Døde orme og andre bløddyr i havet bliver i dag fortæret af bakterier i løbet af ganske få dage eller til og med timer.
Sådan var det bare ikke for 543 millioner år siden under den kambriske eksplosion, hvor de allerførste flercellede komplekse dyr opstod, og et væld af nye avancerede dyrearter pludselig myldrede frem overalt i havet. Uanset om det var skaldyr, skeletdyr eller bløddyr tog datidens havbund sirlige aftryk af dyrene og forseglede dem.
Hvordan de mange bløddyr på den måde blev bevaret gennem millioner af år har længe været et mysterium.
Men nu har et internationalt forskerhold fra Danmark, Sverige og Kina løst gåden. Forskerne har udtaget prøver af fossilerne fra syv specielle områder på Jorden, hvor man har fundet fossiler fra den tid, og har analyseret dem i deres laboratorier, og deres analyser er netop publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift PNAS.
»Vores resultater viser, at det var særlige forhold i havet og havbunden, der gjorde, at bløddyrene ikke blev ædt op af bakterier. De bakterier, som normalt nedbryder blødt væv, fungerede ikke effektivt, for havbunden såvel som havvandet var fattigt på det brændstof, der holdt gang i bakteriernes stofskifte,« fortæller Emma Hammarlund, der er én af førsteforfatterne på den videnskabelige artikel samt ph.d.-studerende ved forskningscentret NordCEE.
Skifer-plader er et bibliotek over den kambriske eksplosion
Rundt omkring på Jorden kan man den dag i dag stadig finde områder, der er omfattende ’biblioteker’ af fossiler fra dengang, og alle disse fossiler er i dag et minde om den begivenhed, der regnes for at være én af de største milepæle i livets historie.
\ Fakta
Forskergruppen består af ph.d.-studerende Emma Hammarlund, der både er tilknyttet forskningscentret NordCEE, Syddansk Universitet (sammen med professor Don Canfield) samt Naturhistoriska riksmuseet i Stockholm. Robert Gaines, som er førsteforfatter sammen med Emma Hammarlund, kommer fra Pomona College i Californien. De fleste andre forskere kommer fra Kina.
Det mest berømte sted er Burgess Shale i den canadiske Yoho-nationalpark. Det, der i dag fremtræder som nationalparkens golde, stejle skråninger, var i sin tid flad, levende havbund, og overalt i landskabet finder man fossiler af fortidens kræ, der er blevet indprentet i brudstykker af skifer-plader, som ligger hulter til bulter mellem hinanden i store bunker.
De første fossiler af bløddyr fra den kambriske eksplosion blev fundet i Burgess Shale af den amerikanske palæontolog Charlies Dolittle Walcott fra det berømte Smithsonian Institute tilbage i 1909, og siden da har man funderet over, om der mon var noget særligt ved datidens havmiljø, der hæmmede forrådnelsen af bløddyrene så meget, at de kunne nå at forstene.
Forskerne indsamlede prøver fra nær og fjern
Emma Hammarlund og hendes kolleger har rejst verden rundt for at løse gåden. De har besøgt de syv mest kendte områder med fossiler fra dengang og har her indsamlet prøver i form af en masse fossiler og mineraler.
Geologer og palæontologer har hidtil mest været optaget af at granske fossilerne, men Emma Hammarlund og hendes kolleger var mere interesseret i at studere den skifer, som fossilerne ligger i, da den sladrer om den specielle kemi, der må have været karakteristisk for det unge ocean.
Da forskerne kom hjem til deres laboratorier i henholdsvis Odense og Los Angeles, har de udsat dem for en lang række prøver for at kortlægge deres kemiske sammensætning.
Analyserne viser, at der er hele tre årsager til, at dyrene er fossileret.
- De døde dyr har blevet pakket ind i finkornet, leret havbund
- De døde dyr har været beskyttet af et lag ’cement’ bestående af kalciumcarbonat
- Havet har været fattigt på svovlforbindelsen sulfat
\ Fakta
Forskerne har baseret deres analyser på prøver fra syv forskellige områder på Jorden, som er rige på fossiler fra den kambriske eksplosion: Chengjiang, Kina ~520 milloner år gammelt Kaili, Kina ~ ? mangler præcis datering Spence shale, USA – 510 millioner år gammelt Burgess Shale, Kanada ~505 millioner år gammelt Stephen Formation, USA – 510 millioner år gammelt Wheeler Shale, USA ~505 milloner år gammelt Marjum Formation, USA – ? mangler præcis datering
De tre faktorer havde hver for sig ikke været nok til at kunne skabe de uhyre detaljerede aftryk, men har kunnet gøre det i fællesskab.
Bakterierne blev forment adgang til sulfat
De eneste væsner, der kunne have ædt løs af de døde dyr, som havnede i det iltfri miljø på havbunden, var bakterier, hvis stofskifte var afhængige af at forbrænde svovlforbindelsen sulfat fra havvandet. Inden i de døde, lerindpakkede dyr har det været så fattigt på sulfat, at bakterierne ikke fungerede ordentligt og derfor heller ikke effektivt kunne nedbryde dyrenes væv.
Bakteriernes angreb blev yderligere hæmmet af, at lerpakkerne med dyr blev dækket til af et lag ’cement’ i form af kalciumcabonat, kort tid efter, at de døde og faldt ned på havbunden. Cementlaget har forseglet dyrene og yderligere hæmmet strømmen af sulfat fra havet til bakterierne, så deres angreb blev endnu svagere.
