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Ist das Leben im offenen Ozean homogen verteilt?

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Offensichtlich um Landmassen oder in seichtem Wasser, wo Riffe und Korallen wachsen können, ist das Leben vielfältig und zahlreich. Aber wie verbreitet ist das Meeresleben im offenen Ozean (zum Beispiel auf halbem Weg zwischen Hawaii und Kalifornien), wo es für Hunderte oder Tausende von Meilen keine Landmasse oder geringe Tiefen gibt?

Existiert Leben in Clustern mit großen Streifen ozeanischer Wüste dazwischen oder ist es relativ homogen verteilt?


Dies ist eine teilweise Antwort, aber hier ist eine Karte, die die Chloryphyldichte verwendet, um die globale Verteilung des Meereslebens zu kartieren. Wie zu erwarten, befinden sich die meisten in Küstenregionen, aber Sie können auch einige ziemlich unterschiedliche Zonen im offenen Ozean sehen, mit mehr Primärproduktion anscheinend in den nördlichen und südlichen Breiten. Ich bin mir nicht sicher, wie stark diese Kartenprojektion scheinbare Entfernungen verzerrt, aber sie sollte Ihnen eine Vorstellung geben.

Hier habe ich diese Karte gefunden.

Und hier ist einer der Links, auf die sie verweisen, die weitere Ressourcen zu bieten scheinen.


Ein uralter „Großer Sprung nach vorn“ für das Leben im offenen Ozean

Es wurde lange geglaubt, dass das Auftreten von komplexem vielzelligem Leben gegen Ende des Präkambriums (das geologische Intervall, das bis vor 541 Millionen Jahren dauerte) durch eine Zunahme des Sauerstoffs erleichtert wurde, wie aus den geologischen Aufzeichnungen hervorgeht. Es ist jedoch ein Rätsel geblieben, warum der Sauerstoff zu dieser Zeit zugenommen hat und in welcher Beziehung er zur „Schneeballerde“ stand – den extremsten klimatischen Veränderungen, die die Erde je erlebt hat – die ebenfalls zu dieser Zeit stattfanden.

Diese neue Studie zeigt, dass es tatsächlich sein könnte, was zu diesem Zeitpunkt mit Stickstoff geschah, das zur Lösung des Rätsels beiträgt.

Die Forscher unter der Leitung von Dr. Patricia Sanchez-Baracaldo von der Universität Bristol nutzten genomische Daten, um die Beziehungen zwischen den Cyanobakterien zu rekonstruieren, deren Photosynthese im offenen Ozean Sauerstoff in ausreichenden Mengen lieferte, um für die Entwicklung des komplexen Lebens auf der Erde grundlegend zu sein.

Einige dieser Cyanobakterien waren auch in der Lage, atmosphärischen Stickstoff in ausreichenden Mengen in bioverfügbaren Stickstoff umzuwandeln, um zum marinen Stickstoffkreislauf beizutragen und dem Ökosystem „Stickstoffdünger“ zu liefern.

Mit molekularen Techniken konnte das Team den Zeitpunkt, an dem diese Arten erstmals in den geologischen Aufzeichnungen auftauchten, vor etwa 800 Millionen Jahren datieren.

Dr. Sanchez-Baracaldo, Dorothy Hodgkin Research Fellow der Royal Society an den Schools of Biological and Geographical Sciences in Bristol, sagte: „Wir wissen, dass sauerstoffhaltige Photosynthese – der Prozess, bei dem Mikroben Kohlendioxid in Kohlenhydrate binden, Wasser spalten und Sauerstoff als Nebenprodukt freisetzen. Produkt – erstmals vor mehr als 2,3 Milliarden Jahren in Süßwasserhabitaten entwickelt, aber erst vor etwa 800 Millionen Jahren konnten diese sauerstoffreichen Cyanobakterien die riesigen Ozeane (zwei Drittel unseres Planeten) besiedeln und mit ausreichend bioverfügbarem Stickstoff gedüngt werden um dann Sauerstoff – und Kohlenhydrat-Nahrung – auf einem Niveau zu produzieren, das hoch genug ist, um den nächsten „großen Sprung nach vorne“ in Richtung komplexes Leben zu ermöglichen.

