science >> Wetenschap >  >> Natuur

Microben vormen het toneel voor eerste dieren

Algenbloei in Arctische vijver in de buurt van Tiksi, gezien vanuit een Sovjet-transporthelikopter. Krediet:Jay Kaufman

Er wordt gedacht dat het dierlijk leven voor het eerst ontstond tijdens de Ediacaran-periode, tussen 635 en 541 miljoen jaar geleden, maar deze organismen leken weinig op de dieren die we tegenwoordig kennen. Dat heeft sommige wetenschappers ertoe gebracht te geloven dat ze misschien helemaal geen dieren waren, en in plaats daarvan kwam het neer op mislukte experimenten in meercellige evolutie.

De overblijfselen van deze vreemde wezens, waarvan de meeste geen bewijs hebben van een bloedsomloop of spijsvertering, aan het begin van het Cambrium grotendeels van de rockplaat verdwenen, 541 miljoen jaar geleden. Het samenstellen van een beeld van de Ediacaran-omgeving is de sleutel tot meer inzicht in deze raadselachtige macro-organismen. Een onderzoeksteam onthult de paleo-omgeving van deze periode door de afgelegen Khatyspyt-formatie te bestuderen, een reeks sedimentaire gesteenten boven de poolcirkel in Siberië die zijn afgezet toen het gebied een ondiepe mariene plankomgeving was.

Geoloog Huan Cui van de Universiteit van Wisconsin-Madison en collega's bespreken hun bevindingen in een recent artikel, "Redox-afhankelijke distributie van vroege macro-organismen:bewijs van de terminale Ediacaran Khatyspyt-formatie in Arctisch Siberië, " gepubliceerd in het tijdschrift paleogeografie, paleoklimatologie, paleo-ecologie .

De Ediacaran-dieren waren zacht van lichaam, zonder schelpen of skeletten, en hun fossielen worden meestal bewaard als mallen of afgietsels, als voetstappen in het zand. Ediacaran-fossielen zijn ontdekt in fijnkorrelig sedimentgesteente zoals zandsteen, die slecht werk levert bij het bewaren van paleo-omgevingsinformatie. In de Khatyspyt-formatie, echter, sommige fossielen zijn begraven in goed bewaard gebleven kalksteen, die goed werk levert door de oude wereld van deze wezens vast te leggen.

Spiegelbeelden op het boven- en onderoppervlak van een beddingsvlak van een complexe opgerolde koolstofhoudende compressie die van algen kan zijn. Krediet:Jay Kaufman

Paleo-omgevingsveranderingen door de gesteenteopeenvolging kunnen worden bestudeerd door chemostratigrafie, die kijkt naar de veranderingen in de chemische samenstelling van de rotsen in de loop van de tijd toen ze zich vormden. De wetenschappers keken naar de mineralen in deze rotsen, inclusief pyriet, of "het goud van de dwaas, " om de samenstelling van zwavelisotoop door 130 verticale meter van de Khatyspyt-formatie te meten. Pyriet wordt bestudeerd omdat het aanwijzingen geeft aan de microben die het hebben geproduceerd, en de beschikbaarheid van zowel voedsel als sulfaat, die nodig zijn om hun metabolische activiteiten van brandstof te voorzien.

Stenen onderaan de stapel zijn ouder dan die bovenaan, dus het bestuderen van hoe de zwavelchemie veranderde door de opeenvolging van gesteenten, informeerde Cui en zijn collega's over omgevingsvariaties in de loop van de tijd. Deze onderzoekers vonden een dramatische anomalie in de overvloed aan zwavelisotopen (smaken van atomaire zwavel die verschillen in het aantal neutronen dat gewicht toevoegt aan het element) in de verschillende lagen, met de hoogste concentratie van de zware (met meer neutronen) isotoop in de bovenloop van de formatie en de laagste op de bodem van de sedimentaire stapel.

De anomalie van de zwavelisotoop komt verrassend goed overeen met het bewaarde fossielenbestand van Ediacara-biotas. De onderste 45 meter rots zijn grotendeels verstoken van fossielen, terwijl de hogere regionen, waar de zwaarzwavelisotoopconcentratie het hoogst is, het wemelt er van. De wetenschappers speculeren dat de lichte zwavelisotopen op de bodem van de gesteenteopeenvolging hoogstwaarschijnlijk te wijten zijn aan de proliferatie van anaërobe microben die leefden in het zuurstofvrije (zuurstofvrije) water in het bassin. Deze microben zouden de chemie van het water hebben veranderd door giftige waterstofsulfide te produceren, waardoor het onbewoonbaar zou worden voor dieren.

Hoogleraren Alan J. Kaufman (Universiteit van Maryland, voorzijde) en Shuhai Xiao (Virginia Polytechnic Institute en State University, rug) zittend op twee van de Ediacaran Khatyspyt Formation fossiele laggerstatte horizonten in Arctisch Siberië. Krediet:Jay Kaufman

"We speculeren dat de sterk negatieve (zwavelisotoop) waarden aan de onderkant van de opeenvolging betrekking hebben op anoxische omstandigheden wanneer de microben in de waterkolom zouden kunnen leven, " verklaarde de hoofdonderzoeker, Jay Kaufman. "Aangezien het proces sulfide vormt, we vermoeden dat het zich heeft opgehoopt in de diepe waterkolom, resulterend in euxinische (sulfide) omstandigheden."

Het euxinische water dat ontstaat als gevolg van deze anaërobe microben heeft te veel sulfide en te weinig zuurstof om dierlijk leven te laten bestaan, wat verklaart waarom er in het onderste deel van de formatie geen fossielen van dieren werden gevonden. "Deze euxinische omstandigheden zijn mogelijk versterkt door chemische verwering, waar sulfaten in de oceanen werden gebracht, die zo brandstof werden voor de microben, ' zei Cui.

Op 45 meter boven de basis van de Khatyspyt-formatie, omgevingsomstandigheden blijkbaar veranderd, en de fossielen van Ediacara beginnen te verschijnen. Het is op dit punt dat de zwavelisotopen steeds zwaarder worden, wat mogelijk het gevolg was van minder verwering en dus minder sulfaat dat beschikbaar was voor de microben om te gebruiken.

De verandering van euxinische naar niet-euxinische omstandigheden aan het einde van de Ediacaran-periode stelde de Ediacaran-dieren in staat de nu meer geoxideerde en bewoonbare oceaan te koloniseren, ondanks een algemeen zuurstofgehalte in de atmosfeer en oceanen dat veel lager was dan dat van vandaag.

Stromatolieten in de vorm van een toiletpot in de ingebedde kalkstenen van de Ediacaran Khatyspyt-formatie in Arctisch Siberië. Krediet:Jay Kaufman

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NASA's Astrobiology Magazine. Verken de aarde en daarbuiten op www.astrobio.net.