Animalele timpurii nu au putut să tragă aer

Diversificarea animalelor timpurii poate să fi fost sufocată de lipsa de oxigen. O nouă analiză a rocilor antice oferă o privire asupra condițiilor din milioanele de ani care au dus la proliferarea animalelor. Datele sugerează că nivelurile de oxigen au fost mai mici de 1 la sută din nivelurile actuale, suficient de scăzute încât ar fi posibil să fi împiedicat apariția vieții animale.

Oamenii de știință au fost nedumeriți de o întârziere proeminentă în cronologia evoluției vieții. Cu aproximativ 2,3 miliarde de ani în urmă, cianobacteriile produceau astfel de cantități de oxigen pe care oamenii de știință le numesc în acea perioadă Marele Eveniment al Oxigenării. Dar apoi lucrurile au devenit destul de liniștite și Pământul a intrat într-o perioadă cunoscută sub numele de miliardul plictisitor. Abia acum 800 de milioane de ani au început să apară pe scenă animale multicelulare adecvate (SN: 31/12/11, str. 12).

Cercetătorii au fost neclari cu privire la rolul factorilor de mediu în această întârziere, în special disponibilitatea oxigenului, o cerință pentru metabolismul animal (SN:07.09.13, p12), spune paleobiologul Nicholas Butterfield de la Universitatea din Cambridge.

„Lucrurile mari nu apar pe scenă decât foarte târziu, nu până în urmă cu 500 până la 600 de milioane de ani, ceea ce este un fel de ieri”, spune Butterfield, care nu a fost implicat în noua cercetare. „Deci ideea este, ce a întârziat ascensiunea animalelor?”

Estimările anterioare ale nivelurilor de oxigen atmosferice ale miliardului plictisitor – un indicator al nivelurilor de oxigen din oceanele de mică adâncime, unde viața animală a început cu adevărat – au variat foarte mult, de la 1 la 40% din nivelurile actuale. Noua analiză a examinat versiuni ale cromului metalic din sedimentele antice colectate în China, Australia, Statele Unite și Canada. Într-un mediu fără oxigen, cromul există într-o singură formă. Când există oxigen în jur, acesta reacționează cu alte metale. Versiunile mai grele ale cromului natural sunt mai susceptibile de a suferi aceste reacții legate de oxigen și de a fi spălate în oceane. Căutând dovezi ale acestui ciclu al cromului în rocile antice, oamenii de știință pot deduce cât de mult oxigen era prezent.

A existat o creștere semnificativă a cromului-53 în probele care datează de acum aproximativ 800 până la 750 de milioane de ani, raportează cercetătorii în 31 octombrie. Ştiinţă. Această schimbare sugerează o creștere a oxigenului din mediu care ar fi permis creșterea vieții complexe, propune echipa. Echipa a căutat, de asemenea, cromul greu din patru mostre din zăcăminte de șist care avea o vechime cuprinsă între 1,7 miliarde și 900 de milioane de ani și nu a găsit nicio dovadă a ciclului cromului în timpul miliardului plictisitor.

„Acest lucru dă viață, ca să spunem așa, ideii că diversificarea vieții de pe planetă a fost controlată de mediu”, spune geochimistul Noah Planavsky de la Universitatea Yale, care a condus cercetarea.

Butterfield nu este de acord. Invocarea unui declanșator extern de mediu pentru a permite diversificarea nu este necesară, spune el. El susține că sarcina dificilă de a dezvolta gene și rețele de reglementare ale animalelor complexe ar fi luat mult timp chiar și în condiții ideale.

Încadrarea dezbaterii ca una sau alta – constrângerile de mediu versus constrângerile interne și genetice – este probabil prea simplistă, spune Doug Erwin, paleobiolog la Instituția Smithsonian din Washington, DC. Noua cercetare se adaugă la datele care sugerează că mediul în această perioadă a fost extrem de instabile și, mai degrabă decât o creștere ordonată și treptată a nivelului de oxigen, concentrațiile pot fi foarte dinamice.

„Aceste date sunt cu adevărat valoroase”, spune Erwin. „Aceste studii geochimice sunt esențiale pentru îmbunătățirea înțelegerii noastre a contextului de mediu al divergenței animalelor.”

Nota editorului: această poveste a fost actualizată pe 7 noiembrie 2014, pentru a corecta descrierea ciclică a cromului. O versiune anterioară sugera că oxigenul provoacă reacții care convertesc cromul-52 în crom-53, ceea ce este incorect.