Η ιστορία του πλανήτη μας είναι γεμάτη από συγκλονιστικές ανατροπές, με κορυφαία τη μυστηριώδη καταστροφή που άλλαξε για πάντα τη μορφή των ωκεανών. Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες πάσχιζαν να καταλάβουν γιατί ορισμένα θαλάσσια είδη αφανίστηκαν εντελώς, ενώ άλλα κατάφεραν να κυριαρχήσουν μέχρι τις μέρες μας. Μια νέα, πρωτοποριακή έρευνα έρχεται τώρα να ρίξει φως στο σκοτεινό αυτό παρελθόν, λύνοντας ένα μυστήριο εκατομμυρίων ετών.
Οι αχιβάδες και τα σαλιγκάρια κυριαρχούν στις σημερινές ακτές επειδή οι αρχαίοι πρόγονοί τους επέζησαν από μια καταστροφή που αφάνισε σχεδόν όλη τη θαλάσσια ζωή.
Τα κοχύλια που είναι διάσπαρτα στις σύγχρονες παραλίες αποτελούν στοιχεία μιας αρχαίας καταστροφής. Οι αχιβάδες και τα σαλιγκάρια είναι κοινά σήμερα, εν μέρει επειδή οι μακρινοί συγγενείς τους επέζησαν από τη χειρότερη μαζική εξαφάνιση ειδών στην ιστορία της Γης, ενώ πολλοί από τους πρώην ανταγωνιστές τους σχεδόν εξαφανίστηκαν. Μια νέα μελέτη υπό την καθοδήγηση του Στάνφορντ βοηθά να εξηγηθεί το γιατί.
Πριν από περίπου 252 εκατομμύρια χρόνια, η Περμιο-Τριαδική μαζική εξαφάνιση αφάνισε το 96% των θαλάσσιων ειδών και το 70% των χερσαίων ζώων. Γνωστό και ως ο «Μεγάλος Θάνατος», αυτό το γεγονός ήταν πολύ πιο καταστροφικό από τη μεταγενέστερη καταστροφή που εξαφάνισε τους μη ιπτάμενους δεινόσαυρους.
Ο λόγος του αφανισμού ορισμένων θαλάσσιων ζώων
Ωστόσο, η κρίση δεν αποδείχθηκε εξίσου θανατηφόρα για κάθε κλάδο της ζωικής ζωής! Ορισμένες ομάδες που κυριαρχούσαν στους ωκεανούς για εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια υπέστησαν καταστροφικές απώλειες, ενώ άλλες άντεξαν και τελικά πήραν τη θέση τους.
Τα βραχιόποδα ήταν ανάμεσα στα μεγαλύτερα θύματα αυτής της καταστροφής!
Αυτά τα οστρακοειδή ζώα μοιάζουν με τις αχιβάδες, αλλά ανήκουν σε μια εντελώς διαφορετική εξελικτική ομάδα.
Πριν από την εξαφάνιση, αποτελούσαν μερικά από τα πιο πολυπληθή πλάσματα στον βυθό της θάλασσας.
Τα κρινοειδή, γνωστά και ως κρίνοι της θάλασσας, καθώς και διάφοροι άλλοι κυρίως ακίνητοι κάτοικοι του βυθού, υπέστησαν επίσης κατακόρυφη πτώση!
Ο μεταβολισμός αποτέλεσε μηχανισμό επιβίωσης
Τα μαλάκια τα πήγαν σημαντικά καλύτερα. Μόνο περίπου τα μισά είδη, όπως οι αχιβάδες και τα σαλιγκάρια, εξαφανίστηκαν. Η επιβίωσή τους βοήθησε να διαμορφωθεί το σκηνικό για τους ωκεανούς που αναγνωρίζουμε σήμερα, όπου τα μαλάκια, τα ψάρια, οι αστερίες και οι αχινοί είναι πολύ πιο κυρίαρχοι από τα βραχιόποδα.
Η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences, καταλήγει στο συμπέρασμα ότι ο μεταβολισμός έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην απόφαση για το ποια ζώα θα επιζούσαν.