"Unsere Studie legt nahe, dass es möglicherweise die Fixierung dieses Stickstoffdüngers in den Ozeanen zu dieser Zeit war, die in diesem Schlüsselmoment in der Evolution des Lebens auf der Erde eine entscheidende Rolle gespielt hat."

Co-Autor Professor Andy Ridgwell sagte: „Der Zeitpunkt der Ausbreitung von Stickstofffixierern im offenen Ozean erfolgt kurz vor der globalen Vergletscherung und dem Auftreten von Tieren. Obwohl weitere Arbeiten erforderlich sind, können diese evolutionären Veränderungen durchaus mit und lieferte vielleicht einen Auslöser für das Auftreten extremer Vergletscherungen um diese Zeit, da Kohlenstoff jetzt in viel größerem Maßstab in den Sedimenten vergraben wurde."

Dr. Sanchez-Baracaldo fügte hinzu: „Es ist sehr aufregend, mit modernsten genetischen Techniken ein uraltes Rätsel über einen der wichtigsten und entscheidenden Momente in der Evolution des Lebens auf der Erde lösen zu können haben genomische Daten dazu beigetragen, die Geschichte der Ursprünge des Lebens mit zunehmender Klarheit und Genauigkeit nachzuerzählen. Es ist ein Privileg, zu unserem Verständnis darüber beizutragen, wie Mikroorganismen dazu beigetragen haben, unseren Planeten bewohnbar zu machen."


Zusammenfassung

Meeresströmungen haben viele tiefgreifende Auswirkungen auf das Meeresleben, indem sie nicht nur Tiere und Pflanzen im Ozean bewegen, sondern auch Wärme und Nährstoffe umverteilen. Während einige dieser Auswirkungen seit vielen Jahrzehnten bekannt sind, gab es in letzter Zeit bedeutende Entwicklungen in diesem Bereich. Biologen arbeiten zunehmend mit physikalischen Ozeanographen zusammen. Gleichzeitig haben sich die Methoden zur genauen Vorhersage von Meeresströmungen und ihrer Variabilität über ein breites Spektrum räumlicher und zeitlicher Skalen verbessert. Aus diesen Initiativen geht ein Verständnis dafür hervor, wie sich Strömungen auf die Konnektivität von Meerespopulationen auswirken, wie sie die Migration starker Schwimmer, einschließlich Wale und Schildkröten, beeinflussen und wie sich ändernde Strömungen als Teil des globalen Klimawandels ganze Gemeinschaften verändern können.


Meeresgemeinschaften

Laden Sie diese Illustrationen von Meeresgemeinschaften herunter und drucken Sie sie aus, um mehr über die Organismen zu erfahren, die in verschiedenen Meeresumgebungen leben.

Biologie, Geowissenschaften, Ozeanographie

Dieser Satz von Illustrationen von Meeresgemeinschaften kann als visuelle Hilfe während des formellen oder informellen Unterrichts verwendet werden, während der Meeresbereich unterrichtet wird. Von jeder Illustration gibt es drei Versionen:

  • unbeschriftete Abbildung
  • betitelte, unbeschriftete Abbildung
  • betitelte, beschriftete Abbildung

Die drei verschiedenen Versionen wurden entwickelt, um Materialien bereitzustellen, die den Bedürfnissen jeder Bildungssituation am besten entsprechen.

