Dyr med skeletter, arme og ben er en moderne opfindelse. De har nemlig kun huseret på Jorden i de sidste 550 millioner år ud af klodens 4,54 milliarder år lange eksistens.
De første fire milliarder år af klodens tilværelse har verdenshavene været hjemsted for simple encellede bakterier.
Naturens spring fra bakterier til dyr, den såkaldte Kambriske Eksplosion, er et dunkelt kapitel i Jordens udviklingshistorie. Den dag i dag kan geologerne ikke greje, hvorfor naturen pludselig ændrede strategi og begyndte at satse benhårdt på at fremelske større intelligente livsformer.
Den gåde håber to danske livforskere nu på at besvare ved at gå på opdagelse i Moder Natur.
Professor Minik Rosing og Tais W. Dahl, der begge er tilknyttet Nordic Center for Earth Evolution (NordCEE), er netop fløjet af sted til Grønland for at deltage i ’Nordøstgrønland Ekspedition 2011’, der går til en af de mest ugæstfri egne af kloden, hvor kulden selv om sommeren går gennem marv og ben.
Seks uger langt togt
Det tremastede skib Activ vil de kommende seks uger sejle rundt i grønlandske farvande. Tre forskerhold vil afløse hinanden undervejs, så hvert hold får to uger til at gennemføre sine studier.
Minik Rosing og Tais W. Dahl er det første hold ombord på skibet, der vil sejle dem ud til Ella Ø, hvis forrevne klipper stammer tilbage fra den periode, hvor de første rigtige dyr opstod. Disse klipper vil blive genstand for de to forskeres unikke forsøg og eksperimenter.
\ Fakta
Ud over forskere er der også en række fremtrædende kunstnere med på turen, der vil udtænke nye kunstværker i isolerede omgivelser.
»Det er en meget vigtig periode i Jordens historie, hvor en masse flercellede livsformer udvikler sig. Ved at tage prøver af klipperne og analysere deres grundstofsammensætning kan vi beskrive de miljøændringer, der fik livet til at tage det afgørende spring,« fortæller Tais W. Dahl, der har sin daglige gang på Biologisk Institut på Syddansk Universitet.
Istider avlede mere avancerede livsformer
Ella Ø’s golde klipper er på mange måder et slaraffenland for geologer, der higer efter at blive klogere på dyrenes opståen. Klipperne blev nemlig skabt af aflejringer på havets bund for mellem 850 og 450 millioner år siden mens de første dyrearter indtog havet ovenover. Øen var altså under dannelse i den periode, hvor de allerførste dyr kom til verden. Klimaet og de første dyr kan ikke undgå at have afsat spor i klipperne, og det er dem, som forskerne vil høste.
Man ved ikke med sikkerhed hvad det var, der fik dyrene til at myldre frem, men man har en formodning om, at det skete som en reaktion på en ekstrem kuldeperiode. Faktum er, at Jorden kort før den Kambriske Eksplosion pludselig kølede så voldsomt ned, at verdenshavene frøs til is og forvandlede kloden til en kæmpemæssig snebold.
Noget tyder på, at de ekstreme klimaskift har sat skub i dannelsen af ilt, som ifølge teorierne er en forudsætning for, at dyr kan opstå. Den teori mangler man endnu at be- eller afkræfte, så det er en af de ting, forskerne har tænkt sig at kigge nærmere på.
Forskerne vil teste vigtig ilt-hypotese
Forskerne har derfor planer om at bestemme iltniveauet i datidens hav ud fra prøver af bjergarterne på Ella Ø.
»Vi drømmer om at måle hvor meget ilt, der var i havet på daværende tidspunkt, for alle dyr, som vi kender, har brug for en del ilt for at kunne opretholde livet, og jo større dyrene er, des mere ilt kræver de. Iltmængden i havet sladrer derfor om, hvilke dyr, der kunne eksistere i havet, og hvor store de kunne blive,« siger Minik Rosing, der normalt har til huse på Statens Naturhistoriske Museum.
