Den största utrotningen i jordens historia markerade slutet på den permiska perioden, för 252 miljoner år sedan. Långt före dinosaurier, vår planet befolkades av växter och djur som mestadels utplånades efter en rad massiva vulkanutbrott i Sibirien.

Fossiler i gamla havsbottensstenar uppvisar ett blomstrande och mångsidigt marint ekosystem, sedan ett stycke lik. Ungefär 96 procent av de marina arterna utplånades under "Stora döende, "följt av miljontals år när livet måste föröka sig och diversifieras en gång till.

Det som har diskuterats fram till nu är exakt vad som gjorde haven ogästvänliga för liv - vattnets höga surhet, metall- och sulfidförgiftning, fullständig syrebrist, eller helt enkelt högre temperaturer.

Ny forskning från University of Washington och Stanford University kombinerar modeller av havsförhållanden och djurmetabolism med publicerade labbdata och paleoceanografiska register för att visa att den permiska massutrotningen i haven orsakades av global uppvärmning som gjorde att djur inte kunde andas. När temperaturen steg och metabolismen hos marina djur ökade, de varmare vattnen kunde inte hålla tillräckligt med syre för att de skulle överleva.

Studien publiceras i 7 december -numret av Vetenskap .

"Det här är första gången som vi har gjort en mekanistisk förutsägelse om vad som orsakade utrotningen som kan testas direkt med fossilregistret, som sedan låter oss göra förutsägelser om orsakerna till utrotning i framtiden, "sa författaren Justin Penn, en UW -doktorand i oceanografi.

Forskare körde en klimatmodell med jordens konfiguration under Perm, när landmassorna kombinerades på superkontinenten Pangea. Innan pågående vulkanutbrott i Sibirien skapade en växthusgasplanet, haven hade temperaturer och syrenivåer liknande dagens. Forskarna höjde sedan växthusgaser i modellen till den nivå som krävs för att göra tropiska havstemperaturer vid ytan cirka 10 grader Celsius (20 grader Fahrenheit) högre, matchande villkor vid den tiden.

Modellen återger de resulterande dramatiska förändringarna i haven. Hav förlorade cirka 80 procent av sitt syre. Ungefär hälften av havets havsbotten, mestadels på djupare djup, blev helt syrefri.

För att analysera effekterna på marina arter, forskarna övervägde de varierande syre- och temperaturkänsligheterna hos 61 moderna marina arter – inklusive kräftdjur, fisk, skaldjur, koraller och hajar - med hjälp av publicerade laboratoriemätningar. Moderna djurs tolerans mot hög temperatur och lågt syre förväntas likna permidjur eftersom de hade utvecklats under liknande miljöförhållanden. Forskarna kombinerade sedan artens egenskaper med paleoklimatsimuleringarna för att förutsäga geografin för utrotningen.

"Mycket få marina organismer bodde i samma livsmiljöer som de bodde i - det var antingen fly eller förgås, "sa den andra författaren Curtis Deutsch, en UW docent i oceanografi.

Modellen visar att de mest drabbade var organismer som var mest känsliga för syre som finns långt från tropikerna. Många arter som levde i tropikerna gick också ut i modellen, men den förutspår att arter på hög latitud, speciellt de med högt syrebehov, var nästan helt utplånade.

För att testa denna förutsägelse, medförfattarna Jonathan Payne och Erik Sperling vid Stanford analyserade sen-permiska fossildistributioner från Paleoceanography Database, ett virtuellt arkiv med publicerade fossila samlingar. Fossilregistret visar var arterna var före utrotningen, och som utplånades helt eller begränsade till en bråkdel av sin tidigare livsmiljö.

Fossilregistret bekräftar att arter långt från ekvatorn drabbades mest under händelsen.

"Underskriften på den dödande mekanismen, klimatuppvärmning och syreförlust, är detta geografiska mönster som förutspås av modellen och sedan upptäcks i fossilerna, "Penn sa." Avtalet mellan de två indikerar att denna mekanism för klimatuppvärmning och syreförlust var en primär orsak till utrotningen. "

Studien bygger på tidigare arbete ledd av Deutsch och visar att när haven blir varmare, marina djurs ämnesomsättning påskyndas, vilket betyder att de kräver mer syre, medan varmare vatten rymmer mindre. Den tidigare studien visar hur varmare hav driver djur bort från tropikerna.

Den nya studien kombinerar de förändrade havsförhållandena med olika djurs metaboliska behov vid olika temperaturer. Resultaten visar att de allvarligaste effekterna av syrebrist är för arter som lever nära polerna.

"Eftersom tropiska organismers metabolism redan var anpassade till ganska varma, lägre syreförhållanden, de kunde flytta bort från tropikerna och hitta samma förhållanden någon annanstans, "Sade Deutsch." Men om en organism var anpassad för förkylning, syrerik miljö, då upphörde dessa förhållanden att existera i de grunda haven."

De så kallade "döda zonerna" som helt saknar syre befann sig mestadels under djup där arterna levde, och spelade en mindre roll i överlevnadsgraden. "I slutet av dagen, det visade sig att storleken på de döda zonerna verkligen inte verkar vara nyckeln till utrotningen, "Sade Deutsch." Vi tänker ofta på anoxi, fullständig syrebrist, som det tillstånd du behöver för att få utbredd obeboelighet. Men när du tittar på toleransen för lågt syre, de flesta organismer kan uteslutas från havsvatten vid syrenivåer som inte är nära anoxiska. "

Uppvärmning som leder till otillräckligt syre förklarar mer än hälften av förlusterna av den marina mångfalden. Författarna säger att andra förändringar, såsom försurning eller förändringar i produktiviteten hos fotosyntetiska organismer, sannolikt fungerat som ytterligare orsaker.

Situationen i slutet av Perm - ökande växthusgaser i atmosfären som skapar varmare temperaturer på jorden - liknar idag.

"Under utsläppsscenarier som vanligt, år 2100 kommer uppvärmningen i övre havet att ha närmat sig 20 procent av uppvärmningen i den sena Perm, och år 2300 kommer den att nå mellan 35 och 50 procent, "Penn sa." Denna studie belyser potentialen för en massutrotning som härrör från en liknande mekanism under antropogena klimatförändringar. "