Okyanuslarda hayatı sonsuza dek değiştiren eski oksijen sel

Oksijendeki bu artış, çeneli balıklar arasında dikkat çekici bir çeşitlilik dönemine denk geldi - bugün hayatta omurgalıların ataları. Bulgu, oksijenasyonun tarih öncesi türler arasında evrimsel kalıpları şekillendirebileceğini düşündürmektedir.

Duke Üniversitesi Nicholas Çevre Okulu'ndaki Dünya ve İklim Bilimleri Yardımcısı Michael Kipp, “Oksijenin hayvan evrimi için gerekli bir durum olduğu biliniyor, ancak hayvan çeşitliliğindeki eğilimleri açıklamak zordur” dedi. “Bu çalışma, oksijenin en azından derin okyanus habitatlarında çeneli omurgalıların ortaya çıkması için erken hayvan evriminin zamanlamasını dikte ettiği güçlü bir oy veriyor.”

Araştırmacılar, bir süredir derin okyanus oksijenasyonunun yaklaşık 540 milyon yıl önce Paleozoik dönemin başında meydana geldiğini düşündüler. Ancak daha yakın tarihli çalışmalar, fazlarda oksijenasyonun meydana geldiğini, kıyıdaki suların ilk önce nefes alan organizmalar için yaşanabilir hale geldiğini ve ardından daha derin ortamlar izlediğini öne sürdü.

Kipp ve meslektaşları, derin deniz suyu altında oluşan tortul kayaları inceleyerek bu aşamaların zamanlamasına ev sahipliği yaptılar. Özellikle, antik denizlerde yaşam sürdüren seviyelerde oksijenin var olup olmadığını belirlemek için kullanılabilecek bir element olan selenyum kayalarını analiz ettiler.

Deniz ortamında selenyum, ağırlık olarak değişen izotoplar adı verilen farklı şekillerde meydana gelir. Oksijen seviyelerinin hayvan yaşamını destekleyecek kadar yüksek olduğu durumlarda, ağır selenyum izotoplarının oranı büyük ölçüde değişir. Ancak çoğu hayvan yaşamı için yasaklayıcı oksijen seviyelerinde, bu oran nispeten tutarlıdır. Deniz tortularındaki selenyum izotoplarının oranını belirleyerek, araştırmacılar su altında nefes alan hayvanları desteklemek için oksijen seviyelerinin yeterli olup olmadığını çıkarabilirler.

Dünyanın dört bir yanındaki araştırma depolarıyla çalışan ekip, 252 ila 541 milyon yıl önce 97 rock örneği topladı. Kayalar, yüz milyonlarca yıl önce, en dıştaki kıta rafları boyunca yer alan beş kıtadaki bölgelerden kazılmıştı-dik bırakmalara yol vermeden hemen önce, su altına çıktıkça kıtaların kenarları.

Kayaların toz haline getirilmesini, ortaya çıkan tozu çözmeyi ve selenyumun saflaştırılmasını gerektiren bir dizi adımdan sonra, ekip her numunede meydana gelen selenyum izotoplarının oranını analiz etti.

Verileri, dış kıta raflarının daha derin sularında iki oksijenasyon olayın meydana geldiğini gösterdi: 540 milyon yıl önce, Kambriyen olarak bilinen Paleozoik dönemde ve 393-382 milyon yıl önce, Orta Devonian adı verilen bir aralıkta, bu güne kadar devam eden bir bölümde başlayan bir bölüm. Aradan geçen binlerce yıl boyunca, oksijen çoğu hayvan için elverişsiz seviyelere düştü. Ekip bulgularını yayınladı Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri Ağustos ayında.

"Selenyum verileri bize ikinci oksijenasyon olayının kalıcı olduğunu söylüyor. Orta Devoniyen'de başladı ve genç rock örneklerimizde ısrar etti," dedi ortak yazar Kunmanee “Mac” Bubphamanee, Ph.D. Washington Üniversitesi'nde aday.

Bu olay, okyanus evrimi ve ekosistemlerde çok sayıda değişiklik ile çakıştı-bazı araştırmacıların “orta-Paleozoik Deniz Devrimi” olarak adlandırdığı şey. Fosil kaydına göre, oksijen daha derin ortamlarda kalıcı bir özellik haline geldikçe, gnathostomes adı verilen çeneli balıklar ve diğer hayvanlar bu habitatlarda işgal etmeye ve çeşitlendirmeye başladı. Hayvanlar da büyüdü, belki de oksijen büyümelerini destekledi.

Orta Devoniyen oksijenasyon olayı, bitkilerin sert ahşap sapları ile yayılmasıyla da örtüştü.

“Bu odunsu bitkiler sayıca arttıkça, havaya daha fazla oksijen saldılar, bu da daha derin okyanus ortamlarında daha fazla oksijene yol açtı” dedi. Washington Üniversitesi'nde öğrenci.

Kambriyen sırasında ilk, geçici oksijenasyon olayının nedeni daha esrarengizdir.

Kipp, “Açık görünen şey, bu ilk nabızdan sonra oksijendeki düşüşün, deniz hayvanlarının dış kıta raflarının daha derin ortamlarına yayılmasını ve çeşitlendirilmesini engellediğidir” dedi.

Ekibin odak noktası eski okyanus koşulları üzerinde olsa da, bulguları şimdi alakalı.

“Bugün, atmosferle dengede bol okyanus oksijeni var. Ancak bazı yerlerde, okyanus oksijeni tespit edilemeyen seviyelere düşebilir. Bu bölgelerin bazıları doğal süreçlerle ortaya çıkar. Ancak, çoğu durumda, döllendiklerinde kıtalardan drene eden besinler tarafından yönlendirilirler” dedi.

“Bu çalışma okyanusdaki oksijen ve hayvan yaşamı arasındaki bağlantıyı çok net bir şekilde gösteriyor. Bu yaklaşık 400 milyon yıl önce vurulan bir dengeydi ve bugün onlarca yıl içinde onu bozmak utanç verici olurdu.”

Finansman: MAK, NSF Lisansüstü Araştırma Bursu ve Agouron Enstitüsü Doktora Sonrası Bursu tarafından desteklendi. NASA Astrobiyoloji Enstitüsü'nün Sanal Gezegensel Laboratuvarı tarafından ek destek sağlandı.