\ Fakta
Forskerne har mange idéer til hvad de skal undersøge, men har ikke lagt sig fast på en endelig plan. Beslutningerne om, hvilke projekter, de kaster sig ud i, afhænger også af, hvad de møder på deres vej.
Han pointerer, at deres forskning i bund og grund ud på at være forundret over, hvordan verden overhovedet er blevet til.
»Viser det sig, at flercellede organismer svømmede rundt i havet uden at der var ilt til stede, så har vi virkelig fået noget at fundere over. Så skal lærebøgerne skrives om,« siger han.
De to forskere har tidligere gennemført studier, der har vist, at atmosfærens og havets indhold af ilt dengang var overraskende lavt, langt under de tre procent, som nutidens dyr som minimum skal have for at kunne holde gang i deres stofskifte. Spørgsmålet er, hvor lavt iltniveauet dengang var. Det ved forskerne endnu ikke præcist.
»Når vi ved, hvor højt iltindholdet var i havet, har vi et indblik i hvilke forhold de første dyr måtte leve under. Viser det sig, at iltkoncentrationen stadig var forsvindende lille, kan det i sidste ende trække tæppet væk under hypotesen om, at ilt var en forudsætning for, at dyrene kunne udvikle sig. Måske spiller ilten ikke så stor en rolle for dyrenes udvikling, som vi går og tror,« siger Tais W. Dahl.
Ukendt væsen var overgangsfigur
Mange ting skal falde i hak samtidigt for at naturen kaster sig ud i et projekt som den Kambriske Eksplosion. Det er ikke nok at have de optimale klimaforhold. Livet skal også være klar til at tage springet. I tiden op til den Kambriske Eksplosion må der have levet nogle særlige livsformer, der har kunnet agere som en slags overgangsfigurer.
Disse livsformer vil Minik Rosing og Tais W. Dahl gerne finde nogle fossiler eller aftryk af, når de lige om lidt træder ud i Ella Øs månelandskab. Med blikket stift rettet mod klipperne og med en avanceret røntgenpistol på skuldrene vil de traske rundt på øen i håb om at opspore de 550 millioner år gamle aftryk af datidens livsformer. (Se boks).
Minik Rosing og Tais W. Dahl er især på udkig efter forskellige varianter af flercellede, 10 centimeter lange organismer, der tilsammen omtales som Ediakara-faunaen.
\ Fakta
En bakterie består kun af en slags celler uden cellekerne. Dyr er betegnelsen for flercellede organismer, hvor de forskellige slags celler har veldefinerede roller og samarbejder om at løse en række livsnødvendige opgaver. Bakterier er simple livsformer, som har eksisteret på Jorden i næsten 4000 millioner år, mens de 575-550 millioner år gamle Ediakara fossiler er de ældste spor fra komplekse flercellede organismer.
Fossiler af netop denne slags organismer er fundet i forskellige egne af verden, især i Ediakara-bjergene i Australien, og de afslører, at faunaen levede på bunden af havet for 575-550 millioner år siden, og dermed har potentiale til at kunne være en direkte forgænger for den Kambriske Eksplosion, hvor de første genkendelige dyr opstod.
To teorier om australske fossiler
Forskerne vil gerne vide om Ediakara faunaen virkeligt var forgængere for dyrene eller et separat eksperiment mod store flercellede livsformer. Dette kan kun besvares ved at finde flere velbevarede Ediakara fossiler.
Ediakara-fossilerne er endnu aldrig blevet fundet på Grønland, men der er gode chancer for at opstøve dem på Ella Ø, der dengang lå tættere på ækvator og som derfor må have været tilstrækkelig lun til at kunne agere vugge for de første dyr.