Οι πιο ευάλωτες ομάδες ήταν ελάχιστα προετοιμασμένες να διαχειριστούν τον συνδυασμό της ανόδου της θερμοκρασίας και της πτώσης των επιπέδων οξυγόνου που εξαπλώθηκαν στους ωκεανούς κατά τη διάρκεια της εξαφάνισης.
Μελέτη του Πανεπιστημίου Στάνφορντ διαπίστωσε ότι οι εξαφανίσεις ειδών συνέβησαν με υψηλότερους ρυθμούς σε οργανισμούς που ήταν πιο ευάλωτοι στην αύξηση της θερμοκρασίας του νερού και τη μείωση του οξυγόνου. Η έρευνα εξηγεί γιατί τα κοχύλια αχιβάδων και σαλιγκαριών είναι πιο κοινά στις παραλίες σε σχέση με εκείνα των βραχιόποδων.
Η ηφαιστειακή υπερθέρμανση αφαίρεσε το οξυγόνο από τους ωκεανούς. Η περιβαλλοντική κρίση ξεκίνησε με μια ασυνήθιστα έντονη περίοδο ηφαιστειακής δραστηριότητας. Τεράστιες εκρήξεις απελευθέρωσαν διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο και άλλα αέρια που θέρμαναν τον πλανήτη και διατάραξαν τη χημεία των ωκεανών.
Το ζεστό νερό συγκρατεί φυσικά λιγότερο διαλυμένο οξυγόνο από το κρύο νερό. Ταυτόχρονα, η θερμότητα επιταχύνει τις χημικές αντιδράσεις στο σώμα ενός ζώου, αυξάνοντας την ποσότητα οξυγόνου που χρειάζεται. Επομένως, οι θαλάσσιοι οργανισμοί αντιμετώπισαν μια επικίνδυνη, διπλή πίεση: Τα αποθέματα οξυγόνου μειώνονταν ακριβώς τη στιγμή που τα σώματά τους απαιτούσαν περισσότερο.
«Αυτή η μελέτη είναι πραγματικά το τελευταίο καρφί στο φέρετρο για το τι προκάλεσε τη μαζική εξαφάνιση των ειδών κατά την Πέρμια-Τριάσια περίοδο», δήλωσε ο Σπέρλινγκ, κύριος συγγραφέας της μελέτης και αναπληρωτής καθηγητής Γεωλογικών και Πλανητικών Επιστημών στη Σχολή Βιωσιμότητας Doerr του Στάνφορντ.
«Η μεγαλύτερη μαζική εξαφάνιση όλων των εποχών ξεκίνησε από έναν κόσμο που μοιάζει πολύ με τον σημερινό, έχοντας έναν σχετικά ψυχρό και σχετικά καλά οξυγονωμένο ωκεανό, και στη συνέχεια υπήρξε μια γιγαντιαία έγχυση διοξειδίου του άνθρακα στο σύστημα της Γης. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αντέδρασε τότε η Γη και η γήινη βιοποικιλότητα θα μπορούσε να μας προϊδεάσει για το τι πρόκειται να συμβεί».
Δοκιμάζοντας τη φυσιολογία αρχαίων ζωικών ομάδων
Για να κατανοήσουν γιατί ορισμένα ζώα ήταν πιο ευάλωτα, οι ερευνητές κοίταξαν πέρα από τα απολιθώματα. Εξέτασαν πώς οι ζωντανοί αντιπρόσωποι αρχαίων θαλάσσιων ομάδων ανταποκρίνονται στη θερμότητα και το χαμηλό οξυγόνο. Ο μεταβολισμός περιλαμβάνει τις χημικές διεργασίες που χρησιμοποιεί ένας οργανισμός για να παράγει ενέργεια και να παραμείνει ζωντανός.
