Overraskende resultater skubber til opfattelsen af livets udvikling
Der var rigeligt med ilt på Jorden, længe før de tidligste dyr opstod, viser ny dansk forskning. Det går imod den tidligere opfattelse af, at ilt var den afgørende faktor for dyrelivets opståen og udvikling.

Først for mellem 650 og 800 millioner år siden begyndte de første dyr at betræde den evolutionære sti på Jorden - til trods for, at iltniveauerne var tilstrækkeligt høje til dem længe forinden. (Foto: <a href="http://www.shutterstock.com/pic-60414424/stock-photo-single-elephant-wal... target="_blank">Shutterstock</a>)

For mellem 685 og 800 millioner år siden begyndte de første dyr at dukke op på Jorden. Eller rettere: på havbunden. Simple skabninger, der hverken havde øjne, arme eller ben – men ikke desto mindre var mange gange mere avancerede, end de encellede organismer der indtil da havde haft kloden for sig selv.

Hidtil har man troet, at det afgørende trin for denne udvikling var ilt. Forskerne har ment, at der inden da var så lav iltkoncentration på Jorden, at dyrene ikke kunne eksistere. Iltkoncentrationen steg, og vupti; dyr opstod.

Nu vender danske forskere op og ned på det billede. I et nyt studie viser de, at iltkoncentrationen allerede for 1,4 milliard år siden faktisk var mange gange større, end hvad de tidligste dyr havde brug for. Det er afgørende for vores forståelse af, hvorfor de multicellulære organismer – altså, dyrene – udviklede sig, fortæller Christian J. Bjerrum, som er medforfatter på studiet.

»Lige pludselig er det et nyt 'game', for hvad var det så, der hindrede, at dyrelivet udvikledes? Det kan vi på nuværende tidspunkt ikke svare på,« siger lektor Christian J. Bjerrum, som arbejder ved Institut for Geovidenskab og Naturforvaltning på Københavns Universitet.

Det nye studie er publiceret i det anerkendte tidsskrift PNAS i samarbejde med kollegaer fra Kina og Syddansk Universitet.

Jorden havde rigeligt med ilt til dyrene

Alt liv på Jorden består af celler. Du og jeg, din hund og din nabos guldfisk er alle bygget op af celler. Men i modsætning til de allermest simple organismer – for eksempel bakterier og nogle alger – består vi af mere end én celle.

Alle flercellede organismer har brug for ilt til at ånde, og tidligere har forskerne fundet ud af, at der skulle omtrent én procent af vores nuværende iltniveau til – se faktaboksen til højre – for at understøtte en flercellet organisme (der findes visse undtagelser, men dem lader vi ligge for nu for forståelsens skyld).

I det nye studie finder forskerne, at der allerede for 1.400 millioner år siden fandtes iltniveauer på Jorden svarende til 3,8 procent af vores nuværende niveau. Altså langt over det påkrævede, for at de flercellede organismer kunne eksistere.

»Iltkoncentrationen var højst sandsynligt mange gange større, end det der kunne holde sådan en udvikling tilbage. Vi er selv ret overraskede over resultaterne og har egentlig ikke helt fattet, at vi foreslår, at der var så store iltkoncentrationer allerede dengang,« siger Christian J. Bjerrum og fortsætter:

»Så nu skal vi til at udvikle nye hypoteser og finde ud af, hvorfor multicellulære organismer først udviklede sig omkring en halv milliard år senere.«

Forstenet mudder afslørede iltniveauer

Fakta

Ilt på Jorden

I dag er der omkring 21 procent ilt i atmosfæren. Tidligere estimater har lydt på, at det var nødvendigt med 10 procent af det iltindhold, før flercellet liv kunne opstå. I et studie fra 2014 fandt danske forskere, at det kun kræver 0,4 procent af nutidens iltindhold, for at en havsvamp - et af klodens ældste dyr - kan ånde, spise og vokse.

De nye resultater stammer fra nogle helt unikke jordlag i Kina. Jordlagene, som i forskersprog kaldes sedimenter, er utroligt velbevarede.

De såkaldte sedimenter er egentlig bare forstenet mudder, men ved at måle på dem kemisk kan man regne sig 1,4 milliard år tilbage i tiden og finde ud af, hvordan iltkoncentrationen så ud, længe før dyrene begyndte at stavre rundt på Jorden.

Og det er i sig selv et scoop, fortæller Christian J. Bjerrum, som selv har stået for at udføre modelberegningerne i studiet:

»Det er lidt af et lykketræf, for sedimenter af den alder er der rigtig, rigtig få af, og de er typisk ikke særlig velbevarede. Ilt er en gas, og vi kan ikke bare gå ud og måle, hvordan den opførte sig dengang. Men den har indflydelse på kemien af metallers opførsel, og det er det, vi har kigget på i jordlagene sammen med vores kinesiske kollegaer.«

Barnelærdom om ilt udfordres

Kollegaen Tais W. Dahl, som selv forsker i Jordens og livets opståen og udvikling, har ikke været del af det nye studie, men han finder dets resultater interessante.

