På sporet av klodens første dyr

Danske geologer har reist på forskertokt til Grønland for å finne ut hvordan ekstreme kuldeperioder la grunnlaget for framveksten av de første dyrene, for 550 millioner år siden.

Publisert

Bakterier

En bakterie består av en enkelt celle uten cellekjerne.

Dyr er betegnelsen for flercellede organismer, hvor de forskjellige typer celler har veldefinerte roller og samarbeider om å løse en rekke oppgaver.

Bakterier er enkle livsformer som har eksistert på jorden i nesten 4000 millioner år, mens de 575–550 millioner år gamle Ediacara-fossilene er de eldste sporene fra komplekse, flercellede organismer.

Mer om ekspedisjonen:

Et av grunnstoffene forskerne gjerne vil følge i sedimentene, er tungmetallet molybden, som forteller om atmosfærens oksygeninnhold gjennom tidene.

Ved å måle molybdeninnholdet i opp mot 1700 millioner år gamle havbunnsedimenter, har Dahl og hans kollega, ph.d.-student Emma Hammarlund, klart å kartlegge utviklingen av oksygeninnholdet gjennom tidene.

Forskerne vil gjerne undersøke oksygennivået i perioden med de globale istidene og utviklingen av dyrene.

Dyr med skjelett, armer og bein er et moderne fenomen. De har nemlig bare eksistert de siste 550 millionene årene av klodens rundt 4,54 milliarder år.

Før det var verdenshavene dominert av enkle, encellede bakterier.

Naturens sprang fra bakterier til dyr, den såkalte kambriske eksplosjonen, er et dunkelt kapittel. Geologene vet fortsatt ikke hvorfor naturen plutselig endret strategi og begynte å satse på større, mer intelligente livsformer.

Den gåten håper to danske biologer nå å løse.

Professor Minik Rosing og Tais W. Dahl, som begge er tilknyttet Nordic Center for Earth Evolution (NordCEE), har nettopp fløyet til Grønland for å delta i Nordøstgrønland-ekspedisjonen 2011. Målet er et av de mest ugjestmilde områdene på kloden.

Seks uker langt tokt

Det tremastede skipet Activ vil de neste seks uker seile rundt i farvannene rundt Grønland. Tre forskergrupper vil avløse hverandre underveis, slik at hver gruppe får to uker til å gjennomføre sine studier.

Rosing og Dahl er med i den første gruppen, og skipet vil seile dem til Ella Ø, som er full av klipper som stammer fra den perioden da dyrene oppsto. Disse klippene vil bli gjenstand for unike undersøkelser og eksperimenter.

– Dette er en svært viktig periode i jordens historie. Ved å ta steinprøver og analysere grunnstoffsammensetningene kan vi beskrive de miljøendringene som fikk livet til å ta det avgjørende spranget, forteller Tais W. Dahl ved Biologisk Institut på Syddansk Universitet.

Ishavsskipet Activ er deltakernes hjem på ekspedisjonen. (Foto: Hans Jensen)
Ishavsskipet Activ er deltakernes hjem på ekspedisjonen. (Foto: Hans Jensen)

Istider førte til mer avanserte livsformer

De golde klippene er på mange måter et drømmeområde for geologer som vil lære mer om dette. Klippene ble nemlig skapt av avleiringer på havets bunn for mellom 850 og 450 millioner år siden, mens de første dyreartene inntok havet. Øya var altså i ferd med å bli dannet i den perioden hvor de aller første dyrene kom til verden. Både klimaet og dyrene selv må ha satt spor.

Man vet ikke helt sikkert hva det var som fikk dyrene til å myldre fram, men antar at det skjedde som en reaksjon på en ekstrem kuldeperiode. Like før den kambriske eksplosjonen kom en plutselig nedkjøling, slik at verdenshavene frøs til is og forvandlet kloden til det som lignet en kjempemessig snøball.

Noe tyder på at de ekstreme klimaskiftene har satt fart i dannelsen av oksygen, som ifølge teoriene er en forutsetning for at dyr kan oppstå. Den teorien er verken bekreftet eller avkreftet, så det er noe forskerne vil se nærmere på.

Vil teste viktig oksygenhypotese

Forskerne har derfor planer om å vise oksygennivået i datidens hav ut fra prøver av bergartene på Ella Ø.

– Vi drømmer om å måle hvor mye oksygen det var i havet. For alle dyr vi kjenner, trenger en god del oksygen, og jo større dyrene er, jo mer oksygen krever de. Oksygenmengden i havet forteller derfor om hvilke dyr som kunne eksistere i havet, og hvor store de kunne bli, sier Minik Rosing, som arbeider ved på Statens Naturhistoriske Museum.

Han poengterer at forskningen i bunn og grunn går ut på å være forundret over hvordan verden overhodet har blitt til.

