uniwersytecie Stanforda, porównuje szacowane zapotrzebowanie metaboliczne starożytnego zwierzęcia z miejscami, w których przetrwało lub zniknęło w zapisie kopalnym.

W miarę jak fotosyntetyczne glony usuwały węgiel atmosferyczny do skał osadowych, aby obniżyć poziom dwutlenku węgla i podnieść poziom tlenu, enzymy glonów stały się mniej wydajne w wiązaniu węgla. Dlatego glony musiały znaleźć bardziej skomplikowane sposoby przeprowadzania fotosyntezy przy niższym poziomie dwutlenku węgla i wyższym poziomie tlenu. Udało się to osiągnąć poprzez stworzenie wewnętrznych przedziałów do fotosyntezy z kontrolą nad chemią.

„W przypadku glonów to zmiany w stosunku środowiskowym O2/CO2 wydają się być kluczowe dla poprawy wydajności fotosyntezy” — mówi współautorka Rosalind Rickaby, która jest profesorem geologii na Uniwersytecie Oksfordzkim. „Naprawdę intrygujące jest to, że te ulepszenia wydajności fotosyntezy mogły rozszerzyć chemiczną otoczkę nadającą się do zamieszkania dla wielu form życia”.

Starożytne fotosyntezatory musiały dostosować się do zmian w środowisku fizycznym, które same stworzyły, zauważa Lu. „Pierwsza część historii fanerozoiku to zwiększanie nadającej się do zamieszkania dla życia, a druga część to adaptacja”.

Jeśli naukowcy chcą lepiej zrozumieć tę interakcję między życiem a środowiskiem fizycznym, a także czynniki napędzające i ograniczające nadającą się do zamieszkania, autorzy sugerują, że mapowanie przestrzennych wzorców tlenu oceanicznego, biomarkerów fotosyntezy i tolerancji metabolicznej zwierząt ukazanych w zapisach kopalnych będzie kluczowym kierunkiem przyszłych badań.