Verschiedene Bereiche des Ozeans können als verschiedene Arten von marinen Ökosystemen klassifiziert werden. Ein Ökosystem ist definiert als "eine Gemeinschaft und die Interaktionen von lebenden und nicht lebenden Dingen in einem Gebiet". Meeresökosysteme haben unterschiedliche Organismen und Eigenschaften, die aus der einzigartigen Kombination physikalischer Faktoren resultieren, die sie erzeugen. Meeresökosysteme umfassen: die abgrundtiefe Ebene (Gebiete wie Tiefseekorallen, Walfälle und Solebecken), Polarregionen wie die Antarktis und Arktis, Korallenriffe, die Tiefsee (wie die Gemeinschaft in der abgründigen Wassersäule), hydrothermale Quellen, Seetangwälder, Mangroven, das offene Meer, felsige Küsten, Salzwiesen und Wattenmeer sowie Sandstrände.

Die Hydrosphäre verbindet alle Süß- und Salzwassersysteme. Der Salzgehalt oder der hohe Salzgehalt und die globale Zirkulation unterscheiden marine Ökosysteme von anderen aquatischen Ökosystemen. Andere physikalische Faktoren, die die Verteilung mariner Ökosysteme bestimmen, sind Geologie, Temperatur, Gezeiten, Lichtverfügbarkeit und Geographie.

Einige marine Ökosysteme sind sehr produktiv. Küstennahe Regionen, darunter Flussmündungen, Salzwiesen und Mangrovenwälder, sind voller Leben. Andere, wie die abgrundtiefe Ebene auf dem Grund des Ozeans, enthalten weit voneinander verstreute Lebensräume. Einige marine Ökosysteme, wie die Tiefsee, befinden sich in ständiger Dunkelheit, in der keine Photosynthese stattfinden kann. Andere Ökosysteme, wie felsige Küsten, unterliegen täglich extremen Veränderungen der Temperatur, der Lichtverfügbarkeit, des Sauerstoffgehalts und anderer Faktoren. Die Organismen, die verschiedene Meeresökosysteme bewohnen, sind so vielfältig wie die Ökosysteme selbst. Sie müssen stark an die physikalischen Bedingungen des Ökosystems, in dem sie leben, angepasst sein. Organismen, die in der Tiefsee leben, haben sich beispielsweise an die Dunkelheit angepasst, indem sie ihre eigene Lichtquelle geschaffen haben – Photophoren sind Zellen an ihrem Körper, die aufleuchten, um Beute oder potenzielle Partner anzuziehen. Viele Teile des Ozeans sind noch unerforscht und es gibt noch viel zu lernen über marine Ökosysteme.


Warum sind Meeresumwelten wichtig?

Die Meeresumwelt ist aus mehreren Gründen für den gesamten Planeten von entscheidender Bedeutung. Erstens, obwohl die Schätzungen variieren, ist man sich weitgehend einig, dass marine Photosynthesegeräte, vor allem winziges Phytoplankton, über 50 Prozent des Sauerstoffs der Welt erzeugen. Dies bedeutet, dass die Gesundheit dieser Meeresorganismen ein wesentlicher Bestandteil der anhaltenden Atmungsaktivität und Temperatur der Erde ist. Sie binden auch Kohlendioxid, das Treibhausgas, während der Photosynthese. Wenn diese Ökosysteme zerstört werden, werden Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt, was die globale Erwärmung beschleunigt.

Als ob dies nicht entscheidend genug wäre, gibt es noch weitere Gründe, warum die Meeresumwelt wichtig ist. Sie helfen, das Klima und die Wettersysteme des Planeten zu regulieren, und die Erwärmung der Ozeane kann zu einem höheren Auftreten von extremen Wetterereignissen wie Hurrikanen und Tsunamis führen, die oft tödlich sind, und den Wetterereignissen El Niño und La Niña, die in Asien Hungersnöte verursachen und pazifische Länder wie Timor-Leste.

Die Verschlechterung der Meeresumwelt gefährdet tatsächlich die 40 Prozent der globalen Gemeinschaften, die an der Küste leben. Ökosysteme an Küsten, wie Mangroven, bieten oft Hochwasser- und Sturmschutz für benachbarte menschliche Siedlungen. Die Zerstörung der Meeresumwelt kann die Lebensgrundlage der Menschen zerstören. Dies gilt für die Fischer- und Tourismusindustrie, wie diejenigen, die an Meereswundern wie dem Great Barrier Reef verankert sind, von denen über die Hälfte an den steigenden Meerestemperaturen gestorben ist. Noch alarmierender sind die Inselstaaten, die verschluckt werden könnten, wenn die globale Erwärmung die Eiskappen schmilzt und der Meeresspiegel ansteigt ungeprüft.


