De zoektocht om te ontdekken wat een van de belangrijkste evolutionaire gebeurtenissen in de geschiedenis van het leven op aarde dreef, heeft een nieuwe, fascinerende wending.

Een team van wetenschappers heeft een nieuw inzicht gegeven in wat mogelijk de 'Cambrische explosie' heeft veroorzaakt - een periode van snelle expansie van verschillende vormen van dierlijk leven die meer dan 500 miljoen jaar geleden plaatsvonden.

Hoewel er een aantal theorieën naar voren zijn gebracht om deze historische periode te verklaren, het meest geloofwaardig is dat het werd gevoed door een aanzienlijke stijging van het zuurstofgehalte, waardoor een grote verscheidenheid aan dieren kon gedijen.

De nieuwe studie suggereert dat een dergelijke stijging van het zuurstofgehalte het gevolg was van buitengewone veranderingen in de mondiale platentektoniek.

Tijdens de vorming van het supercontinent 'Gondwana', er was een grote toename van vulkanisme in de continentale boog - vulkanenketens die vaak duizenden kilometers lang waren, vormden zich waar continentale en oceanische tektonische platen met elkaar in botsing kwamen. Dit leidde op zijn beurt tot een verhoogde 'ontgassing' van CO2 uit oude, ondergedompeld sedimentair gesteente.

Dit, het team berekend, leidde tot een toename van CO2 in de atmosfeer en opwarming van de planeet, wat op zijn beurt de verwering van continentale rotsen versterkte, die de voedingsstof fosfor aan de oceaan leverde om fotosynthese en zuurstofproductie te stimuleren.

De studie werd geleid door Josh Williams, die het onderzoek begon als een MSc-student aan de Universiteit van Exeter en nu studeert voor een Ph.D. aan de Universiteit van Edinburgh.

Tijdens zijn MSc-project gebruikte hij een geavanceerd biogeochemisch model om de eerste kwantificering van veranderingen in het zuurstofgehalte in de lucht vlak voor deze explosie van leven te maken.

Co-auteur en projectbegeleider Professor Tim Lenton, van het Global Systems Institute van de Universiteit van Exeter zei:"Een van de grote dilemma's die Darwin oorspronkelijk onderkende, is waarom complex leven, in de vorm van fossiele dieren, zo abrupt verscheen in wat nu bekend staat als de Cambrische explosie.

"Veel studies hebben gesuggereerd dat dit verband hield met een stijging van het zuurstofgehalte, maar zonder een duidelijke oorzaak voor een dergelijke stijging, of enige poging om het te kwantificeren."

Het model voorspelde niet alleen een duidelijke stijging van het zuurstofgehalte als gevolg van veranderingen in de plaattektonische activiteit, maar die stijging van zuurstof - tot ongeveer een kwart van het niveau in de huidige atmosfeer - overschreed de kritische niveaus die naar schatting nodig waren voor de dieren die bij de Cambrische explosie werden gezien.

Williams voegde toe:"Wat bijzonder overtuigend is aan dit onderzoek, is dat het model niet alleen een stijging van zuurstof voorspelt tot niveaus die naar schatting nodig zijn om de grote, mobiel, roofzuchtig dierenleven van het Cambrium, maar de modelvoorspellingen laten ook een sterke overeenkomst zien met bestaand geochemisch bewijs."

"Het is opmerkelijk om te bedenken dat onze oudste dierlijke voorouders - en dus wij allemaal - ons bestaan ​​te danken hebben, gedeeltelijk, tot een ongewone episode van platentektoniek meer dan een half miljard jaar geleden", zei professor Lenton.

Een tektonisch aangedreven Ediacaran-oxygenatie-evenement door Joshua Williams, Benjamin Mills en Tim Lenton worden woensdag gepubliceerd in Nature Communications, 19 juni 2019.