Fossiele gegevens vertellen ons dat de eerste macroscopische dieren ongeveer 575 miljoen jaar geleden op aarde verschenen. Vierentwintig miljoen jaar later, de diversiteit aan dieren begon op mysterieuze wijze af te nemen, wat leidt tot de eerste bekende massa-extinctie op aarde.

Wetenschappers hebben tientallen jaren gediscussieerd over de oorzaak van deze massale uitsterving, tijdens wat de 'Ediacaran-Cambrische overgang' wordt genoemd. Sommigen denken dat een sterke afname van opgeloste zuurstof in de oceaan verantwoordelijk was. Anderen veronderstellen dat deze vroege dieren geleidelijk werden vervangen door nieuw ontwikkelde dieren.

De precieze oorzaak is ongrijpbaar gebleven, deels omdat er zo lang geleden zo weinig bekend is over de chemie van de oceanen op aarde.

Een onderzoeksteam, geleid door wetenschappers van de Arizona State University en gefinancierd door NASA en de National Science Foundation, helpt dit mysterie te ontrafelen en te begrijpen waarom deze uitsterving plaatsvond, wat het ons kan vertellen over onze oorsprong, en hoe de wereld zoals we die kennen is ontstaan.

De studie, gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , werd geleid door ASU School of Earth and Space Exploration afgestudeerde student Feifei Zhang, onder leiding van faculteitslid Ariel Anbar en stafwetenschapper Stephen Romaniello.

Het belang van zuurstof

Er is tegenwoordig een overvloed aan zuurstof, een essentieel onderdeel van het leven, in de meeste oceanen van de aarde. Maar er zijn aanwijzingen dat tijdens de massale uitsterving, er was een verlies van opgeloste zuurstof in de oceanen van de aarde, een effect dat 'mariene anoxie' wordt genoemd.

Om een ​​beter begrip te krijgen van de massa-extinctie, het onderzoeksteam richtte zich op het bestuderen van dit effect. Ze wilden niet alleen bepalen hoeveel van de oceaan zuurstofloos was toen de dieren begonnen af ​​te nemen, maar ook of mariene anoxie heeft bijgedragen aan de achteruitgang en uiteindelijke uitsterving van de vroege dieren.

Integratie van geochemische gegevens en de fossielen van de aarde

Om de niveaus van mariene anoxie en de effecten ervan te bepalen, het onderzoeksteam gebruikte een nieuwe benadering om geochemische gegevens en het fossielenbestand van de aarde te combineren om evolutionaire en milieugebeurtenissen nauwkeurig te matchen.

Typisch, wetenschappers bepalen het zuurstofgehalte in de oceaan door te kijken naar de overvloed aan pyriet, algemeen bekend als "fool's gold, " en andere elementen en mineralen in oude modderrotsen. Maar modderrotsen geven alleen aanwijzingen voor wat er op een enkele locatie is gebeurd. Wetenschappers moeten tientallen locaties over de hele wereld bemonsteren om het grote plaatje uit modderrotsen af ​​te leiden.

Om dit te overwinnen, het team pionierde met een nieuwe en efficiëntere aanpak. Gesteentemonsters van zeekalksteen werden verzameld in het Drieklovengebied (provincie Hubei) van de Volksrepubliek China. Dit gebied staat bekend om het hebben van enkele van de beste voorbeelden ter wereld uit de Ediacaran-periode. De gesteentemonsters voor deze studie werden tussen 551 en 541 miljoen jaar geleden afgezet in een ondiep marien milieu, en een register bij te houden van de veranderingen in het mariene milieu die zich hebben voorgedaan toen ze werden gedeponeerd.

Terug in het laboratorium, het team heeft de uraniumisotoopvariaties in zeekalksteen gemeten en vervolgens de uraniumisotoopgegevens en paleontologische gegevens van dezelfde reeks rotsen geïntegreerd. Nadat de gegevens waren geïntegreerd, het team kon duidelijk zien dat de episode van uitgebreide anoxie van de zee samenviel met de achteruitgang en de daaropvolgende verdwijning van vroege dieren.

"Dit is misschien wel de meest ernstige anoxische gebeurtenis in de afgelopen 550 miljoen jaar, "zegt Zhang. "Wiskundige modellering van onze gegevens suggereert dat bijna de hele zeebodem tijdens het einde van de Ediacaran-periode werd bedekt door zuurstofarm water."

Is er een massale uitsterving in onze toekomst?

Terwijl onze oceanen momenteel een overvloed aan zuurstof hebben, er is een recente meetbare stijging van zuurstofgebrek in de oceaan, door wetenschappers toegeschreven aan klimaatverandering. Vooruitgang in de studie van oude mariene anoxie, zoals deze, dan kan ons helpen begrijpen en voorspellen wat ons te wachten staat.

"Het verleden is ons beste laboratorium om de toekomst te begrijpen", zegt co-auteur Anbar. "Het is ontnuchterend om te zien hoe vaak de massale uitstervingen uit het verleden werden voorafgegaan door een toename van zuurstofgebrek in de oceaan. Er is veel dat we niet begrijpen over klimaatverandering , maar de dingen die we wel weten, zijn een grote reden tot bezorgdheid."