Avkodning av jordens forntida atmosfär: LIVETS roll i formandet av vår värld

Under de senaste 500 miljoner åren har jordens atmosfär, hav och liv samutvecklats, förbättrat förhållandena för organismer. Forskare fann att havsalger reglerade koldioxid- och syrenivåer och förbättrade fotosyntes och beboelighet. Framtida forskning kommer att kartlägga havets syremönster och fotosyntesbiomarkörer i fossilrekord. Kredit: SciTechDaily.com

En nyligen genomförd vetenskaplig studie spårar samutvecklingen av jordens atmosfär, hav och liv under 500 miljoner år, vilket avslöjar hur organismer som alger har modifierat och anpassat sig till föränderliga miljöförhållanden och slutligen förbättrat jordens beboelighet.

Under de senaste 500 miljoner åren har interaktioner mellan atmosfären, havet och livet på jorden skapat villkor som möjliggjorde för tidiga organismer att trivas. Ett tvärvetenskapligt team av forskare har nu publicerat en perspektivartikel om denna samutvecklingens historia i den mångvetenskapliga open-access-tidskriften National Science Review.

”En av våra uppgifter var att sammanfatta de viktigaste upptäckterna om koldioxid och syre i atmosfären och havet under de senaste 500 miljoner åren,” säger Zunli Lu, professor i geokemi vid Syracuse University och huvudförfattare till artikeln. ”Vi granskade hur dessa fysiska förändringar påverkade livets evolution i havet. Men det är tvåvägstrafik. Livets evolution påverkade också den kemiska miljön. Det är inte en trivial uppgift att förstå hur man skapar en beboelig jord över långa tidsperioder”.

Teamet från Syracuse University, Oxford University och Stanford University utforskade de komplexa återkopplingarna mellan antika livsformer, inklusive växter och djur, och den kemiska miljön under den nuvarande Phanerozoic-epoken, som började för cirka 540 miljoner år sedan.

I början av Phanerozoic var nivåerna av koldioxid i atmosfären höga och syrenivåerna låga. En sådan situation skulle vara svår för många moderna organismer att trivas. Men havsalger förändrade det. De absorberade koldioxid från atmosfären, låste in den i organiskt material och producerade syre genom fotosyntes.

Organismers förmåga att leva i en havsmiljö påverkades av syrenivåerna. Lu studerar var och när havets syrenivåer kan ha ökat eller minskat under Phanerozoic med hjälp av geokemiska proxyer och modellsimuleringar. Medförfattaren Jonathan Payne, professor i geovetenskaper vid Stanford University, jämför en antik djurs uppskattade metaboliska krav med platser där det överlevde eller försvann i fossilrekordet.

När fotosyntetiska alger tog bort atmosfäriskt kol till sedimentära bergarter för att sänka koldioxid och höja syrenivåer, blev algernas enzymer mindre effektiva i att fixera kol. Därför var algerna tvungna att hitta mer komplicerade sätt att utföra fotosyntes vid lägre koldioxid- och högre syrenivåer. Detta uppnådde de genom att skapa interna utrymmen för fotosyntes med kontroll över kemiska processer.

”För alger är det förändringarna i det miljömässiga förhållandet O2/CO2 som verkar vara nyckeln till förbättrad fotosyntetisk effektivitet,” säger medförfattaren Rosalind Rickaby, professor i geologi vid Oxford. ”Det som verkligen är fascinerande är att dessa förbättringar i fotosyntetisk effektivitet kan ha utvidgat kemiska förutsättningar för beboelighet för många livsformer.”

Antika fotosyntetiserare var tvungna att anpassa sig till förändringar i den fysiska miljön som de själva hade skapat, konstaterar Lu. ”Den första delen av historien i Phanerozoic är ökad beboelighet för liv och sedan är den andra delen anpassning.”

Om forskare vill förstå detta samspel mellan livet och den fysiska miljön samt de drivande och begränsande faktorerna för beboelighet föreslår författarna att kartlägga de spatiala mönstren för havens syre, biomarkörer för fotosyntes och metaboliskt tolerans hos djur som visas i fossilrekordet kommer att vara en nyckel för framtida forskning.

Referens: ”Phanerozoic co-evolution of O2-CO2 and ocean habitability” av Zunli Lu, Rosalind E M Rickaby, Jonathan L Payne och Ashley N Prow, 15 mars 2024, National Science Review. DOI: 10.1093/nsr/nwae099