De opwarming van de aarde waardoor dieren niet konden ademen veroorzaakte het Perm-massale uitsterven in de oceanen, volgens een nieuwe studie.

Naarmate de temperatuur steeg en het metabolisme van zeedieren versnelde, konden de warmere wateren niet genoeg zuurstof bevatten om te overleven, rapporteren de onderzoekers.

De grootste uitsterving in de geschiedenis van de aarde betekende het einde van de Perm-periode, zo'n X miljoen miljoen jaar geleden. Lang voor dinosaurussen vernietigden een reeks enorme vulkaanuitbarstingen in Siberië meestal de planten en dieren die onze planeet bevolkten.

De illustratie toont het percentage zeedieren dat aan het einde van het Perm-tijdperk uitgestorven is op grond van de breedtegraad, het model (zwarte lijn) en het fossielenbestand (blauwe stippen). Een groter percentage zeedieren overleefde in de tropen dan aan de polen. De kleur van het water toont de temperatuurverandering, waarbij rood het meest ernstig opwarmt en geel minder opwarmt.

Aan de bovenkant bevindt zich het supercontinent Pangaea, met enorme vulkaanuitbarstingen die koolstofdioxide uitstoten. De afbeeldingen onder de lijn geven een deel van het 96-percentage weer van mariene soorten die tijdens het evenement zijn gestorven. [Inclusief fossiele tekeningen van Ernst Haeckel / Wikimedia; Blauwe krabfoto door Wendy Kaveney / Flickr; Atlantische kabeljauwfoto door Hans-Petter Fjeld / Wikimedia; Chambered nautilus-foto door John White / CalPhotos.] (Credit: Justin Penn en Curtis Deutsch / U. Washington) Fossielen in oude zeebodemrotsen vertonen een bloeiend en divers marien ecosysteem en vervolgens een strook van lijken. Sommige 96-percenten van mariene soorten werden weggevaagd tijdens de 'Great Dying', gevolgd door miljoenen jaren waarin het leven zich nog eens moest vermenigvuldigen en diversifiëren.

Wat tot nu toe is besproken, is precies wat de oceanen ongastvrij heeft gemaakt voor het leven: de hoge zuurgraad van de water-, metaal- en sulfidevergiftiging, een volledig gebrek aan zuurstof of gewoon hogere temperaturen.

'Vlucht of vergaan'

"Dit is de eerste keer dat we een mechanische voorspelling hebben gedaan over de oorzaak van de uitsterving die direct kan worden getest met het fossielenbestand, waardoor we in de toekomst voorspellingen kunnen doen over de oorzaken van uitsterven", zegt coauteur Justin Penn, een doctoraalstudent oceanografie aan de universiteit van Washington.

Onderzoekers hadden een klimaatmodel met de configuratie van de aarde gedurende het Perm, toen de landmassa's werden gecombineerd in het supercontinent van Pangea. Voordat de aanhoudende vulkaanuitbarstingen in Siberië een broeikasgassenplaneet creëerden, hadden de oceanen temperaturen en zuurstofniveaus die vergelijkbaar zijn met die van vandaag. De onderzoekers verhoogden vervolgens de broeikasgassen in het model tot het niveau dat nodig is om de tropische oceaantemperaturen aan de oppervlakte wat 10 graden Celsius (20 graden Fahrenheit) hoger te maken, overeenkomende omstandigheden op dat moment.

Het model reproduceert de resulterende dramatische veranderingen in de oceanen. Oceanen verloren ongeveer 80 procent van hun zuurstof. Ongeveer de helft van de zeebodem van de oceanen, meestal op diepere diepten, werd volledig zuurstofvrij.

Om de effecten op mariene soorten te analyseren, hebben de onderzoekers de variërende zuurstof- en temperatuurgevoeligheden van 61 moderne mariene soorten - waaronder schaaldieren, vissen, schaaldieren, koralen en haaien - beoordeeld met behulp van gepubliceerde laboratoriummetingen. De tolerantie van moderne dieren voor hoge temperatuur en lage zuurstof zal naar verwachting vergelijkbaar zijn met Permische dieren, omdat ze evolueerden onder vergelijkbare omgevingsomstandigheden. De onderzoekers combineerden vervolgens de eigenschappen van de soort met de paleoklimaatsimulaties om de geografie van de extinctie te voorspellen.

