Planter kickstartet evolusjonært drama

Plantenes utbredelse på landjorda for 400 millioner år siden fylte atmosfæren med nok oksygen til at naturen kunne utvikle komplekse livsformer som for eksempel store kjøttetere, viser danskledet studie.

De første landplantene produserte nok oksygen til at store kjøttetere og andre komplekse dyr kunne oppstå, som for eksempel den opp mot ti meter lange monsterfisken Dunkleosteus. (Illustrasjon: Nobu Tamura)
De første landplantene produserte nok oksygen til at store kjøttetere og andre komplekse dyr kunne oppstå, som for eksempel den opp mot ti meter lange monsterfisken Dunkleosteus. (Illustrasjon: Nobu Tamura)

Jordens atmosfære ble først for alvor fylt med oksygen da planter med lange røtter og stive stilker bredte seg på landjorda.

De såkalte karplantene ga atmosfæren kunstig åndedrett, slik at oksygeninnholdet hoppet fra en konsentrasjon som var mange ganger lavere enn i dag, og opp til det nåværende nivået.

Den begivenheten satte gang i utviklingen av store, komplekse og svært energikrevende dyr som flere meter lange kjøttetende fisker.

Det konkluderer to forskere fra Syddansk Universitet etter å ha kartlagt atmosfærens oksygeninnhold gjennom tidene ved hjelp av prøver fra gammel havbunn – hele 1700 millioner år tilbake i tiden.

Oppdagelsen er nettopp blitt offentliggjort i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences og blir også omtalt i Science og Nature.

– Oksygennivået i atmosfæren steg voldsomt da karplantene spredte seg på landjorda. Karplantenes lange røtter, stive stilker og brede blader satte fart i det langsiktige karbonkretsløpet som regulerer oksygeninnholdet i havet og atmosfæren, sier post.doc. Tais W. Dahl fra Nordisk Center for Jordens Udvikling på Syddansk Universitet. Det er Dahl som har ledet studien.

Små organismer greide seg med lite oksygen

Dahl forteller at målet med forskningsprosjektet var å undersøke koblingen mellom atmosfærens oksygeninnhold og dyrenes utvikling gjennom tiden, om det er endringer i oksygeninnholdet som har styrt livets utvikling i havene og på landjorda.

– Plantenes utbredelse på landjorda er en milepæl i livets historie. Vi kan takke plantene for at vi er her i dag, sier han.

Dahl har gjennomført studien sammen med kollegaen Emma Hammarlund, som er ph.d.-student på instituttet.

De to forskerne fortolker resultatene som at de første dyrene på jorden var så små at de kunne greie seg med betydelig mindre oksygen enn oss. Større dyr utviklet seg først da karplantene bredte seg på jorden og atmosfærens oksygeninnhold steg til det nåværende nivået.

– Plantenes utbredelse på jorden gjorde at naturen ikke lengre ville nøye seg med små livsformer som småfisk, maneter og trilobitter, men kastet seg ut i å utvikle store, svært energikrevende livsformer som for eksempel opp mot ti meter lange kjøttetende fisker, forteller Hammarlund.

Resultater støtter velkjent teori

De nye resultatene skjærer igjennom i en heftig diskusjon mellom forskjellige forskergrupper som hittil ikke har kunnet bli enige om hvordan utviklingen i atmosfærens oksygeninnhold har styrt livets utvikling på jorden.

Det har vært to konkurrerende teorier:

Ifølge GEOCARBSULF-teorien var atmosfærens oksygeninnhold allerede i nærheten av det nåværende nivået da de aller første flercellede organismene oppsto i havene under den såkalt kambriske eksplosjonen for 550 millioner år siden.

Ifølge COPSE-teorien nådde oksygennivået først sitt nåværende nivå etter at landjorda ble inntatt av karplanter for 400 millioner år siden.

De nye resultatene støtter COPSE-teorien og bekrefter altså forestillingen om at atmosfæren bare rommet litt oksygen, mellom to og syv ganger lavere enn i dag, de første 150 millioner år av dyrenes historie, lenge før karplantene oppsto.