Ozeanische Totzonen breiten sich weiter aus

Weitere schlechte Nachrichten für die Weltmeere: Tote Zonen und Mdashares des Grundwassers sind zu sauerstoffarm, um das meiste Ozeanleben zu unterstützen.

Laut einer neuen Studie in Wissenschaft, dem Rest der Welt ergeht es nicht besser&mdashes gibt heute weltweit 405 identifizierte Totzonen, gegenüber 49 in den 1960er Jahren&mdass die größte Totzone der Welt nach wie vor die Ostsee ist, deren Grundwasser jetzt das ganze Jahr über an Sauerstoff mangelt.

Das ist keine kleine wirtschaftliche Angelegenheit. Ein einziges Ereignis mit niedrigem Sauerstoffgehalt (wissenschaftlich als Hypoxie bekannt) vor den Küsten des Staates New York und New Jersey im Jahr 1976, das nur 1.000 Quadratkilometer Meeresboden bedeckte, kostete die kommerzielle und Freizeitfischerei in der Region mehr als 500 US-Dollar Million. Nach derzeitigem Stand gehen jedes Jahr etwa 83.000 Tonnen (75.000 Tonnen) Fisch und anderes Meeresleben in der Totzone der Chesapeake Bay verloren - und das ist genug, um ein Jahr lang die Hälfte des kommerziellen Krabbenfangs zu ernähren.

"Mehr als 212.000 Tonnen [235.000 Tonnen] Nahrung gehen im Golf von Mexiko durch Hypoxie verloren", sagt der Meeresbiologe Robert Diaz vom College of William & Mary in Williamsburg, Virginia, der zusammen mit dem Meeresökologen Rutger die toten Zonen untersuchte Rosenberg von der Universität Göteborg in Schweden. »Das reicht aus, um 75 Prozent der durchschnittlichen Nordseegarnelenernte aus dem Golf von Louisiana zu ernähren. Wenn es keine Hypoxie gäbe und es so viel mehr Nahrung gäbe, würden die Garnelen und Krabben dann nicht glücklicher sein? Sie wären sicherlich dicker."

Nur wenige tote Zonen haben sich jemals erholt, wie das Schwarze Meer, das sich in den 1990er Jahren mit dem Zusammenbruch der Sowjetunion und einem massiven Rückgang des Düngemittelabflusses von Feldern in Russland und der Ukraine schnell erholte. Dünger enthält große Mengen Stickstoff und läuft von landwirtschaftlichen Feldern ins Wasser und in Flüsse und schließlich in die Ozeane.

Dieser Düngerabfluss trägt nicht zu mehr Mais oder Weizen bei, sondern ernährt massive Algenblüten in den Küstenmeeren. Diese Algen sterben ihrerseits ab und sinken zu Boden, wo sie von Mikroben verzehrt werden, die dabei Sauerstoff verbrauchen. Mehr Algen bedeuten mehr Sauerstoffverbrennung und damit weniger Sauerstoff im Wasser, was zu einer massiven Flucht von Fischen, Krebstieren und anderen Meeresbewohnern, die sich umsiedeln können, sowie zum Massensterben von unbeweglichen Kreaturen wie Muscheln oder anderen Meeresböden -Bewohner. Und dann übernehmen die Mikroben, die in sauerstofffreien Umgebungen gedeihen, und bilden riesige Bakterienmatten, die Schwefelwasserstoff produzieren, ein giftiges Gas.

