Fossila uppgifter berättar att de första makroskopiska djuren dök upp på jorden för cirka 575 miljoner år sedan. Tjugofyra miljoner år senare, mångfalden av djur började mystiskt minska, leder till jordens första kända massutrotningshändelse.

Forskare har argumenterat i årtionden om vad som kan ha orsakat denna massutrotning, under vad som kallas "Ediacaran-Cambrian övergången". Vissa tror att en brant minskning av löst syre i havet var ansvarig. Andra antar att dessa tidiga djur successivt ersattes av nyutvecklade djur.

Den exakta orsaken har förblivit svårfångad, delvis för att så lite är känt om kemin i jordens hav för länge sedan.

Ett forskarlag, ledd av forskare från Arizona State University och finansierat av NASA och National Science Foundation, hjälper till att reda ut detta mysterium och förstå varför denna utrotningshändelse hände, vad den kan berätta om vårt ursprung, och hur världen som vi känner den kom till.

Studien, publiceras i Vetenskapens framsteg , leddes av ASU School of Earth and Space Exploration doktorand Feifei Zhang, under ledning av fakultetsmedlemmen Ariel Anbar och stabsforskaren Stephen Romaniello.

Syrets betydelse

Idag finns det ett överflöd av syre, en viktig del av livet, i de flesta av jordens hav. Men det finns bevis som tyder på att under massutrotningen, det fanns en förlust av löst syre i jordens hav, en effekt som kallas "marin anoxi".

För att få en bättre förståelse av massutrotningen, forskargruppen fokuserade på att studera denna effekt. De ville inte bara avgöra hur mycket av havet som var syrefritt när djuren började minska, men också om marin anoxi bidrog till nedgången och slutligen utrotning av de tidiga djuren.

Integrering av geokemiska data och jordens fossilregister

För att bestämma nivåerna av marin anoxi och dess effekter, forskargruppen använde en ny metod för att kombinera geokemiska data och jordens fossila register för att exakt matcha evolutionära och miljöhändelser.

Vanligtvis, forskare bestämmer havsanoxinivåer genom att titta på överflöd av pyrit, allmänt känt som "fool's gold, " och andra element och mineraler i gamla lerstenar. Men lerstenar ger bara ledtrådar till vad som kan ha hänt på en enda plats. Forskare måste prova dussintals platser runt om i världen för att sluta sig till helheten från lerstenar.

För att övervinna detta, teamet banade väg för ett nytt och mer effektivt tillvägagångssätt. Bergprover av marin kalksten samlades in i Three Gorges Area (Hubeiprovinsen) i Folkrepubliken Kina. Detta område är känt för att ha några av de bästa exemplen i världen från Ediacaran-perioden. Bergproverna för denna studie deponerades i en grund marin miljö för mellan 551 och 541 miljoner år sedan, och hålla ett register över de marina miljöförändringarna som inträffade när de deponerades.

Tillbaka på labbet, teamet mätte uranisotopvariationerna i marin kalksten och integrerade sedan uranisotopdata och paleontologiska data från samma svit av stenar. När data väl integrerats, teamet kunde tydligt se att episoden av omfattande marin anoxi sammanföll med nedgången och det efterföljande försvinnandet av tidiga djur.

"Detta kan ha varit den allvarligaste marina anoxiska händelsen under de senaste 550 miljoner åren, " säger Zhang. "Matematisk modellering av våra data tyder på att nästan hela havsbottnen var täckt av anoxiskt vatten under slutet av Ediacaran-perioden."

Finns det en massutrotning i vår framtid?

Medan våra hav för närvarande har ett överflöd av syre, det har nyligen skett en mätbar ökning av havsanoxin, tillskrivs av forskare klimatförändringarna. Framsteg i studiet av forntida marin anoxi, som den här, då kan hjälpa oss att förstå och förutsäga vad som ligger framför oss.

"Det förflutna är vårt bästa laboratorium för att förstå framtiden", säger medförfattaren Anbar. "Det är nykter att se hur ofta massutdöden från det förflutna föregicks av en ökning av havsanoxin. Det finns mycket vi inte förstår om klimatförändringar , men de saker vi vet är en stor anledning till oro."