Man tror att djurliv först uppstod under Ediacaran-perioden, mellan 635 och 541 miljoner år sedan, men dessa organismer liknade lite de djur vi känner idag. Det har fått vissa forskare att tro att de kanske inte var djur alls, och uppgick istället till misslyckade experiment inom multicellulär evolution.

Resterna av dessa udda varelser, varav de flesta inte har några tecken på cirkulations- eller matsmältningssystem, försvann till stor del från rockrekordet i början av den kambriumska perioden, 541 miljoner år sedan. Att sätta ihop en bild av Ediacaran-miljön är nyckeln till att förstå mer om dessa gåtfulla makroorganismer. Ett forskargrupp avslöjar paleo-miljön för denna tidsperiod genom att studera den avlägsna Khatyspyt-formationen, en serie sedimentära stenar ovanför polcirkeln i Sibirien som lagts ner när området var en grund marin miljö.

Geologen Huan Cui vid University of Wisconsin-Madison och hans kollegor diskuterar sina resultat i en ny artikel, "Redoxberoende distribution av tidiga makroorganismer:Bevis från den terminala Ediacaran Khatyspyt-bildningen i Arktis Sibirien, "publicerad i tidningen Paleogeografi, Paleoklimatologi, Paleokologi .

Ediacaran-djuren var mjuka, utan skal eller skelett, och deras fossiler bevaras oftast som formar eller gjutgods, som fotspår i sanden. Ediacaran-fossiler har upptäckts i finkorniga sedimentära bergarter som sandsten, som gör ett dåligt jobb med att bevara paleo-miljöinformation. I Khatyspyt-formationen, dock, några av fossilerna är begravda i välbevarad kalksten, som gör ett bra jobb med att spela in den gamla världens varelser.

Paleo-miljöförändringar genom stenföljden kan studeras med kemostratigrafi, som tittar på förändringarna i stenarnas kemiska sammansättning över tiden när de bildades. Forskarna tittade på mineralerna i dessa stenar, inklusive pyrit, eller "dårens guld, "för att mäta svavelisotopkompositionen genom 130 vertikala meter i Khatyspyt -formationen. Pyrit studeras när det ger ledtrådar till mikroberna som producerade det, och tillgången på både mat och sulfat, som krävs för att stimulera deras metaboliska aktiviteter.

Stenar i botten av högen är äldre än de på toppen, så att studera hur svavelkemin förändrades genom stenföljden informerade Cui och hans kollegor om miljövariationer över tiden. Dessa forskare fann en dramatisk avvikelse i överflödet av svavelisotoper (smaker av atomärt svavel som skiljer sig åt i antalet neutroner som tillför elementet vikt) i de olika skikten, med den högsta koncentrationen av den tunga (med fler neutroner) isotop i de övre delarna av formationen och den lägsta i botten av sedimenthögen.

Svavelisotopavvikelsen stämmer förvånansvärt väl överens med den bevarade fossila historien om Ediacara-biotas. De nedre 45 meterna stenarna saknar mestadels fossil, medan de övre regionerna, där koncentrationen av tung svavelisotop är högst, vrimlar av dem. Forskarna spekulerar i att de lätta svavelisotoperna i botten av bergssekvensen sannolikt beror på spridningen av anaeroba mikrober som levde i det anoxiska (syrefria) vattnet i bassängen. Dessa mikrober skulle ha förändrat vattnets kemi genom att producera giftigt svavelväte, vilket skulle göra det obeboelig för djurlivet.

"Vi spekulerar i att de starkt negativa (svavelisotop) värdena i botten av successionen relaterar till anoxiska förhållanden när mikroberna kan leva i vattenpelaren, "förklarade huvudutredaren, Jay Kaufman. "Eftersom processen bildar sulfid, vi misstänker att det byggts upp i djuphavskolonnen vilket resulterar i euxiniska (sulfidiska) förhållanden. "

Det euxiniska vattnet som skapas som ett resultat av dessa anaeroba mikrober har för mycket sulfid och för lite syre för att djurliv ska kunna existera, vilket förklarar varför inga djurfossil hittades i den nedre delen av formationen. "Dessa euxiniska förhållanden kan ha förbättrats genom kemisk vittring, där sulfater fördes in i haven, som sålunda blev bränsle för mikroberna, "sa Cui.

På 45 meter ovanför basen av Khatyspyt-formationen, miljöförhållandena tydligen förändrats, och Ediacara -fossilerna börjar dyka upp. Det är vid denna tidpunkt som svavelisotoperna blir gradvis tunga, vilket kan ha varit resultatet av mindre vittring och därmed mindre sulfat tillgängligt för mikroberna att använda.

Förändringen från euxiniska till icke-euxiniska förhållanden i slutet av Ediacaran-perioden gjorde det möjligt för Ediacaran-djuren att kolonisera det nu mer oxiderade och beboliga havet, trots en total syrehalt i atmosfären och haven som var mycket lägre än dagens.

Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av NASA:s Astrobiology Magazine. Utforska jorden och mer på www.astrobio.net.