Først for mellom 650 og 800 millioner år siden begynte de første dyrene å tråkke på den evolusjonære stien på jorden – til tross for at oksygennivåene var høye nok lenge før det. (Illustrasjonsfoto: Shutterstock, NTB scanpix)
Hvor kom dyrene fra?
Det var rikelig med oksygen på jorden før de tidligste dyrene oppsto, viser ny forskning. Det rokker ved oppfatningen av at oksygen var den avgjørende faktoren for at dyrelivet kunne utvikle seg.
Oksygen på jorden
I dag er det omkring 21 prosent oksygen i atmosfæren. Tidligere estimater har lydt på at det var nødvendig med ti prosent av det oksygeninnholdet, før flercellet liv kunne oppstå. I en studie fra 2014 fant danske forskere at det bare krever 0,4 prosent av nåtidens oksygeninnhold for en svamp – et av klodens eldste dyr – kan puste, spise og vokse.
Fakta
Prekambrium (eller kryptozoikum) er jordens eneste supereon. En eon er gresk for evighet, og i geologien er det den største tidsinndelingen i jordens historie. Jordens historie deles inn i fire eoner, der de tre av dem samles under hatten «Prekambrium», som derfor kalles et supereon.
Prekambrium begynner for omkring 4570 millioner år siden, da jorden dannes, og slutter med omfattende mengder av makroskopiske fossiler med hardt skall, noe som markerer begynnelsen av perioden Kambrium i den yngste eonet, Phanerozoikum, for omkring 542 millioner år siden.
I Kambrium ble flercellede dyr vanlige, og skall- og skjelettvev av uorganiske materialer oppsto. I Kambrium undergikk den biologiske verden en enestående utvikling, ettersom vi antar at nesten alle moderne dyregrupper oppsto innen et kort tidsrom i tidlig Kambrium. Denne perioden kalles ofte Den kambriske eksplosjon.
Kilde: Den Store Danske
For mellom 685 og 800 millioner år siden begynte de første dyrene å dukke opp på jorden. Eller rettere sagt: på havbunnen. Enkle skapninger som verken hadde øyne, armer eller bein – men som likevel var mange ganger mer avansert enn de encellede organismene som til nå hadde hatt kloden for seg selv.
Hittil har mange forskere trodd at det avgjørende for denne utviklingen var oksygen. Teorien har vært at det var for lite oksygen til at dyrene kunne oppstå. Oksygenkonsentrasjonen steg, og voilà: dyrene oppsto.
Men nå snur danske forskere opp-ned på det bildet. I en ny studie viser de at oksygenkonsentrasjonen allerede for 1,4 milliarder år siden var høyere enn de tidligste dyrene trengte. Det er avgjørende for forståelsen av hvorfor de multicellulære organismene – altså dyrene – utviklet seg, forteller Christian J. Bjerrum, som er medforfatter for studien.
– Da er spørsmålet: Hva var det egentlig som hindret at dyrelivet utviklet seg? Det kan vi på ikke svare på ennå, sier Bjerrum, som er forsker ved institutt for geovitenskap og naturforvaltning ved Københavns Universitet.
Den nye studien er gjort i samarbeid med forskere fra Kina og Syddansk Universitet.
Jorden hadde nok oksygen
Alt liv på jorden består av celler. I motsetning til de aller enkleste organismene – for eksempel bakterier og noen alger – består vi av mer enn én celle.
Alle flercellede organismer trenger oksygen for å puste, og tidligere har forskere funnet ut at omtrent én prosent av vårt nåværende oksygennivå er nok for de fleste første flercellede organismene.
I den nye studien hevder forskerne at det allerede for 1400 millioner år siden fantes 3,8 prosent av vårt nåværende nivå. Det er langt over det som er nødvendig.
– Oksygenkonsentrasjonen var høyst sannsynlig mange ganger større enn det som kunne holde en slik utvikling tilbake. Vi er selv ganske overrasket over resultatene, sier Bjerrum.
– Så nå trenger vi nye hypoteser for hvorfor multicellulære organismer først utviklet seg omkring en halv milliard år senere.
Forsteinet søle
De nye resultatene stammer fra noen helt unike jordlag i Kina. Jordlagene, som på forskerspråk kalles sedimenter, er utrolig godt bevart. Det dreier seg egentlig om forsteinet søle, men ved å undersøke dem kjemisk kan forskerne regne seg 1,4 milliarder år tilbake i tid.
