Den värsta tiden att vara vid liv i jordens historia är utan tvekan slutet av Perm, för cirka 250 miljoner år sedan. Det är den period då den största utrotningshändelsen någonsin som registrerats ägde rum och dödade 97 procent av alla arter, en händelse som var så allvarlig att den har kallats The Great Dying.
Denna händelse har i allmänhet skyllts på massiva vulkanutbrott som ägde rum vid samma tidpunkt. Men nu, i en ny analys, hävdar forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) att massutdöendet kan ha initierats av mikrober. Dessa mikrober ledde till en störning av kolcykeln som orsakade miljöchocker, såsom global uppvärmning och försurning av haven. Chockarna utplånade arter i stort antal under en period av tiotusentals år – ett ögonblick på geologiska skalor.
Kändes som slutet på tiden
Det utdöende i slutet av Perm, som ägde rum för cirka 250 miljoner år sedan, är det allvarligaste av de fem kända massutdöendena. Det dödade de sista trilobiterna – en tålig marin art som hade överlevt två tidigare massutdöenden. Landväxter överlevde, men nästan alla skogar försvann. Ännu värre är att det är den enda kända utdöende händelsen där inte ens insekter skonades.
För att en händelse av den här storleken skulle kunna äga rum måste många saker ha gått fel. På den tiden bestod världen av en enda superkontinent som kallades Pangea. Denna stora landmassa kan, genom att förändra dynamiken i hur kolet cirkulerar med subducerande plattor, ha drivit upp de globala temperaturerna till de högsta de någonsin varit.
Sedan, under loppet av ungefär en miljon år, skapade enorma utbrott i Sibirien basalter som täcker ett område som var ungefär sju gånger så stort som Frankrike. Detta kan ha drivit miljön över en brytpunkt genom att ännu mer koldioxid skickades ut i atmosfären. Det skulle ha fått haven att försuras, vilket skulle ha dödat mer marint liv, och värmas upp, vilket skulle ha frigjort frusen metan. Resultatet av allt detta skulle ha blivit ett ”galopperande” klimat som fortsatt att värma upp och ta bort mer syre från miljön.
Den mäktiga mikroben
Men Daniel Rothman vid MIT anser att siffrorna inte stämmer. ”Förändringarna i kolcykeln globalt är svåra att förena med enbart vulkanisk aktivitet i Sibirien”, säger han.
Hans beräkningar, som just publicerats i Proceedings of the National Academy of Sciences, antydde att något annat måste ha orsakat den galopperande händelsen. En hypotes var att mikrobiellt liv kan ha varit ansvarigt för detta.
”Denna hypotes är inte så upprörande som den verkar. Det var trots allt mikrober i form av cyanobakterier som för cirka 2,4 miljarder år sedan gav vår atmosfär allt syre”, tillade Rothman. Den perioden, som kallas Great Oxygenation Event, dödade också de flesta organismer som var anpassade till syrebristen och inledde en av de längsta kallperioderna i jordens historia. Så mikrober kan verkligen ha en global inverkan.
Med kollegor vid MIT tittade Rothman på jordens evolutionära historia och upptäckte uppkomsten av en viss typ av mikrober som inträffade runt tiden för den stora döden. Den mikroben, kallad Methanosarcina, hade förmågan att smälta organiskt material för att producera metan. (Molekylärbiologer vid MIT har visat att Methanosarcina utvecklade denna förmåga tack vare överföringen av en enda gen från bakterieklassen Clostridia.)
Rothman visste att den kemiska process som var inblandad i skapandet av metan var beroende av metallen nickel. Han letade efter bevis för att Methanosarcina frodades vid den tiden i sedimentskiktet i Meishan-regionen i Kina. Om miljön vid den tiden innehöll mer nickel än normalt skulle sedimenten innehålla uppgifter om detta.
Rothman valde Meishan-regionen för att leta efter nickel eftersom det är en särskilt välstuderad region. Dess sedimentlager har använts för att markera och standardisera olika perioder av jordens geologiska historia, och de sträcker sig över perioden för den stora döden.
Sökningen var framgångsrik. Det fanns verkligen en högre mängd nickel i de sediment som avlagrades under den perioden. Methanosarcina skulle inte bara ha varit effektiva på att skapa metan – de skulle ha blomstrat.
Nickeln, menar Rothman, skulle ha tillförts oceanerna, där Methanosarcina levde och växte, genom den kontinuerliga vulkaniska aktivitet som ägde rum i Sibirien. Den ökande mängden nickel, som transporterades av havsströmmarna, skulle ha gjort det möjligt för fler Methanosarcina att omvandla organiskt material till metan, som skulle omvandlas till koldioxid genom reaktioner med syre. Detta skulle ha inneburit ökade globala temperaturer och försurning av haven. Det sistnämnda skulle i kombination med förlusten av syre (som förbrukas när koldioxiden skapas) ha påskyndat utdöendet i haven. Och de döda organismerna skulle ha gett Methanosarcina mer organiskt material att smälta.
Kort sagt, en mikrobiell innovation kan ha fått balansen att tippa över för att orsaka den stora utdöendet.
Marc Reichow vid University of Leicester är fortfarande skeptisk till dessa resultat. Han hävdar att det inte finns några bevis för att det ökade nicklet kom från sibiriska vulkaner. Rothman håller med om att nuvarande data inte kan identifiera källan till nickel.
”Detta är en intressant hypotes, men jag tror att Great Dying var resultatet av många ”dödsmekanismer” snarare än en enda mekanism som föreslås här”, säger Reichow.
Det råder också tvivel om den exakta perioden under vilken Methanosarcina faktiskt utvecklades. Nuvarande tekniker för att uppskatta dess ursprung baserat på skillnader i DNA-sekvenser har en enorm felmarginal, vilket innebär att det kan ha skett långt före eller efter den stora döden.
Rothman medger att det finns begränsningar. ”Vi anser att vulkanism ensam inte kan ha orsakat denna utdöende händelse. Istället har vi breddat diskussionen genom att föreslå att det är möjligt att mikrober kan ha orsakat detta.”
”Konsekvenserna för idag är att det finns många sätt på vilka naturliga fluktuationer kan ske i jordens kolcykel. När vi studerar de förändringar som sker i kolcykeln nu bör vi försöka ta hänsyn till så många av dessa som möjligt för att kunna göra framtida förutsägelser”
.