Κατά τη διάρκεια της Παλαιοζωικής περιόδου, η οποία τελείωσε με τον Μεγάλο Θάνατο, πολλά κοινά ζώα των ωκεανών είχαν αργό μεταβολισμό. Ζούσαν στον πυθμένα της θάλασσας, κινούνταν ελάχιστα έως καθόλου και συνέλεγαν τροφή φιλτράροντας σωματίδια από το γύρω νερό.
Τα βραχιόποδα, τα κρινοειδή (κρίνοι της θάλασσας, συγγενείς των αστεριών) και ορισμένα κοράλλια και θαλάσσιες ανεμώνες ταιριάζουν σε αυτό το γενικό πρότυπο.
Ο τρόπος ζωής τους, που απαιτούσε χαμηλή ενέργεια, λειτουργούσε καλά υπό σταθερές συνθήκες, αλλά τα νέα πειράματα υποδηλώνουν ότι μετατράπηκε σε σοβαρό μειονέκτημα καθώς οι ωκεανοί θερμαίνονταν.
Πώς τα δραστήρια ζώα απέκτησαν πλεονέκτημα
Τα ζώα που κυριάρχησαν μετά την εξαφάνιση έτειναν να είναι πιο κινητικά, μυώδη και μεταβολικά ενεργά. Τα ψάρια αποτελούν το πιο σαφές παράδειγμα, αλλά η αλλαγή ευνόησε επίσης τα σαλιγκάρια, τους αχινούς και τα δίθυρα, όπως οι αχιβάδες, τα στρείδια και τα μύδια.
Τα δίθυρα έχουν συχνά βαρύτερα σώματα και ένα μυώδες «πόδι» που τους επιτρέπει να σέρνονται, να σκάβουν ή να αγκυροβολούν. Η υποστήριξη αυτού του επιπλέον ιστού απαιτεί περισσότερη ενέργεια σε σχέση με τα σχετικά απλά σώματα των βραχιόποδων.
«Γι’ αυτό τρώμε σουπάδα με αχιβάδες (clam chowder) και δεν τρώμε σουπάδα με βραχιόποδα», δήλωσε ο Σπέρλινγκ. «Τα βραχιόποδα δεν έχουν σχεδόν καθόλου κρέας».
Η απροσδόκητη αδυναμία των αργών μεταβολισμών
Αυτή η διαφορά μπορεί να φαίνεται μειονεκτική, επειδή τα δραστήρια ζώα απαιτούν περισσότερο οξυγόνο ακόμη και υπό κανονικές συνθήκες. Ωστόσο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα σώματά τους ήταν επίσης καλύτερα προετοιμασμένα να αυξήσουν την πρόσληψη οξυγόνου όταν ανέβαιναν οι θερμοκρασίες.
Η ομάδα συνέλεξε ζώα που αντιπροσωπεύουν τόσο τις παλαιοζωικές όσο και τις σύγχρονες θαλάσσιες κοινότητες, συμπεριλαμβανομένων βραχιόποδων από τα νησιά Σαν Χουάν της πολιτείας Ουάσινγκτον.
Στους σταθμούς πεδίου και στο εργαστήριο του Σπέρλινγκ στο Στάνφορντ, οι ερευνητές τοποθέτησαν τα ζώα σε θαλάμους και μέτρησαν πόσο οξυγόνο κατανάλωναν καθώς άλλαζαν οι θερμοκρασίες του νερού.
Τα πειράματα αποκάλυψαν έναν απροσδόκητο συμβιβασμό. Τα βραχιόποδα και άλλα ζώα με αργό μεταβολισμό μπορούσαν να επιβιώσουν σε νερό με χαμηλό οξυγόνο, το οποίο θα προκαλούσε ασφυξία σε πολλά σύγχρονα θαλάσσια είδη.
Όμως το πλεονέκτημά τους εξαφανίστηκε καθώς το νερό θερμαινόταν. Καθώς οι θερμοκρασίες αυξάνονταν, οι απαιτήσεις τους σε οξυγόνο αυξάνονταν πολύ πιο απότομα.
Ο αργός μεταβολισμός τους, οι περιορισμένοι μύες και οι αναπνευστικές τους δομές δεν μπορούσαν να παρέχουν αρκετό οξυγόνο για να συμβαδίσουν με τις ανάγκες τους.
