Oksygenmangel og hydrogensulfid holdt livet tilbake

I overgangen mellom de geologiske periodene trias og jura var havbunnen langs kysten nesten ubeboelig. Vannet hadde lite oksygen og mye av det giftige stoffet hydrogensulfid.

Publisert
Etter den store katastrofen for 200 millioner år siden, svant havdyrenes næringsgrunnlag inn. Årsaken var et kraftig oksygentap ved havbunnen langs kystnære områder samt en opphopning av giftig hydrogensulfid. (Foto: Colourbox.)
Etter den store katastrofen for 200 millioner år siden, svant havdyrenes næringsgrunnlag inn. Årsaken var et kraftig oksygentap ved havbunnen langs kystnære områder samt en opphopning av giftig hydrogensulfid. (Foto: Colourbox.)

Borekjerner bugner av dødt liv:

Forskerne bak studien har høstet data fra to kjerner som er boret ut av 200 millioner år gammel havbunn som er funnet i Nord-Tyskland og Luxemburg.

Forskerne har tatt sedimentprøver fra borekjernene. Prøvene er analysert etter isorenieratan, en biomarkør der den fossile resten av pigmentet i grønne svovelbakterier.

Hvis man finner dette stoffet, vet man at havbunnen hadde lite oksygen og mye hydrogensulfid. Sediemntprøvene har også blitt lagt i syre som oppløser mineralene i sedimentene og bare etterlater det organiske materialet. Ved å studere det organiske materialet under et mikroskop har forskerne kunnet telle antallet plankton, sporer, pollen og mikroalger lag for lag.

Forskerne har blant lett etter:

Dinoflagellater: Røde mikroalger, encellede plankton som bruker fotosyntese og trenger både lys og oksygen for å leve. Dinoflagellaten danner i første omgang en cyste (et slags skall, som er de man finner rester av) som den gjemmer seg i. Den går i dvale når vilkårene ikke er gunstige. Cysten faller til bunns, som generelt gir algen (de er planter, ikke dyr) god beskyttelse. Dinoflagellaten våger seg ut fra cysten når forholdene blir bedre. Hvis det er for lite oksygen og lys, vil den aldri kunne utfolde seg.

Prasinofytter: Grønne mikroalger er encellede plankton som får energi via fotosyntese. De trenger oksygen og lys for å leve. De lever hele livssyklusen i den såkalte fobiske sonen, der sollyset kan trenge ned. Algene danner cyster hvor i de formerer seg. I det øyeblikket cellene forlater «redet», faller cysten til bunns. Disse restene opptrer som fossiler i borekjernene.

Grønne svovelbakterier: Bakterier som bruker svovel eller svovelforbindelser i stoffskiftet sitt. Grønne svovelbakterier blomstrer i havbunn med lite oksygen og mye hydrogensulfid. Forskerne kan ikke se disse bakteriene direkte, men de kan spore dem via biomarkøren isoreieratatan, som er fossile rester av bakterienes fargepigment.

Vulkanene var synderne

Den voldsomme vulkanaktiviteten ved overgangen mellom trias og jura pumpet opp så mye karbondioksid i atmosfæren at havoverflaten ble forsuret. Dette skapte store problemer for alle de organismene som brukte skall av kalk – for lav ph-verdi oppløser kalk.

De røde algene (dinoflagellater som ikke har kalkskall) blomstret i havene i tiden opp til den store masseutryddelsen. Det fantes minst ti forskjellige slekter. Etter katastrofen var det bare tre slekter tilbake, og de ble svært sjeldne.

Dinoflagellatene er avhengig av å kunne synke til havbunnen (innenfor den fobisk sonen som er opplyst av solen).

Dinoflagellatene er grunnlaget for næringskjeden, og da de nesten forsvant, ble alle andre dyrearter rammet.

For 200 millioner år siden spydde et vell av vulkaner ut store mengder karbondioksid; det var så vidt organismene på jorden overlevde. 

Overgangen mellom trias og jura bød på en masseutryddelse av arter. Da vulkanene stilnet, kom plantelivet seg raskt igjen, men dyrelivet – som bare fantes i havet – brukte ytterligere ti millioner år på å komme til hektene.