”Min egen motivation for at kaste mig ud i dette projekt er, at jeg gerne vil gerne vide hvor vi alle kommer fra, men jeg er også meget interesseret i at vide, om der er sådan nogle som os andre steder i universet. Jeg tror, at livet kan opstå på andre kloder, men det bliver først rigtigt spændende, hvis man kan finde højerestående væsner af vores kaliber
Tais W. Dahl
»Hvis vi vil gøre os forhåbninger om at afgøre Ediakaras faunaens rolle i den Kambriske Eksplosion, har vi behov for betydeligt flere og bedre fossiler, end dem, vi har i dag, så det ville være stort at finde eksemplarer på Ella Ø,« siger Tais W. Dahl.
Når forskerne vender hjem fra Grønland om nogle uger vil de medbringe 200 kg stenprøver, som de vil analysere på kryds og tværs. Analyserne vil forhåbentligt kunne afsløre, hvad det var, der pludselig fik livet til at ændre kurs så sent i Jordens historie.
»Vi håber på at de nordøstgrønlandske aflejringer vil give os en ny brik i puslespillet, der vil belyse sammenhængen mellem dyrenes udvikling og miljøet hvor de opstod. Spørgsmålet er klart. Metoderne er mange. Kun fantasien, tiden og naturen sætter grænser for hvad ekspedition giver os med hjem,« slutter han.
Livet har udviklet sig i spring i et tæt samspil med klimaændringer, og og de mest avancerede livsformer er overordnet blevet mere og mere komplekse. Det er ikke noget, naturen gør bevidst.
Minik Rosing
Forskerne ved ikke, hvor længe det vil tage dem at analysere de mange prøver, men et slag på tasken er, at det vil tage omkring et år.
\ Røntgenpistol gennemlyser klipperne
Ella Ø huser mere klippemateriale end hvad forskerne kan nå at undersøge i hele deres levetid, så de kommer ikke uden om at skulle prioritere og hurtigt at danne sig et overblik over, hvor det er godt at banke stenprøver ud.
Den opgave løser Minik Rosing og Tais W. Dahl ved hjælp af en røntgenpistol, der ved at sende en røntgenstråle igennem klippernes sedimenter kan analysere sig frem til, hvilke grundstoffer, de indeholder.
Røntgenpistolen kan hjælpe dem med at finde de steder, hvor den kemiske sammensætning ændrer sig gennem klippelagene. Det afspejler at voldsomme klimaskift har påvirket havet.
»Hvor man tidligere kunne bruge flere feltsæsoner på at indsamle og analysere et hav af prøver, bare for at finde de rette steder at indsamle de bedste prøver fra, kan vi pejle os ind på de bedste steder lige med det samme. Det er en kæmpe gevinst. Chancen for at finde de rigtige prøver er kraftigt forhøjet med sådan en røntgenpistol,« siger Minik Rosing.
Geologer og palæontologer bruger normalt ikke den type værktøj i deres arbejde, men det vil Minik Rosing og Tais W. Dahl lave om på. Normalt bruges redskabet til noget så kedeligt som affaldshåndtering, men Minik Rosing fik den tanke, at man også kunne bruge den til eventyrlig geologisk forskning under hans seneste ekspedition til Grønland for nogle år siden.
»Jeg brugte værktøjet til hurtigt at finde frem til det bedste sted at udtage en boreprøve, og det var en stor hjælp. Når vi kommer hjem fra denne ekspedition satser vi på at skrive en artikel om, hvordan det virker. Det er der i hvert fald ingen, der har gjort før,« siger Minik Rosing.
Et af de grundstoffer, som forskerne gerne vil følge i sedimenterne, er tungmetallet molybdæn, der sladrer om atmosfærens iltindhold gennem tiderne. Ved at måle molybdænindholdet i op mod 1700 millioner år gamle havbunds-sedimenter er det tidligere lykkedes Tais W. Dahl og hans kollega, ph.d.-studerende Emma Hammarlund, at kortlægge udviklingen af atmosfærens iltindhold gennem tiderne. Denne kortlægning vil forskerne gerne undersøge i perioden med de globale istider og dyrenes fremkomst.
