Zuurstofniveaus in de atmosfeer van de aarde zullen waarschijnlijk 1 miljard jaar geleden "wild hebben gefluctueerd", waardoor omstandigheden zijn ontstaan ​​die de ontwikkeling van het vroege dierenleven hadden kunnen versnellen, volgens nieuw onderzoek.

Wetenschappers geloven dat zuurstof in de lucht zich in drie fasen heeft ontwikkeld, te beginnen met wat bekend staat als de Grote Oxidatie-gebeurtenis ongeveer 2 miljard jaar geleden, toen zuurstof voor het eerst in de atmosfeer verscheen. In de derde fase, ongeveer 400 miljoen jaar geleden, steeg de zuurstof in de lucht tot het niveau dat nu bestaat.

Wat onzeker is, is wat er gebeurde tijdens de tweede fase, in een tijd die bekend staat als het Neoproterozoïcum, dat ongeveer 1 miljard jaar geleden begon en ongeveer 500 miljoen jaar duurde, gedurende welke tijd vroege vormen van dierlijk leven ontstonden.

De vragen die wetenschappers hebben geprobeerd te beantwoorden zijn:Was er iets buitengewoons aan de veranderingen in zuurstofniveaus in het Neoproterozoïcum dat mogelijk een cruciale rol heeft gespeeld in de vroege evolutie van dieren? Stijgen de zuurstofniveaus plotseling of was er een geleidelijke toename?

Gefossiliseerde sporen van vroege dieren - bekend als Ediacaran biota, meercellige organismen die zuurstof nodig hadden - zijn gevonden in sedimentaire gesteenten die 541 tot 635 miljoen jaar oud zijn.

Om de vragen te beantwoorden, gebruikte een onderzoeksteam van de Universiteit van Leeds, ondersteund door de universiteiten van Lyon, Exeter en UCL, metingen van de verschillende vormen van koolstof, of koolstofisotopen, gevonden in kalksteenrotsen uit ondiepe zeeën. Op basis van de isotopenverhoudingen van de verschillende soorten gevonden koolstof, konden de onderzoekers de fotosyntheseniveaus berekenen die miljoenen jaren geleden bestonden en de zuurstofniveaus in de lucht afleiden.

Als resultaat van de berekeningen hebben ze een record van zuurstofniveaus in de atmosfeer in de afgelopen 1,5 miljard jaar kunnen produceren, wat ons vertelt hoeveel zuurstof er in de oceaan zou zijn gediffundeerd om het vroege leven in de zee te ondersteunen.

Dr. Alex Krause, een biogeochemische modelleur die zijn Ph.D. in de School of Earth and Environment in Leedsand was de leidende wetenschapper van het project, zei dat de bevindingen een nieuw perspectief geven op de manier waarop de zuurstofniveaus op aarde veranderen.

Hij voegde eraan toe:"De vroege aarde, gedurende de eerste 2 miljard jaar van haar bestaan, was zuurstofloos, verstoken van atmosferische zuurstof. Toen begonnen de zuurstofniveaus te stijgen, wat bekend staat als de Great Oxidation Event.

"Tot nu toe dachten wetenschappers dat na de Great Oxidation Event de zuurstofniveaus ofwel laag waren en vervolgens omhooggeschoten werden net voordat we de eerste dieren zien evolueren, of dat de zuurstofniveaus vele miljoenen jaren hoog waren voordat de dieren kwamen.

"Maar onze studie toont aan dat de zuurstofniveaus veel dynamischer waren. Er was lange tijd een oscillatie tussen hoge en lage zuurstofniveaus voordat vroege vormen van dierlijk leven ontstonden. We zien perioden waarin de oceaanomgeving, waar vroege dieren leefden, zou veranderen veel zuurstof hebben gehad - en dan perioden waarin dat niet het geval is.

Dr. Benjamin Mills, die de Earth Evolution Modeling Group in Leeds leidt en toezicht hield op het project, zei:"Deze periodieke verandering in omgevingsomstandigheden zou evolutionaire druk hebben veroorzaakt waarbij sommige levensvormen mogelijk zijn uitgestorven en nieuwe kunnen ontstaan."

Dr. Mills zei dat de zuurstofrijke perioden de zogenaamde "bewoonbare ruimtes" uitbreidden - delen van de oceaan waar het zuurstofgehalte hoog genoeg zou zijn geweest om vroege dierlijke levensvormen te ondersteunen.

Hij zei:"In de ecologische theorie is voorgesteld dat wanneer je een bewoonbare ruimte hebt die uitzet en inkrimpt, dit snelle veranderingen in de diversiteit van het biologische leven kan ondersteunen.

"Wanneer het zuurstofgehalte daalt, is er een ernstige milieudruk op sommige organismen die uitsterven zou kunnen veroorzaken. En wanneer het zuurstofrijke water zich uitbreidt, stelt de nieuwe ruimte de overlevenden in staat om ecologische dominantie te bereiken.

"Deze uitgebreide bewoonbare ruimtes zouden miljoenen jaren hebben geduurd, waardoor ecosystemen voldoende tijd hadden om zich te ontwikkelen."

Het onderzoek is gepubliceerd in Science Advances .