– Viser det seg at flercellede organismer svømte rundt i havet uten at det var oksygen til stede, så har vi virkelig fått noe å fundere over. Da må lærebøkene skrives om, sier han.

De to forskerne har tidligere gjennomført studier som har vist at innholdet av oksygen i atmosfæren og havet var overraskende lavt, langt under de tre prosentene som nåtidens dyr trenger. Spørsmålet er hvor lavt oksygennivået var. Det vet ikke forskerne enda.

– Når vi vet hvor høyt oksygeninnholdet i havet var, har vi et innblikk i hvilke forhold de første dyrene måtte leve under. Viser det seg at oksygenkonsentrasjonen fremdeles var forsvinnende liten, kan det undergrave hypotesen om at oksygen var en forutsetning for at dyrene kunne utvikle seg. Kanskje spiller ikke oksygenet en like stor rolle for dyrenes utvikling som vi tror, sier Tais W. Dahl.

Ukjent vesen var overgangsfigur

Mange ting skal falle på plass samtidig for at naturen kaster seg ut i et prosjekt som den kambriske eksplosjonen. Det er ikke nok å ha optimale klimaforhold. Livet skal også være klart til å ta spranget. I tiden før eksplosjonen må det ha levd noen særlige livsformer som kunne være slike overgangsfigurer.

Disse livsformene vil Rosing og Dahl gjerne finne fossiler eller avtrykk fra. De vil blant annet bruke en avansert røntgenpistol for å spore opp de 550 millionene årene gamle avtrykkene. (Se boks).

Rosing og Dahl er særlig på utkikk etter forskjellige varianter av flercellede, ti centimeter lange organismer som omtales som Ediacara-faunaen.

Slike fossiler er funnet i forskjellige områder av verden, særlig i Ediacara-fjellene i Australia, og de viser at faunaen levde på bunnen av havet for 575–550 millioner år siden. Dermed kan de være en direkte forgjenger for den kambriske eksplosjonen.

To teorier om australske fossiler

Forskerne vil gjerne vite om Ediacara-faunaen virkelig var forgjengere for dyrene eller et separat eksperiment mot store, flercellede livsformer. Dette kan bare besvares ved å finne flere godt bevarte Ediacara-fossiler.

Fossilene er aldri blitt funnet på Grønland, men det er gode sjanser for å finne dem på Ella Ø, som den gang lå nærmere ekvator og som derfor må ha vært varm nok til å kunne være vugge for de første dyrene.

– Hvis vi skal kunne avgjøre Ediacara-faunaens rolle i den kambriske eksplosjonen, trenger vi flere og bedre fossiler, så det ville vært stort å finne eksemplarer på Ella Ø, sier Tais W. Dahl.

Når forskerne vender hjem fra Grønland om noen uker, vil de ta med 200 kilo steinprøver som de vil analysere grundig.

– Vi håper de nordøstgrønlandske avleiringene vil gi oss en ny brikke i puslespillet som vil belyse sammenhengen mellom dyrenes utvikling og miljøet de oppsto i. Spørsmålet er klart. Metodene er mange. Bare fantasien, tiden og naturen setter grenser for det ekspedisjon gir oss med hjem, avslutter han.

Forskerne vet ikke hvor lang tid de vil bruke på å analysere prøvene, men trolig vil det ta omkring et år.

Røntgenpistol gjennomlyser klippene

Ella Ø inneholder mye mer materiale enn det forskerne rekker å undersøke, så de må prioritere og danne seg et overblikk over hvor det de bør lete etter steinprøver.

Det gjør de ved hjelp av en røntgenpistol som kan analysere seg frem til hvilke grunnstoffer klippene inneholder.

Røntgenpistolen kan hjelpe dem med å finne hvor den kjemiske sammensetningen endrer seg gjennom lagene. Det avspeiler at voldsomme klimaskifter har påvirket havet.

– Mens man tidligere kunne bruke flere sesonger med feltarbeid på å samle inn og analysere et hav av prøver, bare for å finne de rette stedene å samle inn de beste prøvene fra, kan vi nå peile oss inn på de beste stedene med det samme. Det er en enorm gevinst. Sjansen for å finne de riktige prøvene er mye bedre med slik en røntgenpistol, sier Minik Rosing.

Geologer og paleontologer bruker normalt ikke slike verktøy, men det vil Rosing og Dahl endre på. Normalt brukes redskapet til noe så kjedelig som avfallshåndtering, men Rosing fikk ideen om å bruke den til geologisk forskning under hans forrige ekspedisjon til Grønland for noen år siden.

– Jeg brukte verktøyet til å finne fram til det beste stedet å ta ut en boreprøve, og det var til stor hjelp. Når vi kommer hjem fra denne ekspedisjonen, satser vi på å skrive en artikkel om hvordan det virker. Det er det i hvert fall ingen som har gjort før, sier Rosing.

___________________

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

Lenker:

Ekspedisjonen 2011

Ekspedisjonen 2011 – Blogg 1