Stovky milionů let před prvními lesy Země pomohly pumpovat kyslík do hlubokého moře a transformovat kdysi barické vody na prosperující stanoviště.
Tato stálá podpora kyslíku umožnila rybám s čelistí a jinými mořskými zvířaty expandovat, diverzifikovat a zvětšovat se a vyvolala revoluci v oceánu.
Kolonizace hlubokého moře
Asi před 390 miliony let se mořská zvířata začala pohybovat do hlubokých oceánských zón, které byly dříve neobývané. Nový výzkum naznačuje, že tato expanze byla umožněna trvalým nárůstem hladiny kyslíku hlubokého moře, poháněným šířením dřevin na zemi (prvními předky prvních lesů Země).
K tomuto dlouhodobému nárůstu kyslíku došlo během pozoruhodného výbuchu rozmanitosti mezi čelivými rybami, skupina, která nakonec vyvolala téměř všechny obratlovci Život dnes. Důkazy ukazují na oxygenaci jako potenciální hnací sílu evolučních posunů v těchto starověkých druh.
Sledování starověké oxygenace
„Je známo, že kyslík je nezbytnou podmínkou vývoje zvířat, ale do jaké míry je dostatečná podmínka, která může vysvětlit trendy v diverzifikaci zvířat, bylo obtížné snížit,“ řekl spoluvylovník Michael Kipp, docent Země a klimatických věd v Nicholasské škole vévody University. „Tato studie poskytuje silné hlasování, že kyslík diktoval načasování raného vývoje zvířat, alespoň pro vzhled čelických obratlovců v hlubokých oceánských stanovištích.“
Vědci kdysi věřili, že hluboko-oceánské okysličení došlo pouze jednou, na začátku paleozoické éry, zhruba před 540 miliony let. Novější studie však poukazují na postupný vzorec, počínaje kyslíkem způsobuje, že mělká pobřežní vody obyvatelná a později se rozprostírají do hlubšího oceánu.
Skalní stopy z mořského dna
Kipp a jeho kolegové se načasovali načasování těchto fází studiem sedimentárních hornin, které se tvořily pod hlubokou mořskou vodou. Konkrétně analyzovali horniny pro selen, prvek, který lze použít k určení, zda kyslík existoval na úrovni života ve starověkém moři.
V mořském prostředí se selen vyskytuje v různých formách zvaných izotopy, které se liší podle hmotnosti. Tam, kde jsou hladiny kyslíku dostatečně vysoké, aby podporovaly životnost zvířat, se poměr těžkých k světelným izotokům selenu velmi liší. Ale při hladinách kyslíku zakazující většinu života zvířat je tento poměr relativně konzistentní. Stanovením poměru izotopů selenu v mořských sedimentech mohou vědci usoudit, zda hladiny kyslíku postačují k podpoře zvířat, která dýchají pod vodou.
Globální vzorky hornin a analýza
Tým se shromáždil s úložištěmi výzkumu po celém světě a před 252 až 541 miliony let sestavil 97 vzorků skály. Skály byly vykopány z oblastí na pěti kontinentech, že stovky milionů let byly umístěny podél nejvzdálenějších kontinentálních polic-okraje kontinentů, když vyčnívaly pod vodou, těsně před ustoupením strmému poklesu.
Po sérii kroků, které znamenaly rozdrcení hornin, rozpustily výsledný prášek a čistila selen, tým analyzoval poměr selenových izotopů, ke kterým došlo v každém vzorku.
Dvě skvělé okysličovací události
Jejich údaje naznačují, že v hlubších vodách vnějších kontinentálních polic se objevily dvě okysličovací události: přechodná epizoda asi před 540 miliony let, během paleozoického období známého jako Cambrian, a epizoda, která začala před 393-382 miliony let, během intervalu s názvem střední Devonština, která pokračovala do tohoto dne. Během intervenujícího tisíciletí kyslík klesl na úrovně nehostinné pro většinu zvířat. Tým zveřejnil svá zjištění v Sborník Národní akademie věd v srpnu.
„Data selenu nám říkají, že druhá oxygenační událost byla trvalá. Začalo to ve středním devonsku a přetrvávalo v našich mladších vzorcích skály,“ řekl spolu-vedoucí autor Kunmanee „Mac“ Bubphamanee, Ph.D. kandidát na University of Washington.
Tato událost se shodovala s četnými změnami v evoluci oceánských a ekosystémů-co někteří vědci označují jako „střední paleozoická mořská revoluce“. Když se kyslík stal trvalým prvkem v hlubších prostředích, čelivé ryby, nazývané gnathostomy a další zvířata, začaly napadnout a diverzifikovat v takových stanovištích, podle fosilního záznamu. Zvířata se také zvětšila, snad proto, že jejich růst podporoval kyslík.
Rostou lesy, mění se oceány
Střední devonská oxygenační událost se také překrývala s šířením rostlin s tvrdými stonky dřeva.
„Naše myšlení je, že jak se tyto dřevité rostliny zvýšily, uvolnily do vzduchu více kyslíku, což vedlo k dalšímu kyslíku v hlubším prostředí oceánu,“ řekl Kipp, který tento výzkum zahájil jako Ph.D. Student na University of Washington.
Příčinou první, dočasné oxygenační události během Cambrianu je záhadnější.
„Zdá se jasné, že pokles kyslíku poté, co tento počáteční puls bránil šíření a diverzifikaci mořských zvířat do těch hlubších prostředí vnějších kontinentálních polic,“ řekl Kipp.
Lekce pro dnešní oceány
Přestože se tým zaměřil na podmínky starověkého oceánu, jejich zjištění jsou nyní relevantní.
„Dnes existuje hojný oceánský kyslík v rovnováze s atmosférou. Ale v některých místech může oceánský kyslík klesnout na nedetekovatelné úrovně. Některé z těchto zón se vyskytují při přírodních procesech, ale v mnoha případech jsou poháněny živinami, které vypouštějí kontinenty z hnojiv a průmyslových aktivity, které pohánějí planktonovy, které sají oxygen.
Varování v čase
„Tato práce velmi jasně ukazuje souvislost mezi životem kyslíku a zvířat v oceánu. To byla rovnováha zasažená asi před 400 miliony let a bylo by škoda narušit ji dnes za několik desetiletí.“
Reference: „Oxygenace oceánu v polovině devonského oceánu umožnila rozšíření zvířat na stanoviště hlubší vody“ Kunmanee Bubphamanee, Michael A. Kipp, Jana Meixnerova, Eva E. Stüeken, Linda C. Ivany, Alexander J. Bartholomew, Thomas J. Alge, Thomas J. J. BROCKS, TAIS W. DAHL, JORDAN KONS, AND FRANSON AND AN Roger Buick, 25. srpna 2025, Sborník Národní akademie věd.
Doi: 10.1073/pnas.2501342122
Financování: MAK byl podporován postdoktorandským stipendiem NSF Graduate Research Fellowship a Agrouron Institute. Další podpora byla poskytnuta NASA Virtuální planetární laboratoř astrobiologického institutu.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
