Ongeveer 650 miljoen jaar geleden, de aarde ging de Marinoïsche ijstijd binnen die de hele planeet zag bevriezen. De "Sneeuwbal Aarde" belemmerde de evolutie van het leven. Maar toen het warmer werd, het biotische leven begon te bloeien. Een onderzoeksteam van de Tohoku University heeft gesteentemonsters uit China geanalyseerd om ons meer te vertellen over deze overgang.

Sommige onderzoekers veronderstellen dat ijskappen de aarde omhulden tijdens de Marinoïsche ijstijd (650-535 miljoen jaar geleden) in wat de 'Sneeuwbal-aarde' wordt genoemd. De ijstijd had ook invloed op het klimaat en de chemische samenstelling van de oceanen, het beperken van de evolutie van het vroege leven. Nog, terwijl de aarde opwarmde, en de Ediacaran-periode brak aan, het biotische leven begon te evolueren.

Een onderzoeksteam van de Tohoku University heeft meer onthuld over het evolutionaire proces van de Marinoïsche-Ediacaraanse overgang. Met behulp van biomarker-bewijs, ze onthulden mogelijke fotosynthetische activiteit tijdens de Marinoïsche ijstijd. Dit werd gevolgd door fotosynthetische organismen en bacteriën die een periode van lage productiviteit ingingen. Echter, toen eukaryoten zich uitbreidden tijdens de vroege Ediacaran-periode, ze bloeiden.

Dr. Kunio Kaiho, die samen met Atena Shizuya een paper schreef, zei, "Onze bevindingen helpen de evolutie van primitieve tot complexe dieren in de nasleep van de sneeuwbalaarde te verduidelijken." Hun paper online werd op 8 augustus gepubliceerd in het tijdschrift Global and Planetary Change, 2021.

Het late Neoproterozoïcum (650-530 miljoen jaar geleden) was getuige van een van de ernstigste ijstijden in de geschiedenis van 4,6 miljard jaar op aarde. Onderzoekers geloven dat ijskappen de hele aarde bedekten sinds glaciogene eenheden, zoals puin op ijs, worden wereldwijd gedistribueerd. Over deze glaciogene formaties liggen kapcarbonaten. Deze precipiteren onder warme omstandigheden en suggereren daarom dat de glaciale omgeving snel veranderde in een broeikasomgeving.

De Snowball Earth-hypothese beweert dat de atmosferische kooldioxideconcentratie de verandering van een bevroren toestand naar een ijsvrije toestand controleerde. Met ijs bedekte oceanen verhinderden het oplossen van koolstofdioxide in zeewater tijdens de Marinoïsche ijstijd, wat de concentratie van broeikasgassen betekent, uitgestoten door vulkanische activiteit, geleidelijk toegenomen. Toen het extreme broeikaseffect eenmaal begon, gletsjers smolten en overtollig koolstofdioxide sloeg neer op glaciogene sedimenten als kapcarbonaten.

Terwijl de Snowball Earth-theorie de brede verspreiding van gletsjerformaties verklaart, het slaagt er niet in licht te werpen op het voortbestaan ​​van levende organismen. Om dit tegen te gaan, sommige onderzoekers beweren dat sedimentaire organische moleculen, een moleculaire klok, en fossielen uit het late Neoproterozoïcum zijn het bewijs dat primitieve eukaryoten zoals sponzen deze zware ijstijd hebben overleefd. Alternatieve modellen stellen ook voor dat er tijdens de ijstijd een ijsvrije open zee bestond en fungeerde als een oase voor het leven in zee.

Maar wat wel wordt begrepen, is dat de Marinoïsche ijstijd en de daaropvolgende extreme klimaatverandering waarschijnlijk een duidelijke impact hadden op de biosfeer. Kort na de ijstijd, de Lantiaanse biota, de vroegst bekende complexe macroscopische meercellige eukaryoten, ontstond. De Lantian-biota omvat macrofossielen die fylogenetisch onzeker zijn, maar morfologisch en taxonomisch divers. In de tussentijd, pre-Marinoan soorten hebben eenvoudige bouwplannen met een beperkte taxonomische variëteit.

Bacteriën en eukaryote biomarkers tonen aan dat bacteriën domineerden vóór de ijstijd, terwijl steranen/hopanen-verhoudingen illustreren dat eukaryoten net daarvoor domineerden. Echter, de relatie tussen de veranderingen in de biosfeer en de Marinoïsche ijstijd is onduidelijk.

In 2011, Kaiho en zijn team reisden naar Three Gorges, China onder leiding van Dr. Jinnan Tong van de Chinese Universiteit van Wetenschap om sedimentair gesteentemonsters te nemen van de diepere ontsluitingen van mariene sedimentaire gesteenten. Vanaf 2015 is Shizuya en Kaiho analyseerden de biomarkers van algen, fotosynthetische activiteit, bacteriën, en eukaryoten uit de gesteentemonsters.

Ze vonden fotosynthetische activiteit op basis van n-C17 + n-C19 alkanen voor algen en pristane + fytaan tijdens de Marinoïsche ijstijd. Hopanen in de vroege en late carbonaatafzetting toonden aan dat fotosynthetische organismen en andere bacteriën een staat van lage productiviteit bereikten voordat ze herstelden. En steranen van carbonaten en modderstenen na de afzetting van carbonaat uit de vroege Ediacaran-periode duidden op de expansie van eukaryoten. De expansie van eukaryoten kwam overeen met het feit dat de Lantian-biota morfologisch divers is in vergelijking met pre-Marinoan-soorten.

Kaiho gelooft dat we een stap dichter zijn bij het begrijpen van het evolutionaire proces dat plaatsvond voor en na Snowball Earth. "De omgevingsstress van gesloten oceaanomgevingen voor de atmosfeer, gevolgd door hoge temperaturen rond de 60 ° C, heeft mogelijk complexere dieren voortgebracht in de nasleep." Hun bevindingen tonen aan dat bacterieel herstel voorafging aan de overheersing van eukaryoten.

Kaiho's team doet verder onderzoek om de relatie tussen klimaatverandering en de biosfeer op andere locaties te verduidelijken. Ze bestuderen ook de relatie tussen de toename van zuurstof in de lucht en de evolutie van dieren van het late cryogenische tot het vroege Cambrium (650 tot 500 miljoen jaar geleden).