Φτιαγμένα για να επιβιώσουν σε έναν ωκεανό που θερμαίνεται
Τα σύγχρονα ζώα ξεκίνησαν με υψηλότερες ανάγκες σε οξυγόνο, αλλά οι πιο δυνατοί μύες και τα βράγχιά τους τους έδωσαν μεγαλύτερη ικανότητα να ανταποκριθούν όταν η υπερθέρμανση ώθησε αυτές τις ανάγκες ακόμη υψηλότερα.
Με άλλα λόγια, τα παλαιοζωικά ζώα ήταν εξαιρετικά αποτελεσματικά υπό ψυχρές, σταθερές συνθήκες, αλλά είχαν ελάχιστα περιθώρια προσαρμογής όταν το περιβάλλον τους άλλαζε.
Τα πιο δραστήρια ζώα κατανάλωναν περισσότερη ενέργεια, ωστόσο διέθεταν επίσης τον βιολογικό εξοπλισμό που χρειαζόταν για να επιβιώσουν σε έναν ραγδαία θερμαινόμενο ωκεανό.
«Η υπερθέρμανση και η απώλεια οξυγόνου είναι οι βασικοί μοχλοί», δήλωσε ο Σπέρλινγκ.
Καλύπτοντας ένα κρίσιμο κενό στην έρευνα για την εξαφάνιση των ειδών
Το έργο αυτό βασίζεται σε μια μελέτη του 2018 από ερευνητές των πανεπιστημίων Πρίνστον και Στάνφορντ, συμπεριλαμβανομένου του Σπέρλινγκ και του συν-συγγραφέα Τζον Πέιν.
Εκείνη η έρευνα χρησιμοποίησε κλιματικές προσομοιώσεις, πρότυπα απολιθωμάτων και φυσιολογικά μοντέλα για να δείξει ότι η υπερθέρμανση και η απώλεια οξυγόνου θα μπορούσαν να εξηγήσουν σε μεγάλο βαθμό τη σφοδρότητα και τη γεωγραφική κατανομή του Μεγάλου Θανάτου. Ωστόσο, οι φυσιολογικές μετρήσεις που ήταν διαθέσιμες εκείνη την εποχή προέρχονταν κυρίως από σύγχρονα ψάρια και καρκινοειδή.
Αυτά τα εμπορικά σημαντικά ζώα δεν ήταν κατάλληλα για να αντιπροσωπεύσουν τα βραχιόποδα, τα κρινοειδή και άλλες ομάδες που υπέστησαν τις πιο καταστροφικές απώλειες.
«Στη νέα μας μελέτη, καλύψαμε αυτό το κενό σχετικά με τη φυσιολογία της παλαιοζωικής πανίδας για να δούμε αν θα μπορούσαμε να εξηγήσουμε όχι μόνο τη βιογεωγραφία της εξαφάνισης, αλλά και την ταξινομική επιλεκτικότητα της εξαφάνισης», δήλωσε ο Σπέρλινγκ.
Πώς ο μεγάλος θάνατος αναδιαμόρφωσε τη θαλάσσια ζωή
Τα αποτελέσματα παρέχουν μια βιολογική εξήγηση για μία από τις μεγαλύτερες ανατροπές στην ιστορία της ζωικής ζωής. Πριν από τον Μεγάλο Θάνατο, τα βραχιόποδα ξεπερνούσαν σε αριθμό τα δίθυρα. Σήμερα, απομένουν μόνο περίπου 400 είδη βραχιόποδων, ενώ υπολογίζεται ότι 10.000-15.000 είδη διθύρων κατοικούν σε θαλάσσια περιβάλλοντα και περιβάλλοντα γλυκού νερού.
Ο Σπέρλινγκ συνέκρινε αυτή τη μεταμόρφωση με την εξαφάνιση των μη ιπτάμενων δεινοσαύρων πριν από 65 εκατομμύρια χρόνια, «όπου τα θηλαστικά ουσιαστικά ανέλαβαν τα ηνία και δεν παρέδωσαν ποτέ ξανά αυτή την οικολογική θέση στα ερπετά».