„Der Hauptschuldige in der Meeresumwelt ist Stickstoff, und heute ist die Landwirtschaft der größte Stickstofflieferant für Meeressysteme. Es ist überall auf der Welt das gleiche Szenario“, sagt Diaz. „Bauern tun es nicht mit Absicht. Sie würden es vorziehen, es auf dem Land kleben zu lassen."

Neben Düngemitteln ist der weitere Hauptschuldige der Verbrauch fossiler Brennstoffe. Beim Verbrennen von Benzin und Diesel entstehen smogbildende Stickoxide, die sich später auflösen, wenn Regen den Stickstoff vom Himmel und schließlich ins Meer spült.

Technologische Verbesserungen wie Elektro- oder Wasserstoffautos könnten dieses Problem lösen, aber die landwirtschaftliche Frage ist schwieriger. "Stickstoff ist sehr rutschig, es ist sehr schwierig, ihn an Land zu halten", bemerkt Diaz. "Wir müssen eine Technologie finden, um zu verhindern, dass Stickstoff den Boden verlässt."

Oder Landwirte können den Gesamtstickstoffbedarf durch den Einsatz neuer Biotechnologien reduzieren, wie beispielsweise die von Arcadia Biosciences angebotenen Verbesserungen der Stickstoffnutzungseffizienz (NUE). Durch die Manipulation von Pflanzen, um ein Gen zu überexprimieren, das es den Wurzeln ermöglicht, mehr Stickstoff aufzunehmen, haben die Wissenschaftler von Arcadia gezeigt, dass "NUE-Pflanzen den gleichen Ertrag mit halb so viel Dünger produzieren können", sagt Präsident und CEO Eric Rey. "Bei Raps haben wir eine Reduzierung um zwei Drittel festgestellt."

Saatgut mit dieser Technologie wurde bereits an die Agrargiganten Monsanto Company und Dupont's Pioneer Hi-Bred International im Fall von Raps bzw. Mais lizenziert und sogar Grassaatgut von Scotts Miracle-Gro Company könnte es eines Tages verwenden. Obwohl Feldversuche in den letzten vier Jahren die Wirksamkeit der genetischen Veränderungen bewiesen haben, bedeuten weitere Tests und staatliche Genehmigungen, dass solche Pflanzen nicht vor 2012 angebaut werden.

"Es ist ein großer wirtschaftlicher Vorteil für die Landwirte, wenn sie nur halb so viel Stickstoff verwenden, und hat einen großen positiven Einfluss auf den Stickstoffabfluss in die Wasserwege", sagt Rey und hofft, dass dieses Produkt so schnell angenommen wird wie herbizidresistente Pflanzen, die nur fünf Jahre von der Einführung im Jahr 1998 bis zu fast 70 Prozent des in den USA angebauten Maises, und jetzt sind es fast 90 Prozent. "Eine vernünftige Erwartung ist, dass es möglicherweise bis 2018 einen dramatischen Rückgang geben wird."

Aber das kann das Totzonenproblem noch nicht lösen. So viel Stickstoff erreicht jetzt diese Küstengewässer, dass ein Großteil davon im Sediment vergraben wird, sagt Diaz, selbst wenn neue Stickstoffquellen entfernt werden, setzen diese Sedimente diesen Stickstoff im Laufe der Zeit frei und setzen den Kreislauf fort.

Diese Unfähigkeit, sich zu erholen, wird nicht nur durch den im Sediment vergrabenen Stickstoff getrieben, sondern auch durch Wasserschichten, die sich trotz der massiven Strömung von Flüssen wie dem Mississippi nicht miteinander vermischen. Stattdessen sitzt wärmeres, frischeres Wasser an der Oberfläche auf kühlerem, dichterem, salzigerem Wasser und es braucht die Energie mehrerer starker Hurrikane, um die beiden zu vermischen.

