Przez ponad 500 milionów lat ziemska atmosfera, ocean i życie ewoluowały wspólnie, poprawiając warunki życia organizmów. Naukowcy odkryli, że algi oceaniczne regulują poziom dwutlenku węgla i tlenu, usprawniając fotosyntezę i zdolność do zamieszkania. Przyszłe badania pozwolą na mapowanie wzorców zawartości tlenu w oceanach i biomarkerów fotosyntezy w zapisach kopalnych. Źródło: SciTechDaily.com
Niedawne badanie naukowe śledzi koewolucję ziemskiej atmosfery, oceanów i życia na przestrzeni 500 milionów lat, ujawniając, w jaki sposób organizmy takie jak glony modyfikowały i dostosowywały się do zmieniających się warunków środowiskowych, ostatecznie poprawiając warunki życia na Ziemi.
W ciągu ostatnich 500 milionów lat interakcje między atmosferą, oceanem i życiem na Ziemi stworzyły warunki, które umożliwiły rozwój wczesnych organizmów. Interdyscyplinarny zespół naukowców opublikował teraz artykuł perspektywiczny na temat tej koewolucyjnej historii w multidyscyplinarnym czasopiśmie o otwartym dostępie Narodowy Przegląd Naukowy.
„Jednym z naszych zadań było podsumowanie najważniejszych odkryć dotyczących dwutlenku węgla i tlenu w atmosferze i oceanie, dokonanych w ciągu ostatnich 500 milionów lat” – mówi profesor geochemii Uniwersytetu Syracuse, Zunli Lu, główny autor artykułu. „Przeanalizowaliśmy, jak te zmiany fizyczne wpłynęły na ewolucję życia w oceanie. Ale to jest ulica dwukierunkowa. Ewolucja życia wpłynęła także na środowisko chemiczne. Zrozumienie, jak zbudować nadającą się do zamieszkania Ziemię w długich skalach czasowych, nie jest trywialnym zadaniem.
Zespół z Uniwersytetu Syracuse, Uniwersytetu Oksfordzkiego i Uniwersytetu Stanforda zbadał skomplikowane sprzężenia zwrotne między starożytnymi formami życia, w tym roślinami i zwierzętami, a środowiskiem chemicznym w obecnym eonie fanerozoiku, który rozpoczął się około 540 milionów lat temu.
Informacje zwrotne od środowiska i wczesne życie
Na początku fanerozoiku poziom dwutlenku węgla w atmosferze był wysoki, a poziom tlenu niski. Taki stan byłby trudny do rozwoju dla wielu współczesnych organizmów. Ale algi oceaniczne to zmieniły. Pochłaniały dwutlenek węgla z atmosfery, zamykały go w materii organicznej i wytwarzały tlen fotosynteza.
Poziom tlenu wpływa na zdolność zwierząt do życia w środowisku oceanicznym. Lu bada, gdzie i kiedy poziom tlenu w oceanie mógł wzrosnąć lub spaść podczas fanerozoiku, korzystając z geochemicznych wskaźników zastępczych i symulacji modelowych. Współautor Jonathan Payne, profesor nauk o Ziemi i planet na Uniwersytecie Stanforda, porównuje szacunkowe wymagania metaboliczne starożytnego zwierzęcia z miejscami, w których przetrwało lub zniknęło w zapisie kopalnym.
Ewolucyjna reakcja alg
W miarę jak algi fotosyntetyczne usuwały węgiel atmosferyczny do skał osadowych, aby obniżyć poziom dwutlenku węgla i podnieść poziom tlenu, enzymy glonów stały się mniej skuteczne w wiązaniu węgla. Dlatego glony musiały znaleźć bardziej skomplikowane sposoby fotosyntezy przy niższym poziomie dwutlenku węgla i wyższym poziomie tlenu. Osiągnięto to poprzez utworzenie wewnętrznych przedziałów do fotosyntezy z kontrolą chemii.
„W przypadku alg to zmiany stosunku O2/CO2 do środowiska wydają się kluczem do poprawy wydajności fotosyntezy” – mówi współautorka Rosalind Rickaby, profesor geologii w Oksfordzie. „Naprawdę intrygujące jest to, że ta poprawa wydajności fotosyntezy mogła poszerzyć chemiczną otoczkę możliwości zamieszkania dla wielu form życia”.
Starożytne fotosyntetyzatory musiały przystosować się do zmian w środowisku fizycznym, które same stworzyły, zauważa Lu. „Pierwsza część historii fanerozoiku to zwiększanie możliwości zamieszkania przez życie, a druga część to adaptacja”.
Jeśli naukowcy chcą lepiej zrozumieć wzajemne oddziaływanie życia i środowiska fizycznego, a także czynniki wpływające na warunki życia i ograniczenia w nich zamieszkiwane, autorzy sugerują, że sporządzenie mapy wzorców przestrzennych tlenu w oceanach, biomarkerów fotosyntezy i tolerancji metabolicznej zwierząt przedstawionych w zapisach kopalnych będzie kluczowym przyszłym kierunkiem badań.
Odniesienie: „Fhanerozoiczna koewolucja O2-CO2 i zamieszkiwania oceanów” autorstwa Zunli Lu, Rosalind EM Rickaby, Jonathana L Payne’a i Ashley N Prow, 15 marca 2024 r., Narodowy Przegląd Naukowy.
DOI: 10.1093/nsr/nwae099