Og det er i seg selv et scoop, forteller Bjerrum.
– Det er litt av et lykketreff, for så gamle sedimenter er det veldig få av, og de er som regel ikke spesielt godt bevart. Oksygen er en gass, og vi kan ikke bare gå ut og måle hvordan den oppførte seg den gang. Men den påvirker kjemien til ulike metaller, og det er det vi har sett på, sammen med våre kinesiske kolleger.
Lærebøkene utfordres
Tais W. Dahl, som selv forsker på jordens og livets oppstandelse og utvikling, har ikke vært med på den nye studien, men han mener resultatene er interessante.
– Det er en spennende metode de bruker for å komme frem til oksygennivået. Det er litt overraskende for meg at nivået er så høyt. De kommer frem til et veldig presist tall som ligger over det de tidligste dyrene trengte, og det er selvfølgelig utrolig spennende, sier Dahl.
Han er adjunkt ved Statens Naturhistoriske Museum, Københavns Universitet.
Det er helt grunnleggende påstander som nå utfordres, mener Bjerrum.
– Lærebøkene sier at det var lav oksygenkonsentrasjon på den tiden. Hittil har det vært to modeller for hva som ga denne utviklingen på slutten av Prekambrium – den ene har vært at oksygen var hindringen, fordi de flercellede dyrene har en kraftigere metabolisme som krever oksygen til respirasjon. Den andre har vært at størrelse rett og slett var et resultat av at økosystemer ble utviklet fordi organismene er vanskeligere å spise når de blir større, sier han.
– Vi kan nå vise at det i hvert fall ikke er oksygenet som har vært en hindring.
Et spennende vindu inn i jordens historie
Det neste skrittet vil være å lete etter lignende resultater i andre avleiringer fra andre tidspunkt i historien, forteller Bjerrum:
– Vi har undersøkt én seksjon av 500 meter i alt, og den representerer ett punkt på jorden på ett tidspunkt i jordens historie. Vi vil selvfølgelig ha et mer globalt bilde og finne ut hvordan det forholder seg hvis vi gikk til høyere breddegrader eller undersøkte andre steder på jorden. Kan vi for eksempel finne en lignende avleiring som er 1,5 milliarder år gammel og gir de samme resultatet?
Tais W. Dahl er enig. Det er farlig å trekke altfor vidtrekkende konklusjoner fra de nye resultatene, mener han.
– Vi skal huske at det er snakk om en stikkprøve. Det er et spennende vindu inn i jordens historie for 1,4 milliarder år siden, men de kan jo ikke si noe om hva som var før eller etter.
Han mener den nye kunnskapen ikke nødvendigvis rokker ved den nåværende forståelsen av de tidligste dyrenes opprinnelse.
– Det er veldig lang tid mellom 1,4 milliarder år og 600 millioner år siden, da dyrene oppsto, og vi vet ikke hva som har skjedd i mellomtiden. Så vidt jeg kan se, utelukker det ikke at oksygen er en avgjørende faktor for dyrenes utvikling – fordi det krever et varig oksygenholdig miljø på global skala. Når det nå er sagt, så er det selvfølgelig også andre faktorer som må være på plass, sier Dahl.
Han peker blant annet på at de første flercellede organismene oppsto ganske dypt i havet, mens de nye resultatene bare kan avspeile oksygennivået på ett sted i vannsøylen.
– Det er for enkelt å se oksygen som ett enkelt tall. Men det er riktig at det endrer på den barnelærdommen at det ikke var oksygen nok til at dyr kunne leve i noen deler av vannsøylen.
Flere studier på vei
Tais W. Dahl understreker imidlertid at han er imponert over forskernes metode i den nye studien. De har blant annet kombinert observasjoner med modeller, og det er helt nødvendig i denne sammenhengen, mener han.
– Det er ikke noe oksygen fra den tiden som er bevart i dag, så forskerne må bruke indirekte mål, og derfor er det viktig at vi setter målingene i kontekst. De kombinerer ulike metoder som vi så vidt har begynt å bruke og forstå, og det er nyskapende og vil helt sikkert føre til flere lignende studier.
Bjerrum har planene klare for å fortsette letingen etter svar på hvordan oksygennivåer og dyrelivets oppstandelse egentlig henger sammen.
Referanse:
Shuichang Zhang m.fl: Sufficient oxygen for animal respiration 1,400 million years ago. PNAS, november 2015. DOI: 10.1073/pnas.1523449113. Sammendrag.
© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.
