Fosfor är ett av de grundämnen som är avgörande för konstruktionen av organismer och deras ämnesomsättning. Dess kretslopp över miljöerna är också en av de bäst förstådda. Men det gick upp för de tjeckiska paleontologerna Peter Kraft och Michal Mergl att det fortfarande kunde finnas några vita utrymmen på kartan över vår förståelse av en sådan grundläggande process. Deras publikation, som tar en ny syn på förändringarna i fosforcykeln över geologisk tid, publicerades nyligen i Trends in Ecology &Evolution .

I en omfattande studie av intressanta men fortfarande föga kända fossiler från devon med fosfatskal från Pragbassängen i Tjeckien diskuterade Kraft och Mergl deras förekomster i det geologiska förflutna. Dessa var mestadels välkända fakta, inklusive den gradvisa nedgången som kulminerade i slutet av den tidiga paleozoiken under devon.

Men de noterade också att vissa grupper representerade i de äldre skikten av stora exemplar producerade dvärgformer i devon. Det var som om de saknade materialet för skal. Den logiska frågan ställdes – varför? Frågan om den radikala förlusten av fosfor i miljön visade sig vara så spännande att båda författarna började studera i detalj de olika hörnen av detta elements cykel. Denna biprodukt av deras ursprungliga studie växte alltså till ett oberoende forskningsprojekt.

"Fosforcykeln är en av de grundläggande elementarcyklerna som bland annat spelar en nyckelroll i havens biologi. Därför [finns] ett antal studier på det. Problemet är dock att de allra flesta av dem undersöker fosforcykeln under "den mänskliga eran", som har förändrat hela cykeln avsevärt. Därför beslutade vi att erbjuda en syntetisk modell av den fosforinfluerade evolutionära historien för publicering", förklarar Kraft från Institutet för geologi och paleontologi. , Naturvetenskapliga fakulteten, Charles University, Prag.

Publicerade studier visar tydligt att tillgången på fosfor i miljön sätter en tydlig gräns för livets expansion. Och eftersom tillgången på detta element kan påverka både kortsiktiga och långsiktiga processer, beslutade författarna att diskutera fosfors roll i tre faser av livets utveckling i haven.

Det första steget är den sena prekambriska perioden (Ediacaran Period), som kännetecknas av enkel tillgång på fosfor och många fosfatansamlingar. I kombination med en ökning av syrehalten kan det anses vara en av de viktigaste orsakerna till uppkomsten av flercelliga organismer.

Den tidiga paleozoiken var en kritisk era av fosforcykeln på grund av den intensiva inblandningen av biota i dess dynamik. I början var fosfor lätt tillgänglig i stora mängder och därför hade många grupper möjlighet att bygga externa fosfatskal. Detta bidrog med stor sannolikhet till historien om den kambriska explosionen, en period då representanter för nästan alla djurfylor dök upp i fossilregistret inom en relativt kort tidsperiod. Kambrium var alltså en "guldålder" för organismer med yttre fosfatskal.

Under Ordoviciumperioden började dock livet förändras avsevärt, med den så kallade Great Ordovician Biodiversification Event (GOBE) som kraftigt utökade både antalet taxa och individer. Här skiftade den huvudsakliga användningen av fosfor:Det behövdes i cellstrukturer, och externa fosfatskal började bli en lyx. Denna process accelererades av uppkomsten och evolutionär diversifiering av ryggradsdjur, som, även om de behöver mycket fosfor, var bättre på att hantera det. Denna andra evolutionära fas kulminerade i ryggradsdjursexplosionen under den devonska nektonrevolutionen och markerade nedgången av grupper med externa fosfatskal.

Den efterföljande eran från slutet av paleozoikum till nutid kännetecknas av begränsad men också selektiv tillgänglighet av fosfor i haven och oceanerna. Geologiska processer som Variscan (400–300 Ma) och de alpina orogenierna (80 Ma till nutid) hjälpte i hög grad tillförseln av fosfor till haven. Fosfors förmåga att nå haven från sin huvudsakliga källa i klipporna på de blottade kontinenterna hämmades dock av spridningen av växtlighet på land och andra influenser som klimatet under dessa tider. Viktigast av allt var att det koncentrerades i organismer i vattenpelaren. Och pelagiska ryggradsdjur var det huvudsakliga "filtret".

"Det är mycket intressant att fluktuationer i fosfortillgången under post-devonperioderna påverkade linguliforma brachiopoder, som inte bara lyckades överleva med ett externt fosfatskal, utan också registrerade en tillfällig återhämtning under tertiären", förklarar Mergl från Pedagogiska fakulteten. vid University of West Bohemia i Pilsen. + Utforska vidare

Gräsmarker i toppområden är nyckeln till global växtmångfald