Iltsvind førte til Jordens første masseuddøen
Dyrelivets første masseuddøen er hidtil blevet forklaret med en stigende iltkoncentration i havet som følge af et køligere klima. Men nu viser et nyt dansk studie, at katastrofen tværtimod skyldtes et massivt iltsvind.

Iltsvind bliver ikke kun fremprovokeret af varmere vejr. Det kan også opstå, når det bliver koldere. Det var netop det, der skete under dyrelivets første masseudryddelse. (Foto: Colourbox).

For 440 millioner år siden havde dyrelivet netop indtaget verdenshavene. Kloden var et godt sted at være for de mange dyr med et varmt klima og masser af føde.

Men så skete der pludselig noget, der i løbet af bare en halv million år slog knap 86 procent af alle havdyr-arter ihjel.

Forskerne har grublet meget over, hvad denne katastrofe  i slutningen af den geologiske periode 'Ordovicum' gik ud på.

Den gængse forestilling har hidtil været, at de mange arters forsvinden var et resultat af et køligere klima, der førte til en mere effektiv opblanding af atmosfæreluft i havvand og derfor en stigning i havenes iltkoncentration. (Se boks). 

Men nu tegner der sig for første gang nogensinde et andet og klokkeklart billede af begivenhedernes gang.

Resultater udfordrer populær teori

Fakta

Emma Hammarlund har netop afleveret sin ph.d.-afhandling og vil til juni få den endelige blåstempling som forsker.

Biolog og geokemiker Emma Hammarlund fra forskningscentret for Jordens udvikling (NordCEE) har nøje gransket den kemiske sammensætning af datidens havbund. Hendes resultater tyder højst overraskende på, at det kølige klima snarere fremprovokerede iltsvind i verdenshavene, der kvalte dyrelivet.

Resultaterne er netop publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Earth and Planetary Science Letters. 

»Vores målinger fortæller os, at det var udbredt iltsvind i havene – ikke en iltstigning - der var årsagen til Jordens første masseuddøen. Det vender op og ned på vores forestilling om, hvad der i sin tid hændte,« fortæller Emma Hammarlund.

Den gamle havbund findes stadigvæk

I dag er katastrofen for længst forbi og dyrelivet kommet ordentligt på fode igen.

Jorden har dog ikke glemt katastrofen, for mange af dens vigtigste begivenheder blev i sin tid mejslet ind i datidens havbund og efterfølgende presset sammen til bjergarten skiffer. Den gamle havbund er ikke længere intakt men brudt op i mindre bidder, som pladetektonik og andre geologiske processer har trukket, skubbet og puffet rundt på Jordens overflade.

kortet viser kontinenternes placering i den geologiske periode Ordovicum, hvor katastrofen fandt sted. (Kilde: Naturhistoriska Riksmuseet)

Emma Hammarlund og hendes kolleger har gennem de seneste år opsøgt områder i Skotland, Østrig og Bornholm og udtaget prøver fra den gamle havbund ved hjælp af hakke og bor.

Ved at analysere de mange prøver i deres laboratorier er det lykkedes dem at vride de gemte og glemte hemmeligheder ud af skifferen og dermed få en langt bedre forståelse af den verdensomspændende katastrofe. Skifferen rummer nemlig mange metaller, svovl, kul såvel som andre stoffer, som på hver sin måde fortæller om katastrofen. Gennem en præcis kortlægning af skifferens kemiske sammensætning, plaprer den 440 millioner år gamle havbund derfor løs om dyrelivets første store traume.

Svovl sladrer om dyrenes første masseuddøen

Det grundstof, der for alvor hjælper forskerne med at kaste lys over, hvad der hændte, er svovl, hvoraf langt størstedelen optræder i to forskellige varianter (isotoper), hvoraf den ene er let og den anden er tung.

Emma Hammarlunds analyser viser, at havbunden for 440 millioner år siden lagrede svovlforbindelser, der var betydeligt tungere, end tidligere.

»At den gamle havbund er rig på tunge svovlforbindelser kan efter min overbevisning kun forklares på én måde, nemlig at der på dette tidspunkt er sket et voldsom forbrug af svovl, takket vare de svovlelskende mikroorganismer som kun kan leve i iltfrie miljøer. Det tungere svovl kan altså være et vidnesbyrd om, at ilten i havene pludselig forsvandt og gav de svovlelskende bakterier optimale livsbetingelser,« fortæller hun.

Iltmangel en logisk forklaring på arternes uddøen

Teorien om iltmangel giver efter Emma Hammarlunds overbevisning god mening, når man ser på, hvad man ved om datidens klima, og hvad der skete på Jorden i perioden op til selve katastrofen.

Det er velkendt at selve katastrofen strakte sig over cirka én million år. Man ved også ud fra tidligere studier, at katastrofen skete i to omgange.

1. For 440 millioner år siden døde de fritsvømmende dyr samt de dyr, der lever på dybt vand.
2. En halv million år senere døde de overlevende arter, som fortrinsvist fandtes på lavt vand.

De to dramaer faldt sammen med to voldsomme ændringer i havenes vandstand. Under katastrofens første akt faldt vandstanden med op til 100 meter, mens den under anden akt steg tilsvarende igen.

Faldet i vandstanden fremprovokerede et udbredt iltsvind i oceanerne, som dræbte mange havdyr på det dybe vand.

Da vandstanden steg på ny, skyllede det nu iltfattige vand ind over de lavvandede områder og kvalte alle de havdyr, der havde overlevet første akt.

Havdyr finder næring langs kysterne

Fakta

Siden de flercellede dyrs opståen for ca. 550 millioner år siden har livet på Jorden mindst fem gange været udsat for masseuddøen.

Én af de tre største foregik under overgangen mellem Perm og Trias for ca. 245 mio. år siden. Over 90 procent af alle arter uddøde.

En anden skete på grænsen mellem Kridt og Tertiær for ca. 65 mio. år siden, da 75 procent af arterne forsvandt.

Denne artikel handler om den første masseuddøen i slutningen af Ordovicum for 440 mio. år siden, som slog 86 procent af alle arter ihjel.

Emma Hammarlund forklarer mere detaljeret, hvordan et fald i havenes vandstand kunne føre til et udbredt iltsvind og henviser til beregninger, som er lavet af geolog Christian Bjerrum ved Instituttet for Geografi og Geologi ved Københavns Universitet:

Havene får tilført næringsstoffer fra kystområderne, der frigiver fosfor, jern og andre stoffer. Det forklarer, hvorfor mange havdyr foretrækker at leve langs kystområderne frem for i dybhavet.

De døde dyr og planter falder hurtigt ned på havbunden, hvor de begraves som nye lag organisk stof. Vejen fra havoverfladen og ned til bunden er langs kysterne så kort, at vandets bakterier ikke kan nå at fortære det hele.

Forrådnelsesprocesser kræver ilt

Når vandstanden synker 100 meter, rykker kyststrækninger ud i områder, som tidligere var åbent hav. Hvor vandstanden før blev gradvist dybere i større og større afstand fra kysten, var vandet pludselig dybt helt inde ved kysten. Det gør en verden til forskel for de næringsstoffer, som skyller fra kysten og ud i havet og optages af alger, da det tager meget længere tid for de døde alger at synke ned til bunden.

At algerne, der lever i havet, pludselig har længere vej ned til havbund, betyder, at mikroorganismer når at spise det meste af dem.  Næringsstofferne frigøres så hurtigt og kan bruges igen, hvilket får nye alger til at blomstre op.

De strålende grønne og blå hvirvler midt i det dybe, blå Atlanterhav ud for Argentina er skabt af bittesmå havplanter (fytoplankton), der trækker kuldioxid fra atmosfæren til at vokse. Tilfører man jern til havet, vil fytoplankton blomstre op. Dette kunne i princippet medvirke til at reducere ophobningen af drivhusgasser. (Foto: NASA)

Men også den nye biomasse døde på et tidspunkt, og resultatet var, at havbunden blev dækket af meget større mængder døde alger. Forrådnelsesprocessen havde brug for store mængder ilt, som blev trukket ud af vandet – og resultatet var iltsvind.

De første landplanter gav køligere klima

Der er stadig mange åbne spørgsmål, som forskerne må besvare, før de kan sige, at de forstår begivenheden til bunds.

Én af de store gåder, som forskerne mangler at få besvaret, er, hvad det var for en proces, der fik oceanernes vandstand at falde så drastisk i dyrelivets tidlige historie.

Emma Hammarlund har selv et godt øje til en hypotese fra en anden forskergruppe, der foreslår, at planternes udbredelse på landjorden udløste et ustabilt klima. Landplanterne øger nemlig nedbrydningen af jordens klippemateriale.

Planternes rodsystem og samarbejde med svampe kickstartede en nedbrydningsproces af klippematerialet i jorden, der trak store mængder af drivhusgassen kuldioxid ud af atmosfæren.

Mit studie viser, at et køligere klima ikke altid medfører mere ilt i havene, som hidtil troet. Det ser tværtimod ud til, at havene var mest iltfrie, da det var mest koldt.

Emma Hammarlund

Konsekvensen var en betydelig mindre drivhuseffekt og dermed også et nyt og efter alt at dømme et køligere klima.

Ingen ved, hvad der venter os

Den faldende temperatur fik isdækket omkring polerne til at vokse. Det fik meget store vandmasser til at fryse til is omkring polerne, hvor temperaturen var lavest.Den lokale ændring havde den globale effekt, at havenes vandstand faldt med op mod 100 meter.

»Om det vitterligt forholdt sig sådan at planterne var medskyldige i et nyt klima, ved vi endnu ikke, men det er et muligt scenarium, som man kan teste og undersøge i kommende studier. Det var også afgørende at iltkoncentrationen i Ordovicium allerede i forvejen var rimligt lav,« siger hun.

Den første masseuddøende skyldtes altså et pludseligt opstået iltsvind, som var koblet til et markant klimaskift, men de nærmere detaljer ligger stadig hen i det dunkle.

»Vi har endnu meget dårligt styr på, hvordan de forskellige faktorer helt præcist spiller sammen. Der er åbenbart stadig processer i vores klima, som vi ikke helt har forstået, og det er afgørende at få styr på det, hvis vi skal gøre os forhåbninger om at kunne forudse, hvad kommende klimaskift vil gøre ved os og andre levende organismer,« siger Emma Hammarlund.

Den nye teori udfordrer gamle hypoteser

Emma Hammarlund tager sine resultater som et tegn på, at datidens have led af iltsvind, og at dette ramte dyrelivet i havet så hårdt, at det var lige ved helt at uddø.

Teorien vækker lige nu røre blandt forskere inden for feltet, da den udfordrer den mest populære teori om Jordens første masseuddøen.

Ifølge teorien skyldtes katastrofen et markant klimaskifte i Jordens historie, hvor klimaet over hele kloden med ét blev betydeligt koldere og temperaturen droppede mange grader. Et koldere klima har man hidtil forbundet med en tilsvarende stigning i havenes iltkoncentration, og argumentet har været, at ilt i tilstrækkeligt høje doser virker som den rene gift på mange dyrearter.

Idéen er ikke grebet ud af den blå luft men ud fra det faktum, at en stor del af skifferen i datidens havbund er grå og ikke sort. Skifferen består af alt det organiske materiale, der i sin tid faldt ned på havbunden og blev presset sammen.

I et iltfattigt miljø ville mikroorganismerne være ude af stand til at fortære kulstofpartiklerne, som dermed ville farve skifferen sort. I et iltrigt miljø ville kulstoffet derimod hurtigt ruste og blive gråt, hvilket netop er det, man finder langt størstedelen af de steder, hvor den gamle havbund er blevet identificeret.

»I årtier har den grå skiffer fået os til at tro, at der dengang var meget ilt i havene.  Men jeg mener ikke, at den grå skiffer kan bruges som dokumentation for, at iltkoncentrationen steg dengang,« siger hun.

At hun og hendes kolleger kun finder grå skiffer kan skyldes, at den sorte skiffer fandtes på  dybere vand og har været mere sårbar over for pladeteknonik og geologiske processer og dermed er blevet nedbrudt gennem tiderne - eller den sorte skiffer findes andre steder end dér, hvor de har ledt.

»Ved at kigge på den grå skiffer alene risikerer man dermed at få et helt forkert billede af datidens virkelighed,« siger Emma Hammarlund.

Svovlelskende bakterier afskyr tung svovl

De svovlelskende mikroorganismer brugte det gule grundstof til at holde deres stofskifte kørende.

Stofskiftets affaldsstof er gassen brintsulfid, der lugter af rådne æg, og som typisk går i forbindelse med jern og dannede det guldglimtende mineral pyrit, også kaldet svovlkis. Den findes i rigt mål i den oldgamle skiffer.

Sådanne bakterier foretrækker at fortære det almindelige svovl og undgår så vidt muligt det tunge. Emma Hammarlunds målinger viser, at skifferen fra dengang stort set kun rummer pyrit baseret på den tunge svovl.

»Pyrittens store mængder tung svovl tyder på, at de svovlelskende bakterier på daværende tidspunkt var meget effektive, så den lette svovl hurtigt slap op og bakterierne måtte nøjes med den tunge. De store mængder bakterier producerede betydeligt mere pyrit i havbunden end sædvanligt. Og denne pyrit var tungt,« slutter hun.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Ugens videnskabsbillede