Als zum Beispiel der Hurrikan Katrina mit seinen starken Winden, die schneller als 210 Kilometer pro Stunde wehten, über die Küste von Louisiana hinwegbrauste, brachte der monströse tropische Sturm einen Vorteil: Er vermischte das warme, sauerstoffreiche Oberflächenwasser mit dem kälteren, darunter fast sauerstofffreies Wasser, das eine Zeitlang die größte tote Zone in den USA zerstreut. Hurrikan Rita folgte und beendete die Arbeiten, wodurch die saisonale Totzone, die sich jedes Jahr an der Mündung des Mississippi bildet, vorzeitig beendet wurde.

Diese tote Zone, die sich letztes Jahr über etwa 22.000 Quadratkilometer erstreckte, eine Fläche von der Größe von New Jersey, und wird voraussichtlich 2008 dank der Überschwemmungen im Frühsommer aufgrund der reichen Stickstofffracht und Phosphor, den der Mississippi von den Farmfeldern des Mittleren Westens der USA trägt.

Auf Hurrikane zu hoffen ist weder beliebt noch sinnvoll, deshalb erwägen Wissenschaftler in den Ostseestaaten verzweifelt nach Lösungen, sogenannte Geoengineering-Optionen: groß angelegte menschliche Eingriffe in natürliche Systeme. In diesem Fall würde Luft in einige der kleineren Buchten geblasen, um zu beurteilen, was passiert. "Wenn Sie sich landwirtschaftliche Teiche ansehen, können Sie sie belüften, um Sauerstoffmangel zu vermeiden", sagt Diaz. »Aber das ist ein Teich. Wir sprechen über offene Systeme mit Gezeiten. Das Wasser bleibt nicht nur da."

Letztendlich kann es Revolutionen in der Landwirtschaft und im Transportwesen sowie die Energie von Hurrikanen erfordern, um Leben in tote Zonen zurückzubringen. "Wenn man eine tote Zone nicht mit der Energie eines Hurrikans mischen kann", fügt Diaz hinzu, "kann ich nicht sehen, wie Geoengineering das machen soll."


Wie ein Körper, der von den Toten aufersteht, erwachte die Biologie um 1400 wieder zum Leben. Dies war der Beginn der Renaissance in Europa. Es markierte das Ende des Frühmittelalters und den Beginn einer neuen Gelehrsamkeit. Kunst, Bücher und Wissenschaft wurden alle wieder populär. Biologen konzentrierten sich während dieser Zeit darauf, mehr über den menschlichen Körper zu lernen. Das bedeutete, Tote zu studieren.

Während der Renaissance in Europa sezierten Biologen den menschlichen Körper, um herauszufinden, wie er funktioniert. Klicken um zu vergrößern.

Die Sektion war eine der wichtigsten Methoden, mit denen Biologen die Funktionsweise des Körpers entdeckten. Sie legten eine Leiche auf einen Tisch und schnitten sie auf. Auf diese Weise könnten sie alles sehen, was Menschen herumlaufen lässt. Nicht viele Menschen hatten zuvor das Innere des menschlichen Körpers untersucht. Jetzt sahen sie Venen, Nerven, Knochen und Muskeln. Biologen haben alles durchstöbert. Danach zeichneten sie Bilder von dem, was sie fanden. Dies half ihnen zu verstehen, wie alles zusammenhängt.


Uralter 'Großer Sprung nach vorn' für das Leben im offenen Ozean

Es wird seit langem angenommen, dass das Auftreten von komplexem vielzelligem Leben gegen Ende des Präkambriums (das geologische Intervall, das bis vor 541 Millionen Jahren dauerte) durch eine Zunahme des Sauerstoffs begünstigt wurde, wie aus den geologischen Aufzeichnungen hervorgeht. Es ist jedoch ein Rätsel geblieben, warum der Sauerstoff zu dieser bestimmten Zeit zugenommen hat und in welcher Beziehung die ‘Schneeballerde’&ndash die extremsten klimatischen Veränderungen stand, die die Erde je erlebt hat &ndash, die ebenfalls zu dieser Zeit stattfanden.

Diese neue Studie zeigt, dass es tatsächlich sein könnte, was zu diesem Zeitpunkt mit Stickstoff geschah, das zur Lösung des Rätsels beiträgt.