– Prøvene våre tegner et bilde av livsvilkårene langs kystområdene etter katastrofen. Vannet var stort sett blottet for oksygen, og forgiftet av store mengder hydrogensulfid. Det har gitt livet vanskelige kår, forteller seniorforsker Sofie Lindström ved GEUS, de Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland .

Borekjerner forteller historien

Mikroskopbilde av et fossilt rødt plankton fra en av borekernerne. Det røde planktonet hadde bruk for oksygen og var avhengige av å kunne leve på havbunnen. (Foto: Bas van de Schootbrugge)
Mikroskopbilde av et fossilt rødt plankton fra en av borekernerne. Det røde planktonet hadde bruk for oksygen og var avhengige av å kunne leve på havbunnen. (Foto: Bas van de Schootbrugge)

Sofie Lindström og kollegaene hennes har kommet til denne konklusjonen etter å ha studert to borekjerner fra bakken under Luxemburg og Tyskland.

Borekjernene er rester av havbunn som gjennom tiden er presset sammen i såkalte sedimentlag. Lagene danner en tidslinje med detaljerte opplysninger om jordens historie.

Analysene viser at mengden rødt plankton og bunnlevende organismer forble lavt etter den store katastrofen. Disse dyrene trenger oksygen for å leve, og før masseutryddelsen var det ti forskjellige arter rødt plankton, mens det i perioden etter bare var tre. Antallet individer skrumpet samtidig voldsomt inn.

Siden rødt plankton utgjør bunnen av næringspyramiden, har det rammet alle andre høyerestående livsformer hardt.

– Livet forsøkte å komme seg etter den store masseutryddelsen, men oksygentapet langs kystene har holdt det tilbake. Livet har hatt store problemer med å gjenetablere seg etter katastrofen, forteller Sofie Lindström.

Den enes død, den andres brød

Havbunnen ble inntatt av organismer som kunne klare seg uten oksygen. Det viser at oksygeninnholdet i vannet var lavt.

Prøvene avslører en kraftig oppblomstring av grønne, svovelelskende bakterier. Grønt plankton, prasinofytter, holdt til i vannskorpen, hvor det fortsatt var noe oksygen.

– Den store mengden karbondioksid førte til global oppvarming, forsuring av havene og en erosjon av landområdene som har økt tilførselen av næringsstoffer til havene. Det har gitt en oppblomstring av grønne alger, sier Lindström.

Global oppvarming forverret situasjonen

De mange vulkanutbruddene, som hadde forårsaket den store masseutryddelsen, fortsatte altså å holde livet i en skrustikke.

Den globale oppvarmingen endret sannsynligvis klimaet. Det ble varmere og mer regnfullt, og det har ført større tilførsel av ferskvann til havene. Dette laget av ferskere vann kan ha fungert som et lokk som har hindret oksygen fra atmosfæren i å trenge ned i dypet.

Oksygenmangelen har hemmet nedbrytningen av døde dyr og annet organisk materiale på havbunnen, noe som har ført til opphopning av store mengder hydrogensulfid og oppblomstring av grønne svovelbakterier.

– Det har hindret en sirkulasjon av vannet som hadde kunnet tilføre den døde havbunnen noe oksygen. Samtidig har ikke næringsstoffer fra havbunnen kunnet trenge oppover og gi næring til dyrene og planter der, sier Lindström.

Voldsomt løft

Men til slutt fikk havbunnen tilført nytt oksygen, slik at de organismene som hadde overlevd, kunne blomstre opp for fullt.

– Det fantes heldigvis liv noen steder, ellers kunne det ikke ha kommet tilbake. Under den store masseutryddelsen ble ikke livet fullstendig utslettet, men det tok lang tid før det blomstret opp igjen.

– Men da det skjedde, gikk det raskt. Da havbunnen ble oksidert igjen, fikk livet plutselig voldsomt mye mer plass å boltre seg på, noe som antagelig har gitt det et løft. Det røde planktonet gjenetablerte seg og utviklet raskt mange nye arter, noe som har gjort livet lettere for høyerestående dyr, sier Lindström.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.