De døde dyr lå i fred så længe, at deres kroppe blev indprentet i havbunden, som takket være sine ultrafine korn har smøget sig rundt om dyret. Den lerede bund har fikseret dyrene og sikret, at hver en lille tak og fordybning på dyrenes kroppe er blevet nøje afbildet.
»Havbunden har ikke bare taget et aftryk af dyrene. De rummer også en tynd film af kulstof, som dokumenterer, at bakterierne ikke har spist op. Bakterierne har været så langsomme om at fortære de døde dyr, at en tynd film af oprindelig kulstof af dem er blevet bevaret i aftrykkene,« siger Emma Hammarlund.
Bakterier foretrak at indånde let svovl
Forskerne ved, at datidens bakterier har haft det hårdt, efter at have gransket en særlig form for stof i havbunden, kaldet pyrit, som er bakteriernes affaldsstof. Pyritten indeholder det svovl, der indgik i de sulfatforbindelser, som kræene oprindeligt indåndede. Efter at have været en tur gennem bakteriernes stofskifte er sulfaten blevet splittet ad og svovlen udskildt igen.
\ Fakta
Burgess Shale såvel som de seks andre kendte steder rummer kun 12-15 procent fossiler fra skaldyr eller skeletdyr. Over 85 procent af dyrene stammer altså fra bløddyr, og havde ikke været bevaret, hvis ikke det havde været for den særlige kemi i havene.
Der findes forskellige afarter, såkaldte isotoper, af svovl, og bakterierne foretrækker at indånde sulfat, der rummer den lette isotop. Når der kun er lidt sulfat til stede i miljøet, og den lettere isotop ikke var til stede, måtte bakterierne klare sig ved at bruge den tungere slags.
»Vi har kortlagt mængden af svovlisotoper i fossilernes pyrit, og den viser sig at være meget tung i de fossilrige lerpakker, hvilket fortæller os at omgivelserne har været fattige på den lette isotop, som er bakteriernes foretrukne brændstof. Bakterierne var derfor nødt til at gøre brug al tilgængeligt sulfat, selv den med den tunge svovlisotop, for at overleve,« siger Emma Hammarlund.
Det er efter hendes mening super god timing, at datidens havbund dannede fossiler af hele det kambriske dyreliv, for det giver en enestående mulighed for præcist at beskrive, hvad der i sin tid skete. Uden fossilerne af bløddyrene ville man havde fået et forvrænget billede af begivenheden og dermed have været ude af stand til at beskrive dyrenes sande udviklingshistorie.
»Det er alle disse fossiler, som tilsammen har skabt vores forståelse af, hvorfor nutidens dyr er kommet til så hurtigt og til at se ud, som de gør,« siger Emma Hammarlund.
Havets særlige kemi forsvandt
Havbundens trang til at ’affotografere’ alle kræ var kun midlertidig, for kemien i havene ændrede sig med tiden, dels ved at mængden af sulfat i havene tog til, dels ved at miljøet holdt op med at skabe et beskyttende låg af cement.
Efterhånden som flere og flere dyr kom til, især orm, som ventilerede havbunden, blev havvandet rigere på både ilt og svovl, hvilket gav bakterier fornyede kræfter. Bløddyrene blev spist op med større og større hast, så ingen af dem længere blev fossileret.
Havets indhold af sulfat er i dag så stort, at bakterierne altid har rigeligt med svovl. I dag vil naturen umuligt kunne sulte bakterierne på svovl, og er derfor også ude af stand til at afbilde faunaen, som dengang.
Emma Hammarlund
»Der findes kun én kambrisk eksplosion, som vi heldigvis har fået skildret i stor detalje. Kambrium var et ekstremt vigtigt tidspunkt, fordi det var lige i begyndelsen på dyrlivets historie på Jorden,« siger Emma Hammarlund.
Det bløde leddyr Leanchoilia fra Chengjiang, Kina. Foto: Hou Xianguang (Yunnan University).
Et fundsted ved Wheeler-Marjum Formation i Utah, USA. (Foto: Robert Gaines)
Et fundsted ved the ‘thin’ Stephen Formation, USA. (Foto: Robert Gaines.)
En fundsted for bløde dyr, der er bevaret i Kaili, Kina. Den gamle havbund er nu dækket med grønne planter. (Foto: Robert Gaines)
Mineralet pyrit, fra havbund i Chengjiang, Kina. Krystallerne er kun 1-5 tusinddel millimeter. (Foto: Robert Gaines)
Burgess Shale-type fossil fra Burgess Shale. De fine detaljer viser bløddyrenes anatomi, bevaret som en tynd film af kulstof. Dyrene er en priapulid orm Ottoia prolifica, en ubestemt fossil Eldoniia ludwigi, og leddyret Marrella splendens. Foto fra Royal Ontario Museum specimen 61137, (Foto: Jean-Bernard Caron).
Burgess Shale, Canada. (Foto: Robert Gaines.)
Borekerne fra gammel kambrisk havbund. De lyse ‘eventbeds’ indeholder fossiler af Jordens første dyr. (Foto: Robert Gaines).
Boring i Kina, gennemført af NordCEE. (Foto: Robert Gaines.)
