Studija iz PNAS-a, predvođena stanfordskim istraživačima, pokazuje da je kombinacija povišenih temperatura i smanjenog raspoloživog kiseonika u okeanima bila ključni uzrok Permijsko–Trijaskog masovnog izumiranja pre ~252 miliona godina. Eksperimenti na živim vrstama, analiza >21.000 fizioloških procena i klimatsko modeliranje pokazuju da su organizmi sa jednostavnijom anatomijom (npr. bračiopodi) bili naročito ranjivi jer im je performans brzo opadao pri zagrevanju. Rezultati upozoravaju na relevantne paralele sa današnjim klimatskim promenama i pomažu identifikaciji modernih ugroženih vrsta.
Kako su toplota i manjak kiseonika izazvali „Veliko umiranje“ pre 252 miliona godina
Metabolic differences may explain why clams survived the Great Dying while brachiopods and sea lilies suffered devastating losses. (CREDIT: Wikimedia / AI-Generated / CC BY-SA 4.0)
Pre oko 252 miliona godina, događaji koji su započeli erupcijama u Sibirskoj masi lave promenili su klimu planete i pretvorili okeane u smrtonosno okruženje za većinu morskih organizama. Nova studija predvođena istraživačima sa Stanforda i objavljena u Proceedings of the National Academy of Sciences upotpunjuje objašnjenje tog „Velikog umiranja“: kombinacija povišenih temperatura i smanjenog raspoloživog kiseonika u vodi bila je ključna za izumiranje.
Studying the metabolism of living brachiopods like these collected from San Juan Island, Washington, allowed Stanford researchers to understand how the physiology of the modern fauna and Paleozoic fauna may have differed and how these groups would have been differentially impacted by oxygen and temperature changes during the Permian–Triassic mass extinction. (CREDIT: Erik Sperling)
Permijsko–trijasko izumiranje istreblilo je približno 96% morskih i oko 70% kopnenih vrsta. Međutim, udar nije bio ravnomeran: grupe sa jednostavnijom anatomijom i sporijim metabolizmom, kao što su bračiopodi i krinoidi, pretrpele su znatno veće gubitke nego grupe koje su danas dominantne, poput bivalva, riba i ježinaca.
Representative samples of the modern fauna (left three samples) and the Paleozoic fauna (right four samples). (CREDIT: Sarah Leibovitz)
Šta su istraživači uradili?
Tim je kombinovao laboratorijske eksperimente na živim predstavnicima različitih morskih grupa sa velikim skupovima podataka i klimatskim modelima. U terenskim ispitivanjima (među lokacijama je i arhipelag San Juan u Vašingtonu) istraživači su merili potrošnju kiseonika kod 14 vrsta i uporedili te rezultate sa 24 objavljena podatka i sa više od 21.000 fizioloških procena iz baze OBIS.
Study lead author J. Andres "Andy" Marquez performing experiments at the Hakai Institute, part of the Tula Foundation, based in British Columbia, Canada. (CREDIT: Erik Sperling)
U komorama su mereni pragovi minimalnog kiseonika potrebnog za održavanje mirovanog metabolizma i kako te potrebe rastu sa porastom temperature. Povećanje temperature ubrzava hemijske reakcije u telu, pa raste i metabolizam — ali su „paleozojski tipovi" pokazali strmiji porast potreba za kiseonikom pri istepenom zagrevanju.
Sea urchins in respirometry chambers, which monitor oxygen use (changes in metabolism) as water temperature increases. (CREDIT: Murray Duncan)
Zašto su neke grupe preživele, a druge ne?
Bračiopodi i slični organizmi imaju jednostavniju cirkulaciju i slabije razvijenu muskulaturu, što im omogućava da u hladnijim uslovima opstanu na nižem nivou kiseonika. Međutim, kako temperatura raste, njihova sposobnost snabdevanja tkiva kiseonikom brzo opada. Nasuprot tome, bivalvi (klasifikovani kao modernija fauna) imaju razvijenije respiratorne strukture, snažniju cirkulaciju i mehanizme aktivnog pumpanja vode, pa bolje pokrivaju rastuće potrebe za kiseonikom.
he clam Glycymeris septentrionalis respires the oxygen in a closed-system respirometer from 100% air saturation down to anoxia. (CREDIT: PNAS)
"Naši rezultati pokazuju da su izumiranja bila znatno češća kod grupa koje su ranjivije na porast temperature i smanjenje dostupnosti kiseonika," rekao je prvi autor Jose Andres Marquez.
Istoimenim fiziološkim razlikama dodata su modeliranja klimatskih promena krajem permijuma. Model simulira zagrevanje okeana (u Paleo-Tetidu do oko 11°C) i opšti pad rastvorljivosti kiseonika usled toplije vode i oslabljenog cirkulisanja. Rezultat: veće stope izumiranja kod paleozojskih grupa na svim geografskim širinama, uz intenzivnije gubitke prema polovima — što se podudara sa fosilnim zapisima.
Procene gubitaka: na nivou porodica paleozojska fauna izgubila je oko 79% biodiverziteta, dok je „modernoj“ fauni pripalo oko 27% gubitaka. Ocean acidifikacija, toksičnost sulfida i druge hemijske promene verovatno su dodatno pojačale stres, ali studija ističe da je temperaturno-zavisni manjak kiseonika centralni mehanizam objašnjenja.
Sličnosti sa današnjim promenama klime i posledice
Dogadjaji iz kraja permijuma odvijali su se tokom hiljada godina, sa porastom temperature od oko 8–12°C. Današnje projekcije za kraj veka predviđaju porast od ~1,5–4°C tokom narednih 100–200 godina u scenarijima s većim emisijama — znatno brže, iako manje ukupno u tom veku. Iako fosilni zapis ne daje preciznu mapu za svaku modernu vrstu, studija pomaže da se identifikuju grupe morskih organizama koje bi mogle biti najranjivije na kombinaciju zagrevanja, gubitka kiseonika i zakiseljavanja.
Zaključak: Kombinacija viših temperatura i manjka rastvorljivog kiseonika u moru ponudila je verodostojan fiziološki mehanizam koji objašnjava Veliko umiranje. Razumevanje ovih procesa pomaže naučnicima da bolje predvide koje savremene vrste su u najvećem riziku i naglašava važnost smanjenja emisija kako bi se ublačili slični, budući ekološki prelomi.
Pomozite nam da budemo bolji.