Plantene fikk makten

De første, enkle livsformene trengte også oksygen, men kunne klare seg med de små mengdene som ble dannet av blågrønnalger i havene.

Algene dannet oksygen ved fotosyntese, hvor sollyset splittet karbondioksid (CO2) i karbon (C) og oksygen (O). Algene brukte karbonet som byggesteiner i cellene sine, mens de slapp ut oksygenet til atmosfæren. Atmosfærens oksygeninnhold holdt seg likevel konstant fordi en del av oksygenet i atmosfæren ble brukt til å bryte ned de døde algene.

Da karplantene spredte seg på jorden, begynte de også å slippe ut oksygen i atmosfæren ved fotosyntese, og de produserte samtidig store mengder organisk materiale i et svært høyt tempo.

Døde planter, som besto av karbon, hopet seg opp og ble ikke brutt ned før de ble begravet av nye lag av døde planter. Mesteparten av karplantene ble altså ikke brutt ned og brukte derfor ikke opp oksygenet i atmosfæren.

Karplantene friga mer oksygen enn de brukte, og det gjorde at atmosfærens oksygeninnhold begynte å stige.

– Det organiske materialet som karplantene danner, er solid karbon som er vanskeligere å bryte ned enn det algematerialet som til da var den eneste formen for planter på jorden. En større del av karbonet ble begravet i jorden, og det økte atmosfærens oksygeninnhold, sier Tais W. Dahl.

Det kan lønne seg å være høy

Det forskerne fremdeles ikke vet, er hva slags prosess det var som fikk plantene til å utvikle seg på land.

Man vet at det har levd rødalger i havene gjennom 1000 millioner år, samt mose og lav på landjorda gjennom de siste 450 millionene av år, men hva som fikk store karplanter til å spre seg på jorden, kan man foreløpig bare gjette om.

Dahl og Hammarlund kommer selv med noen forsiktige gjetninger:

Begivenheten kunne være en konsekvens av at noen planter utviklet lignin, noe som gjorde det mulig å danne stive stilker og dermed heve seg over andre planter.

– I kampen om sollyset kan det lønne seg å være høy, og noen planter fikk en fordel ved å utvikle lange stilker, forteller Dahl.

Personlig misliker han imidlertid tanken om at biologien plutselig finner på ett eller annet ut av det blå.

– På det tidspunktet hvor plantene inntar landjorda, har det har eksistert alger og moser i mer enn 50 millioner år, og det tyder på at plantenes utviklet stive stilker over en relativt lang tidsperiode, sier Dahl.

De to forskerne påpeker at plantenes invasjon av landjorda faller sammen med at de første dyrene, amfibiene, kravlet opp på land. Ekskrementene deres kan også ha vært det som dannet grobunn for planter og satte fart i utviklingen, forteller de.

Naturen higer etter avansert liv

Betydningen til de første plantene for livets utvikling er viktig i studiene av om livet kan oppstå på andre planeter enn jorden, forteller Dahl. Den nye studien viser at produksjonen av oksygen er knyttet til platetektonikk, og planter og oksygen er en betingelse for høyerestående liv.

– Skal vi gjøre oss noen forhåpninger om å finne høyerestående liv andre steder i universet, skal vi lete etter kloder som har disse fenomenene.

– Jeg blir målløs når jeg tenker på hvor mange ting som har klaffet i jordens historie og førte til at store komplekse organismer som oss kan oppstå. Men når betingelsene for liv er oppfylt, tyder det på at naturen har en drivkraft mot et miljø som gjør planeten beboelig for høyerestående liv, avslutter han.

___________________

© videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygård for forskning.no

Referanse og lenker:

Tais W. Dahl mfl: Devonian rise in atmospheric oxygen correlated to the radiations of terrestrial plants and large predatory fish. Se sammendrag

NATURE: Plants set stage of evolutionary drama

Tais W. Dahls profil (SDU)

Emma Hammalunds profil (SDU)

Powered by Labrador CMS