Najgorszym okresem do życia w historii Ziemi jest bezdyskusyjnie koniec permu, około 250 milionów lat temu. Jest to okres, w którym miało miejsce największe w historii wydarzenie wymierania, które zabiło 97% wszystkich gatunków, wydarzenie tak poważne, że nazwano je Wielkim Umieraniem.
To wydarzenie zostało ogólnie obwinione o masywne erupcje wulkaniczne, które miały miejsce w tym samym czasie. Ale teraz, w nowej analizie, naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) twierdzą, że masowe wymieranie mogło zostać zainicjowane przez mikroby. Mikroby te doprowadziły do perturbacji w cyklu węglowym, które spowodowały wstrząsy środowiskowe, takie jak globalne ocieplenie i zakwaszenie oceanów. Wstrząsy te spowodowały wymieranie gatunków w ogromnych ilościach w okresie dziesiątek tysięcy lat – blip w skalach geologicznych.
Czuło się jak koniec czasu
Wyginięcie endopermijskie, które miało miejsce około 250 milionów lat temu, jest najcięższym z pięciu znanych masowych wymierań. Zginął ostatni z trylobitów – odpornych gatunków morskich, które przetrwały dwa poprzednie masowe wymierania. Podczas gdy rośliny lądowe przetrwały, zniknęły prawie wszystkie lasy. Co gorsza, jest to jedyne znane wymieranie, którego nie uniknęły nawet owady.
Aby wydarzenie tej wielkości mogło mieć miejsce, wiele rzeczy musiałoby pójść nie tak. W tym czasie świat składał się z jednego superkontynentu o nazwie Pangea. Ta duża masa lądowa, poprzez zmianę dynamiki tego, jak węgiel jest cykliczny z płytami subdukcyjnymi, mogła popchnąć globalne temperatury do najwyższych, jakie kiedykolwiek były.
Następnie, w ciągu około miliona lat, ogromne erupcje na Syberii stworzyły bazalty, które pokrywają obszar, który był około siedem razy większy od Francji. To mogło popchnąć środowisko poza punkt krytyczny, wysyłając jeszcze więcej dwutlenku węgla do atmosfery. To spowodowałoby zakwaszenie oceanów, zabijając więcej życia morskiego, oraz ich podgrzanie, uwalniając zamrożony metan. Skutkiem tego wszystkiego byłby „uciekający” klimat, który wciąż się nagrzewał i usuwał więcej tlenu ze środowiska.
Potężny mikrob
Ale Daniel Rothman z MIT uważa, że liczby się nie sumują. „Zmiany w cyklu węglowym w skali globalnej są trudne do pogodzenia tylko z aktywnością wulkaniczną na Syberii”, powiedział.
Jego obliczenia, właśnie opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences, były podpowiedzią, że coś innego musiało spowodować zdarzenie runaway. Jedna hipoteza była taka, że życie mikrobowe mogło być za to odpowiedzialne.
„Ta hipoteza nie jest tak oburzająca, jak się wydaje. W końcu około 2,4 miliarda lat temu, to właśnie mikroby w postaci cyjanobakterii dały naszej atmosferze cały swój tlen” – dodał Rothman. Ten okres, zwany Wielkim Wydarzeniem Utleniającym, zabił również większość organizmów, które były przystosowane do braku tlenu i rozpoczął jeden z najdłuższych okresów zimna w historii Ziemi. Więc mikroby mogą z pewnością mieć globalny wpływ.
Z kolegami z MIT, Rothman spojrzał na ewolucyjną historię Ziemi i zauważył wzrost szczególnego rodzaju mikroba, który wystąpił wokół czasu Wielkiego Umierania. Mikrob ten, zwany Methanosarcina, miał zdolność trawienia materii organicznej w celu produkcji metanu. (Biolodzy molekularni z MIT wykazali, że Methanosarcina rozwinęła tę zdolność dzięki transferowi pojedynczego genu z klasy bakterii Clostridia.)
Rothman wiedział, że proces chemiczny zaangażowany w tworzenie metanu opierał się na metalu – niklu. Poszedł szukać dowodów na to, że Methanosarcina kwitła w tym czasie w warstwie osadowej regionu Meishan w Chinach. Jeśli środowisko w tym czasie miał żadnych więcej niklu niż normalnie, a następnie osady będzie trzymać rekord it.
Rothman wybrał region Meishan szukać niklu, ponieważ jest to szczególnie dobrze zbadany region. Jego warstwy osadowe zostały wykorzystane do oznaczania i standaryzacji różnych okresów historii geologicznej Ziemi, i obejmują one okres Wielkiego Umierania.
Poszukiwania były udane. Tam był rzeczywiście wyższa ilość niklu w osadach zdeponowanych w tym okresie. Methanosarcina nie tylko byłyby skuteczne w tworzeniu metanu – one rozkwitłyby.
Niklu, Rothman sugeruje, zostałby dodany do oceanów, gdzie Methanosarcina żył i rósł, przez ciągłej aktywności wulkanicznej występujących w Syberii. Rosnąca ilość niklu, transportowana przez prądy oceaniczne, pozwoliłaby większej ilości Methanosarcina przekształcać materię organiczną w metan, który byłby przekształcany w dwutlenek węgla poprzez reakcje z tlenem. Oznaczałoby to wzrost temperatury na świecie i zakwaszenie oceanów. To ostatnie w połączeniu z utratą tlenu (zużywanego przy tworzeniu dwutlenku węgla) przyspieszyłoby wymieranie w oceanach. A martwe organizmy dostarczyłyby Methanosarcina więcej materii organicznej do strawienia.
W skrócie, innowacja mikrobiologiczna mogła przechylić szalę, aby spowodować Wielkie Umieranie.
Marc Reichow na Uniwersytecie w Leicester pozostaje sceptyczny wobec tych wyników. On twierdzi, że nie ma dowodów, że zwiększona niklu pochodzi z syberyjskich wulkanów. Rothman zgadza się, że obecne dane nie mogą zidentyfikować źródła niklu.
„Jest to interesująca hipoteza, ale myślę, że Wielkie Umieranie było wykonaniem wielu 'mechanizmów zabijania’, a nie tylko pojedynczego mechanizmu sugerowanego tutaj”, powiedział Reichow.
Istnieją również wątpliwości co do dokładnego okresu, w którym Methanosarcina faktycznie ewoluowała. Obecne techniki szacowania jego pochodzenia w oparciu o różnice w sekwencji DNA mają ogromny margines błędu, co oznacza, że mogło to nastąpić na długo przed lub po Wielkim Umieraniu.
Rothman przyznaje, że istnieją ograniczenia. „Wierzymy, że sam wulkanizm nie mógł spowodować tego wydarzenia wymierania. Zamiast tego, to co zrobiliśmy to poszerzenie rozmowy poprzez zasugerowanie, że jest możliwe, że mikroby mogły spowodować to wydarzenie.”
„Implikacje na dziś są takie, że istnieje wiele sposobów, w których naturalne fluktuacje mogą wystąpić w cyklu węglowym Ziemi. Badając zmiany zachodzące obecnie w cyklu węglowym, powinniśmy starać się brać pod uwagę jak najwięcej z nich, aby móc przewidzieć przyszłość.”
.