»Det er en spændende måde, de kommer frem til iltniveauet på, og det kommer lidt bag på mig, at de kan sætte niveauet så højt. De når frem til et meget præcist tal, og det er over det, som de tidligste dyr havde brug for, og det er selvfølgelig super spændende,« siger Tais Dahl, som er adjunkt ved Statens Naturhistoriske Museum, Københavns Universitet.

På den måde er det ren grundbogsviden, der rykkes ved med det nye studie, mener Christian J. Bjerrum.

»Det er min egen barnelærdom, at der var lav iltkoncentration på den tid, og det har været arbejdshypotesen indtil nu. Hidtil har der været to modeller for, hvad der gav denne her udvikling i slutningen af Prækambrium – den ene har været, at ilt var hindringen, fordi de flercellede dyr har en kraftigere metabolisme, der kræver ilt til respiration. Den anden har været, at størrelse simpelthen var et resultat af, at økosystemer udvikledes, fordi man er sværere at spise, når man bliver større,« siger han og fortsætter:

»Vi kan nu vise, at det i hvert fald ikke er ilten, der har været en hindring.«

Et spændende vindue ind i Jordens historie

Som det næste skridt vil det være oplagt at undersøge, om man vil kunne finde lignende resultater i andre aflejringer fra andre tidspunkter i historien, fortæller Christian J. Bjerrum:

Fakta

Prækambrium (eller kryptozoikum) er Jordens eneste superæon. En æon er græsk for evighed, og i geologien er æon den største tidsinddeling i Jordens geologiske historie. Tiden siden Jordens dannelse for ca. 4,6 milliarder år siden inddeles i i alt fire æoner, hvoraf de tre af dem samles under hatten 'Prækambrium', som derfor kaldes en superæon.

Prækambrium begynder med Jordens dannelse for omkring 4.570 millioner år siden og slutter med omfattende mængder af makroskopiske fossiler med hård skal, hvilket markerer begyndelsen af perioden Kambrium i den yngste æon, Phanerozoikum, for omkring 542 millioner år siden.

I Kambrium blev flercellede dyr almindelige, og skal- og skeletvæv af uorganiske materialer opstod. I Kambrium undergik den biologiske verden en enestående udvikling, idet man antager, at næsten alle moderne dyregrupper opstod inden for et kort tidsrum i Tidlig Kambrium. Denne periode kaldes ofte Den Kambriske Eksplosion.

Kilde: Den Store Danske

»Vi har undersøgt én sektion af 500 meter i alt, og den repræsenterer ét punkt på Jorden på ét tidspunkt i Jordens historie. Der vil vi selvfølgelig gerne have et mere globalt billede og finde ud af, hvordan det forholder sig, hvis vi nu gik til højere breddegrader eller undersøgte andre steder på Jorden. Kan vi for eksempel finde en lignende aflejring, som er 1,5 milliard år gammel og giver den samme resultat?«

Det erklærer Tais W. Dahl sig enig i. Det er farligt at drage alt for vidtrækkende konklusioner ud fra de nye resultater, mener han.

»Vi skal huske, at der er tale om en stikprøve. Resultaterne kan sige noget om ét tidspunkt i historien, og det er et spændende vindue ind i Jordens historie for 1,4 milliard år siden, men de kan jo ikke sige noget om, hvad der var før eller efter.«

Han mener ikke nødvendigvis, at den nye viden rykker ved den nuværende forståelse af de tidligste dyrs opståen.

»Der er rigtig lang tid mellem de her 1,4 milliard år og 600 millioner år siden, hvor dyrene opstod, og vi ved ikke, hvad der er sket ind i mellem. For mig at se udelukker det ikke, at ilt er en afgørende faktor for dyrenes udvikling – fordi deres udbredelse afhænger af etableringen af et vedvarende iltholdigt miljø på global skala. Når det nu er sagt, så er der selvfølgelig også andre faktorer, som skulle være på plads,« siger Tais W. Dahl.

Han peger blandt andet på, at de første flercellede organismer opstod ret dybt i havet, mens de nye resultater kun kan afspejle iltniveauet på ét sted i vandsøjlen.

»Det er for simpelt at se ilt som et tal og dyr som en opståen, for det er afgørende, hvor ilten er henne. Men det er rigtigt, at det ændrer på den barnelærdom, at der ikke var ilt nok til, at dyr kunne leve i nogle dele af vandsøjlen.«

Flere studier på vej

Tais W. Dahl understreger dog, at han er imponeret over forskernes metode i det nye studie. De har blandt andet kombineret observationer med modeller, og det er helt nødvendigt i denne sammenhæng, mener han.

»Der er ikke noget ilt, der er bevaret i dag, så man skal bruge indirekte mål for at undersøge det, og derfor er det vigtigt, at man sætter målingerne i kontekst. De kombinerer nogle metoder, som vi kun lige er begyndt at bruge og forstå, og det er nyskabende og vil helt sikkert sparke flere lignende studier af sig.«

Christian J. Bjerrum har da også planer om at fortsætte sin søgen efter svar på, hvordan iltniveauer og dyrelivets opståen egentlig hænger sammen.

»Vi har nu endnu mere hjemmearbejde, end vi troede, vi havde, før vi fik disse resultater,« slutter han.