"Zeer weinig mariene organismen bleven in dezelfde habitat waarin ze leefden - het was of vlucht of verging", zegt coauteur Curtis Deutsch, een universitair hoofddocent oceanografie.

Het model laat zien dat de zwaarst getroffen organismen de zuurstofgevoeligst zijn die ver van de tropen liggen. Veel soorten die in de tropen leefden, zijn ook uitgestorven in het model, maar voorspellen dat soorten met een hoge latitude, vooral die met hoge zuurstofbehoeften, bijna volledig zijn uitgeroeid.

Dubbel dodelijk

Om deze voorspelling te testen, analyseerden coauteurs Jonathan Payne en Erik Sperling van Stanford University laat-Perm fossiele distributies van de Paleoceanography Database, een virtueel archief van gepubliceerde fossiele collecties. Het fossielenarchief laat zien waar soorten vóór het uitsterven waren, en die volledig werden weggevaagd of beperkt tot een fractie van hun vroegere habitat.

Het fossielenverslag bevestigt dat soorten ver van de evenaar het meest leden tijdens het evenement.

"De signatuur van dat dodingsmechanisme, klimaatopwarming en zuurstofverlies, is dit geografische patroon dat is voorspeld door het model en vervolgens is ontdekt in de fossielen," zegt Penn. "De overeenkomst tussen de twee duidt op dit mechanisme van klimaatopwarming en zuurstofverlies was een primaire oorzaak van het uitsterven."

Het onderzoek bouwt voort op eerder werk, geleid door Deutsch en toont aan dat, naarmate oceanen warm zijn, het metabolisme van zeedieren versnelt, wat betekent dat ze meer zuurstof nodig hebben, terwijl warmer water minder vasthoudt. Dat eerdere onderzoek laat zien hoe warmere oceanen dieren weg duwen uit de tropen.

De nieuwe studie combineert de veranderende toestand van de oceaan met de metabole behoeften van verschillende dieren bij verschillende temperaturen. De resultaten tonen aan dat de meest ernstige gevolgen van zuurstofgebrek zijn voor soorten die in de buurt van de polen leven.

"Omdat de metabolismen van tropische organismen al waren aangepast aan tamelijk warme omstandigheden met minder zuurstof, konden ze wegtrekken uit de tropen en elders dezelfde omstandigheden vinden", zegt Deutsch. "Maar als een organisme werd aangepast voor een koude, zuurstofrijke omgeving, dan hielden die voorwaarden op te bestaan ​​in de ondiepe oceanen."

De zogenaamde "dode zones" die volledig zuurstofvrij zijn, bevonden zich meestal onder dieptes waar soorten leefden en speelden een kleinere rol in de overlevingskansen.

"Uiteindelijk bleek de grootte van de dode zones echt niet het belangrijkste te zijn voor het uitsterven", zegt Deutsch. "We denken vaak aan anoxie, het volledige zuurstofgebrek, als voorwaarde om wijdverspreide onbewoonbaarheid te krijgen. Maar als je naar de tolerantie voor lage zuurstof kijkt, kunnen de meeste organismen worden uitgesloten van zeewater met zuurstofniveaus die nergens in de buurt van anoxisch zijn. "

Vergelijkbaar met vandaag

Opwarming die leidt tot onvoldoende zuurstof verklaart meer dan de helft van de verliezen aan mariene diversiteit. De auteurs zeggen dat andere veranderingen, zoals verzuring of verschuivingen in de productiviteit van fotosynthetische organismen, waarschijnlijk als extra oorzaken hebben gewerkt.

De situatie in de laat-Perm-toenemende broeikasgassen in de atmosfeer die warmere temperaturen op aarde creëren, is vergelijkbaar met vandaag.

"Onder normale emissiescenario's zal 2100 in de bovenzee 20 procent van de opwarming in het late Perm hebben benaderd, en tegen het jaar 2300 zal het tussen 35 en 50 procent bereiken," zegt Penn.

"Deze studie benadrukt het potentieel voor een massale uitsterving voortvloeiend uit een vergelijkbaar mechanisme onder antropogene klimaatverandering."

Het onderzoek verschijnt in Wetenschap. De Gordon and Betty Moore Foundation en de National Science Foundation financierden het onderzoek.

Bron: Universiteit van Washington

{youtube}y6ig6zKiNTc{/youtube}

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon