Algerne forvandlede Jorden og skabte dyrene

Det ser ud til, at vi skylder algerne vores eksistens. Det siger et australsk forskerhold, efter de har fundet beviser for en dramatisk revolution for 650 millioner år siden, hvor algerne smed bakterierne af tronen som herskere i verdenshavene.

Det skifte forplantede sig ud gennem fødekæderne og ændrede for altid livet på Jorden.

»Det er en af de mest grundlæggende økologiske og evolutionære overgange i Jordens historie,« siger førsteforfatteren, Jochen Brocks, der er lektor i palæo-biokemi ved The Australian National University i Canberra, til BBC.

Tronskiftet kan ifølge forskerne meget vel være den gnist, som kickstartede udviklingen af dyr fra små, encellede væsener til kravlende kræ - og i sidste ende os selv.

»Det er et super flot studie med nogle helt vilde implikationer, fordi det betyder, at grunden til, at dyrene var så længe om at opstå på Jorden, simpelthen skyldes, at madpakkerne var for små,« siger adjunkt ved Statens Naturhistoriske Museum, Københavns Universitet, Tais W. Dahl, der ikke har deltaget i det nye studie.

»Det er virkelig interessant, hvad de har fundet. Nu kan vi begynde at undersøge, hvordan algernes udvikling har været med til at skabe Jorden, som vi kender den,« siger palæontologen ved Bristol University, England, Jakob Vinther, som heller ikke har taget del i forskningen.

Studiet er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature.

Livet var småt og kedeligt

Det har længe været en af de største gåder i livets historie, hvorfor komplekse organismer med en stor, synlig krop 'ventede' mere end 3 milliarder år med at vise sig.

Fra de første levende celler så dagens lys for cirka 4 milliarder år siden, forblev livet mikroskopisk og 'kedeligt', helt indtil for omkring 630 millioner år siden hvor man finder de første centimeterstore væsener.

Og der gik endnu knap 100 millioner, inden 'rigtige' dyr nærmest sprang frem i den såkaldte kambriske eksplosion for cirka 542 millioner år siden.

Teorierne om den lange ventetid er mange - nogle peger på, at det blot tog lang tid, inden de rette mutationer opstod, mens andre siger, at atmosfærens iltniveau har været for lavt til større, iltkrævende dyr.

Der er bred enighed om, at iltniveauet er vigtigt, men det er vanskeligt at finde direkte beviser for iltniveauet og teste ideen.

Brocks og kolleger var interesserede i en alternativ forklaring, nemlig, at der ikke var energi nok til stede for dyrene til at vokse sig store.

Dyrene ventede på en stor godbid

Dyr kan ikke selv producere mad og er i sidste ende afhængige af fotosyntese, som er den proces, hvor planterne bruger solenergi til at opbygge sukkerstoffer fra kuldioxid i luften.

Fotosyntese er urgammel og blev opfundet af cyanobakterier (kerneløse organismer, der udfører fotosyntese vha. bladgrønt), men ifølge den alternative forklaring har bakterierne simpelthen været for små og skravlede til at nære store, komplekse organismer.

Algecellerne derimod er en godbid cirka 1.000 gange større end bakterier.

Dertil kommer, at algerne er forfædre til alle planter, som er grundlaget for nutidens fødekæder, og derfor interesserer mange forskere sig for, hvornår de første alger opstod i historien - formentlig for mindst 1,6 milliarder år siden, da en eukaryot celle (celle med cellekerne) smeltede sammen med en cyanobakterie.

Men Brocks og kolleger ville ikke vide, hvornår algerne opstod, men hvornår de blev vigtige.

Med andre ord: Hvornår overtog de tronen fra bakterierne som Jordens vigtigste fotosyntetiserende organismer og grundlag i fødekæderne?

Finder fedt-molekyler fra urtiden

For at undersøge det har Brocks igennem mange år omhyggeligt udviklet og fintunet en metode til at studere de kemiske rester fra organismerne, der er bevaret i oldgamle sedimenter fra havbunden.

• Kort sagt tager forskerne borekerner af klipper med en alder på mellem en halv og hel milliard år og knuser stenene til støv.
• Fra støvet er de i stand til at udvinde molekyler, der oprindeligt var en del af cellemembranen på bakterier og alger, der døde og dalede ned på havbunden og forstenede.
• Bakterier og alger har forskellige molekylære signaturer, og ved at analysere indholdet af signaturmolekyler kan forskerne følge, hvordan forholdet mellem de to typer organismer ændres over tid.

»Det er fascinerende, at der er organiske molekyler, som kan blive identificeret i så gamle sten og fortælle os om, hvilke organismer der levede i havene dengang,« siger Jakob Vinther anerkendende.

»Deres metoder rykker feltet fremad i flere henseender. De har udviklet nogle nye metoder til at sikre sig, at de gamle prøver ikke bliver forurenet med nyere organiske molekyler, og de har også fundet nye, kvantitative metoder til at evaluere organisme-sammensætningen i havene, baseret på disse forstenede molekyler.«

Tegner et meget klart billede

Analysen tegner et forbløffende skarpt billede:

Fra at algerne i hundreder af millioner år spillede en marginal rolle i havene, skete der pludselig et eksplosivt skift, hvor algerne tog over, så signaturmolekylerne steg 100-1.000-fold op til et niveau, de har holdt frem til i dag.

Det mest imponerende er, at det dramatiske skift ses i en meget klart afgrænset periode på kun 14 millioner år, for mellem 659 og 645 millioner år siden.

»Det ser meget overbevisende ud, som om algematerialet virkelig bliver dominerende i det her tidsvindue,« siger Tais W. Dahl.

»Og det er et smadderspændende tidspunkt i Jordens historie.«

Algernes æra begynder nemlig, kort tid inden de tidligste fossiler af større dyr ses. Nogle af disse var havsvampe, og andre findes ikke længere, men var sære bladformede skabninger, som, man mener, har stået på bunden og filtreret vandsøjlen for føde.

»Det giver god mening, at disse skabninger voksede sig større, hvis de skulle stå og vifte for at fange noget stort« siger Tais W. Dahl.

Så det hele falder rigtig godt i hak med 'madpakke'-forklaringen.

Is og ild var den udløsende faktor

Så langt så godt, men hvis algerne opstod for 1,6 milliarder år siden, hvorfor ventede de så en milliard år med at skubbe bakterierne fra tronen?

Det kan ingen reelt set svare på i dag, men Brocks og kolleger har et interessant bud.

Det viser sig, at alge-eksplosionen sker, lige midt i at vores planet er i gang med en dans mellem is og ild, hvor Jorden først gennemlever en 50 millioner år lang istid så barsk, at kloden blev klædt i hvidt fra pol til pol, og selv havene ved ækvator frøs til is.

Denne istid afløstes af 14 millioner år med glohed global opvarmning, hvor temperaturerne i havoverfladen skønnes at være nået op på 50-60 grader. Inden kloden igen frøs ned i en ny global istid i 10 millioner år.

Absolut ikke nogen optimal periode at være et lille kræ i havet, men der skete noget interessant.

Fosfat har skubbet balancen mellem bakterier og alger

Brocks og kolleger peger på en artikel sidste år, der viser, at niveauet af fosfat i havene var ganske beskedent, indtil det begyndte at stige for omkring 800 til 635 millioner år siden.

Altså under den første istid og op til, algerne tog over.

Det er nøglen.

Ifølge Jochen Brocks viser det, at de globale gletsjere har været som to kæmpe ishænder, der greb om jordkuglen og kværnede overfladen ned til støv, så oceanerne blev badet i en rigdom af mineraler, da isen smeltede, og det begyndte at regne i den efterfølgende varmeperiode.

Eksperimenter har vist, at når niveauet af fosfat er lavt, klarer små organismer som bakterier sig bedst, så Brocks bud er, at den store tilførsel af fosfat simpelthen har skubbet balancen, så algerne for første gang i Jordens historie fik overtaget over bakterierne.

Faktisk ser de en forsinkelse i fremkomsten af alger på et par millioner år efter bortsmeltningen af gletsjerne, men det forklarer de med, at temperaturen i begyndelsen af superdrivhuseffekten var for høj til, at algerne rigtig kunne trives.

Algerne kickstartede en helt ny verden

Men da algerne kom, kickstartede de en helt ny verden af store organismer, fordi de større alge-madpakker gjorde det en fordel at være stor og lagde et nyt selektionstryk på livet.

Der opstod det evolutionære kapløb om at blive større, og senere er et våbenkapløb mellem rovdyr og byttedyr formentlig årsagen til, at dyrene udviklede hårde skaller, så de pludselig blev bevaret som fossiler efter den kambriske eksplosion.

Det er i hvert fald hypotesen og én mulig forklaring.

Skepsis over for forklaringen

»Jeg vil sige, at deres data er meget spændende, og de giver os en masse at tænke over,« siger gæsteforsker Emma Hammarlund, som forsker i livets udviklingshistorie på Syddansk Universitet, men ikke har deltaget i det nye studie.

»Men den sidste del med stigning i fosfat som det, der udløser algernes opblomstring, er kun en korrelation (at der er en sammenhæng mellem to størrelser, men ikke nødvendigvis en årsagssammenhæng, red.),« siger Emma Hammarlund.

»Så deres forslag om, hvorfor alger spredte sig, er –modsat deres egne data - ikke godt underbygget. Jeg ville på en måde ønske, at de havde stoppet der og ladet andre gå i dybden med spørgsmålet om, hvorfor.«

»Der er helt specifikt nogle spørgsmål om hønen eller ægget,« siger Jakob Vinther og fremhæver en anden teori for, hvorfor algerne vandt frem.

»Var det i virkeligheden havsvampe, der kunne spise bakterier, som gjorde det muligt for alger at trives i vandmasserne i bakteriernes sted?« siger han.

Det er naturligvis svært at stykke begivenheder sammen, flere hundrede millioner år efter de skete, så der er plads til debat om den præcise timing og de afgørende begivenheder.

»Der er stadig en masse spørgsmål tilbage, men det her er et meget klart resultat, som, jeg tror, rigtig mange vil lægge sig op ad, når de skal komme med forklaringer. Det vil være svært at slå af pinden,« siger Tais W. Dahl.