Największa katastrofa w dziejach Ziemi. "Wymarł świat podobny do naszego"

Około 252 mln lat temu doszło do wydarzenia, które paleontolodzy określają mianem wielkiego wymierania permskiego, znanego również jako Wymieranie permskie. Była to największa katastrofa biologiczna w dziejach naszej planety. W oceanach wyginęło aż 96 proc. gatunków, natomiast na lądach zniknęło około 70 proc. wszystkich zwierząt.

Przez wiele lat naukowcy próbowali odpowiedzieć na pytanie, dlaczego jedne organizmy zostały całkowicie wymazane z historii życia, podczas gdy inne nie tylko przetrwały, ale z czasem zdominowały oceany. Badanie opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences dostarcza najbardziej kompletnego wyjaśnienia tego zjawiska.

Autorzy pracy po raz pierwszy połączyli dane dotyczące fizjologii zarówno organizmów, które niemal całkowicie wyginęły, jak i tych, które przetrwały katastrofę. Dzięki temu mogli sprawdzić, jak różnice w metabolizmie wpływały na szanse przeżycia.

Kluczowym czynnikiem okazał się metabolizm, czyli sposób, w jaki organizmy pozyskują energię i wykorzystują tlen do podtrzymywania procesów życiowych.

Przed wielkim wymieraniem dno oceanów należało głównie do ramienionogów, liliowców oraz wielu koralowców i ukwiałów. Były to organizmy prowadzące spokojny tryb życia. Większość z nich była praktycznie nieruchoma i odżywiała się przez filtrowanie wody.

Po katastrofie sytuacja odwróciła się całkowicie. Dominację przejęły małże, ślimaki, jeżowce, rozgwiazdy oraz ryby. Zwierzęta te są znacznie bardziej ruchliwe, a wiele z nich aktywnie zdobywa pokarm. Taki styl życia wymaga szybszego metabolizmu i wydajniejszych układów oddechowych.

To właśnie te różnice okazały się decydujące.

Przyczyną wielkiego wymierania była gigantyczna aktywność wulkaniczna. Do atmosfery dostały się niewyobrażalne ilości dwutlenku węgla oraz metanu, co doprowadziło do gwałtownego ocieplenia klimatu.

Wraz ze wzrostem temperatury oceany zaczęły tracić tlen. Ciepła woda magazynuje go znacznie mniej niż zimna, a jednocześnie organizmy potrzebują go coraz więcej, ponieważ ich metabolizm przy wyższej temperaturze przyspiesza.

Badacze wykazali, że właśnie połączenie wysokiej temperatury i niedoboru tlenu było główną przyczyną masowego wymierania.

Aby zweryfikować swoje hipotezy, naukowcy prowadzili badania terenowe między innymi na wyspach San Juan w stanie Waszyngton, gdzie do dziś występują ramienionogi - żywe pozostałości dawnych oceanów.

Następnie w laboratorium analizowano zużycie tlenu przez przedstawicieli różnych grup zwierząt w różnych temperaturach.

Wyniki okazały się bardzo interesujące. Dawne organizmy potrafiły funkcjonować przy bardzo niskiej zawartości tlenu, która dla współczesnych małży czy ryb byłaby śmiertelna. Problem pojawiał się jednak wraz z ocieplaniem się wody.

Ich metabolizm nie był w stanie odpowiednio zwiększyć wydajności, przez co zapotrzebowanie na tlen rosło szybciej, niż organizmy mogły go pobierać. W praktyce oznaczało to stopniowe uduszenie.

Zupełnie inaczej zachowywały się zwierzęta należące do bardziej nowoczesnych grup ewolucyjnych. Choć na co dzień potrzebują więcej tlenu, posiadają lepiej rozwinięte skrzela, silniejsze mięśnie i wydajniejsze układy oddechowe, dzięki czemu znacznie lepiej radzą sobie podczas wzrostu temperatury.

Jeden z autorów badań zwraca uwagę na prostą obserwację, którą może zrobić każdy spacerowicz odwiedzający plażę.

Muszle znajdowane na brzegu należą niemal zawsze do małży lub ślimaków. Muszle ramienionogów są niezwykle rzadkie, mimo że przez pierwsze 280 mln lat historii zwierząt to właśnie one dominowały na dnach mórz.

Przed wielkim wymieraniem ramienionogi były liczniejsze od małży. Obecnie istnieje zaledwie około 400 gatunków ramienionogów, podczas gdy samych małży żyje od 10 do 15 tys. gatunków.

To jedna z najbardziej spektakularnych zmian w historii ewolucji. Zdaniem naukowców można ją porównać do wydarzeń po wyginięciu dinozaurów, kiedy dominację na lądzie przejęły ssaki.

Od lat naukowcy wskazują również na zakwaszenie oceanów jako jeden z czynników odpowiedzialnych za wymieranie.

Dwutlenek węgla rozpuszczający się w wodzie powoduje spadek jej pH, co utrudnia organizmom budowę wapiennych muszli i szkieletów.

Nowe badanie sugeruje jednak, że choć zakwaszenie mogło pogłębiać kryzys, nie było jego główną przyczyną. Znacznie większe znaczenie miały wzrost temperatury oraz gwałtowny spadek ilości tlenu rozpuszczonego w wodzie.

Wnioski z analizy historii Ziemi nie są jednak wyłącznie ciekawostką dla paleontologów. Stanowią one poważne ostrzeżenie przed zmianami, które obserwujemy obecnie.

Warunki panujące w oceanach przed Wielkim Wymieraniem były uderzająco podobne do klimatu, jaki dominował na naszej planecie przez ostatnie kilkadziesiąt milionów lat. Stabilny, stosunkowo chłodny i dobrze natleniony ocean został wtedy nagle zdestabilizowany przez gigantyczny impuls węglowy.

Różnica polega na skali czasu. Podczas gdy natura potrzebowała tysięcy lat na podniesienie temperatury mórz o 8 do 12 stopni Celsjusza, obecna działalność człowieka i spalanie paliw kopalnych mogą doprowadzić do wzrostu temperatur o 1,5 do 4 stopni w zaledwie dwa stulecia.

Jeśli najczarniejsze scenariusze emisji się spełnią, tempo zmian zbliży nas do parametrów z czasów permskiego kryzysu.