Ο Μεγάλος Θάνατος έκανε κάτι παρόμοιο στους ωκεανούς. Αφάνισε πολλά από τα ζώα που είχαν καθορίσει τους παλαιοζωικούς πυθμένες και άνοιξε οικολογικό χώρο για τα μαλάκια και άλλους επιζώντες.
Τα απολιθώματα δείχνουν ότι αυτή η μετατόπιση από τις κοινότητες που κυριαρχούνταν από βραχιόποδα προς εκείνες που κυριαρχούνταν από μαλάκια συνέβη γύρω από το όριο Πέρμιας-Τριάσιας περιόδου και βοήθησε στη διαμόρφωση των σύγχρονων θαλάσσιων οικοσυστημάτων.
Οι αλλαγές των αρχαίων ωκεανών φέρουν μια σύγχρονη προειδοποίηση
Η οξίνιση των ωκεανών ενδέχεται επίσης να επιδείνωσε την κρίση. Το διοξείδιο του άνθρακα που εισέρχεται στο θαλασσινό νερό αλλάζει τη χημεία του και δυσκολεύει ορισμένα ζώα να χτίσουν και να διατηρήσουν τα κοχύλια τους.
Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η οξίνιση πιθανώς συνέβαλε στην εξαφάνιση, αλλά δεν ήταν σχεδόν τόσο καταστροφική όσο οι συνδυασμένες επιπτώσεις της θερμότητας και της απώλειας οξυγόνου.
Η ομάδα του Στάνφορντ σχεδιάζει τώρα να δοκιμάσει επιπλέον θαλάσσιες ομάδες και να διερευνήσει πώς αλληλεπιδρούν η υπερθέρμανση, η μείωση του οξυγόνου και η οξίνιση. Και οι τρεις αυτές πιέσεις αυξάνονται σε τμήματα του σύγχρονου ωκεανού.
Η σύγκριση με το παρόν δεν είναι απόλυτη. Ο Μεγάλος Θάνατος εξελίχθηκε σε διάστημα χιλιάδων ετών και περιελάμβανε ηφαιστειακή δραστηριότητα σε κλίμακα που δεν μοιάζει με τίποτα από όσα συμβαίνουν σήμερα. Παρόλα αυτά, το υποκείμενο βιολογικό πρόβλημα είναι γνώριμο: το θερμαινόμενο νερό μεταφέρει λιγότερο οξυγόνο, ενώ αναγκάζει τα ζώα να καταναλώνουν περισσότερο από αυτό.
Πόσο κοντά μπορεί να φτάσει η σημερινή υπερθέρμανση;
«Τα κακά νέα είναι ότι βρισκόμαστε σε τροχιά για επίπεδα υπερθέρμανσης αντίστοιχα με εκείνα της Πέρμιας-Τριάσιας περιόδου, στα σενάρια των χειρότερων προβλέψεων», δήλωσε ο Σπέρλινγκ.
Οι θερμοκρασίες αυξήθηκαν κατά 8-12° Κελσίου (14,4-21,6° Φαρενάιτ) κατά τη διάρκεια του Μεγάλου Θανάτου. Αυτή η αύξηση σημειώθηκε σε διάστημα χιλιάδων ετών. Οι σύγχρονες προβλέψεις δείχνουν ότι οι θερμοκρασίες θα μπορούσαν να αυξηθούν κατά 1,5-4° Κελσίου (2,7-7,2° Φαρενάιτ) πάνω από τα προβιομηχανικά επίπεδα έως το 2100, συμπυκνώνοντας μια σημαντική περιβαλλοντική αλλαγή σε μόλις 100-200 χρόνια.
«Τα καλά νέα είναι ότι βρισκόμαστε ακόμα στο σημείο όπου μπορούμε να αλλάξουμε τα πράγματα και να κάνουμε κάτι γι’ αυτό».
