Ursache für das Massensterben könnte die Evolution von Baumwurzeln sein

Geologen finden Parallelen zwischen antiken Aussterbeereignissen auf globaler Ebene und modernen Bedrohungen für die Ozeane der Erde.

Eine Reihe von Massensterben, die die Ozeane der Erde während der Devon-Periode vor mehr als 300 Millionen Jahren erschütterten, könnte durch die Evolution von Baumwurzeln verursacht worden sein. Dies geht aus einer Forschungsstudie hervor, die von Wissenschaftlern der Indiana University – Purdue University Indianapolis (IUPUI) zusammen mit Kollegen im Vereinigten Königreich geleitet wurde.

Beweise für diese neue Sichtweise einer bemerkenswert volatilen Periode in der Vorgeschichte der Erde wurden am 9. November in der Fachzeitschrift veröffentlicht Bulletin der Geologischen Gesellschaft von Amerika. Es ist eine der ältesten und angesehensten Publikationen auf dem Gebiet der Geologie. Die Studie wurde von Gabriel Filippelli, Professor für Erdwissenschaften an der IUPUI School of Science, und Matthew Smart, Ph.D. Ein Student in seinem Labor während des Studiums.

„Unsere Analyse zeigt, dass die Evolution der Baumwurzeln die Ozeane mit überschüssigen Nährstoffen überschwemmt hat, was ein massives Algenwachstum verursacht hat“, sagte Filippelli. „Diese schnelle und zerstörerische Algenblüte hätte den größten Teil des Sauerstoffs in den Ozeanen verbraucht, was zu katastrophalen Massensterben geführt hätte.“

Wissenschaftler sammeln Gesteinsproben auf der Insel Ymer in Ostgrönland, einer von mehreren Stätten, deren Analyse Einblicke in die chemische Zusammensetzung der Seebecken des Devon gegeben hat. Bildnachweis: John Marshall, University of Southampton

Die Devon-Periode, die vor 419 Millionen bis 358 Millionen Jahren stattfand, bevor sich Leben auf der Erde entwickelte, ist bekannt für Massensterben, bei denen schätzungsweise fast 70 Prozent des Lebens auf der Erde starben.

Der in der Studie beschriebene Prozess – wissenschaftlich als Eutrophierung bekannt – ist dem jüngsten Phänomen bemerkenswert ähnlich, wenn auch kleiner, das derzeit ausgedehnte „tote Zonen“ in der Erde speist Große Seen Und die Der Golf von MexikoÜberschüssige Nährstoffe aus Düngemitteln und anderen landwirtschaftlichen Abwässern führen zu massiven Algenblüten, die den gesamten Sauerstoff des Wassers aufnehmen.

Der Unterschied besteht darin, dass diese vergangenen Ereignisse höchstwahrscheinlich von Baumwurzeln angetrieben wurden, die in Zeiten des Wachstums Nährstoffe aus dem Boden zogen und sie dann in Zeiten des Verfalls plötzlich in das Wasser des Landes schütteten.

Filippelli sagte, die Theorie basiere auf einer Mischung aus neuen und bestehenden Beweisen.

Gabriel Filippelli. Bildnachweis: Liz Kay, Indiana University

Basierend auf der chemischen Analyse von steinigen Sedimenten aus alten Seebetten – deren Überreste immer noch weltweit gefunden werden, einschließlich Proben, die in der Studie von Standorten in Grönland und vor der Nordostküste Schottlands verwendet wurden – konnten die Forscher zuvor identifizierte höhere Zyklen und niedrigere Werte bestätigen Phosphor, ein chemisches Element, das in allem Leben auf der Erde vorhanden ist.

Sie waren auch in der Lage, Nass- und Trockenzyklen anhand von Anzeichen von „Verwitterung“ – oder Bodenzusammensetzung – zu identifizieren, die durch Wurzelwachstum verursacht wurden, wobei eine erhöhte Verwitterung auf Nasszyklen mit mehr Wurzeln und eine verringerte Verwitterung auf Trockenzyklen mit weniger Wurzeln hinweist.

Matthäus Smart. Kredit: Bild mit freundlicher Genehmigung von Matthew Smart

Wichtig ist, dass das Team herausfand, dass die Dürrezyklen mit höheren Phosphorwerten zusammenfielen, was darauf hindeutet, dass die abgestorbenen Wurzeln während dieser Zeiten ihre Nährstoffe in die Gewässer des Planeten abgeben.

„Es ist nicht einfach, über 370 Millionen Jahre in die Vergangenheit zurückzublicken“, sagte Smart. „Aber Felsen haben ein langes Gedächtnis, und es gibt immer noch Orte auf der Erde, an denen man die Chemie als Mikroskop nutzen kann, um die Geheimnisse der Antike zu lüften.“

Angesichts der Phosphorzyklen, die gleichzeitig mit der Entwicklung der Wurzeln des ersten Baums stattfinden – ein Merkmal von Archäoptrisdie auch die erste Pflanze ist, die bis zu 30 Fuß hohe Blätter wachsen lässt – Forscher konnten die Zersetzung von Baumwurzeln als Hauptverdächtigen hinter den Aussterbeereignissen im Devon identifizieren.

Glücklicherweise verursachen moderne Bäume keine ähnlichen Verwüstungen, da die Natur seitdem Systeme entwickelt hat, um die Auswirkungen von verrottendem Holz auszugleichen, sagte Filippelli. Die Tiefe des modernen Bodens hält auch mehr Nährstoffe im Vergleich zu der dünnen Erdschicht, die die alte Erde bedeckte.

Aber die in der Studie offenbarte Dynamik wirft Licht auf andere neue Bedrohungen für das Leben in den Ozeanen der Erde. Die Autoren der Studie stellen fest, dass andere argumentiert haben, dass die Verschmutzung durch Düngemittel, Gülle und andere organische Abfälle wie Abwässer, Die Ozeane der Erde an den „Rand der Hypoxie“ bringen, Oder kompletter Sauerstoffmangel.

„Diese neuen Erkenntnisse über die katastrophalen Folgen von Naturereignissen in der Antike könnten als Warnung vor den Folgen ähnlicher Bedingungen dienen, die sich aus heutiger menschlicher Aktivität ergeben“, sagte Filippelli.

Referenz: „Verbesserte Freisetzung von terrestrischen Nährstoffen während der Entstehung und Ausdehnung devonischer Wälder: Beweise aus abführenden Phosphor- und geochemischen Aufzeichnungen“ von Matthew S Smart, Gabriel Filippelli, William B. 2022, GSA-Bulletin.
DOI: 10.1130 / B36384.1

Weitere Autoren der Veröffentlichung sind William B. Gilhuly III von IUPUI und John Marshall und Jessica Whiteside von der University of Southampton, UK. Smart ist derzeit Assistenzprofessor für Ozeanographie an der US Naval Academy. Diese Studie wurde teilweise von der National Science Foundation unterstützt.