Die Forscher unter der Leitung von Dr. Patricia Sanchez-Baracaldo von der Universität Bristol nutzten genomische Daten, um die Beziehungen zwischen den Cyanobakterien zu rekonstruieren, deren Photosynthese im offenen Ozean Sauerstoff in ausreichenden Mengen lieferte, um für die Entwicklung des komplexen Lebens auf der Erde grundlegend zu sein.

Einige dieser Cyanobakterien waren auch in der Lage, atmosphärischen Stickstoff in ausreichenden Mengen in bioverfügbaren Stickstoff umzuwandeln, um zum marinen Stickstoffkreislauf beizutragen und dem Ökosystem „Stickstoffdünger“ zu liefern.

Mit molekularen Techniken konnte das Team den Zeitpunkt, an dem diese Arten erstmals in den geologischen Aufzeichnungen auftauchten, vor etwa 800 Millionen Jahren datieren.

Dr. Sanchez-Baracaldo, Dorothy Hodgkin Research Fellow der Royal Society an den Schools of Biological and Geographical Sciences in Bristol, sagte: „Wir wissen, dass sauerstoffhaltige Photosynthese der Prozess ist, bei dem Mikroben Kohlendioxid in Kohlenhydrate binden, Wasser spalten und Sauerstoff freisetzen -Produkt &ndash entwickelte sich erstmals vor mehr als 2,3 Milliarden Jahren in Süßwasserhabitaten. Aber erst vor etwa 800 Millionen Jahren konnten diese sauerstoffreichen Cyanobakterien die riesigen Ozeane (zwei Drittel unseres Planeten) besiedeln und mit genügend bioverfügbarem Stickstoff gedüngt werden, um dann Sauerstoff und Kohlenhydratnahrung zu produzieren, die hoch genug sind, um erleichtern den nächsten ‘großen Sprung nach vorne’ in Richtung komplexes Leben.

"Unsere Studie legt nahe, dass es zu dieser Zeit möglicherweise die Fixierung dieses Stickstoffdüngers in den Ozeanen war, der in diesem Schlüsselmoment in der Evolution des Lebens auf der Erde eine entscheidende Rolle spielte."

Co-Autor Professor Andy Ridgwell sagte: „Der Zeitpunkt der Ausbreitung von Stickstofffixierern im offenen Ozean findet kurz vor der globalen Vergletscherung und dem Auftreten von Tieren statt. Obwohl weitere Arbeiten erforderlich sind, könnten diese evolutionären Veränderungen durchaus mit dem Auftreten einer extremen Vergletscherung um diese Zeit in Verbindung gebracht und vielleicht einen Auslöser dafür gewesen sein, da Kohlenstoff jetzt in viel größerem Maßstab in den Sedimenten vergraben wurde."

Dr. Sanchez-Baracaldo fügte hinzu: „Es ist sehr aufregend, mit modernsten genetischen Techniken ein uraltes Rätsel über einen der wichtigsten und entscheidenden Momente in der Evolution des Lebens auf der Erde lösen zu können. In den letzten Jahren haben genomische Daten dazu beigetragen, die Geschichte der Ursprünge des Lebens immer klarer und genauer zu erzählen. Es ist ein Privileg, zu unserem Verständnis darüber beizutragen, wie Mikroorganismen dazu beigetragen haben, unseren Planeten bewohnbar zu machen."

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Wasserwelt

Zu Beginn des spätordovizischen Ereignisses vor etwa 450 Millionen Jahren war die Welt ein ganz anderer Ort als heute oder sogar im Zeitalter der Dinosaurier. Der überwiegende Teil des Lebens fand ausschließlich in den Ozeanen statt, wobei Pflanzen gerade erst an Land auftauchten. Die meisten der heutigen Kontinente wurden zu einem einzigen Superkontinent zusammengepfercht, der Gondwana genannt wurde.

Aufgrund der globalen Abkühlung, die einen Großteil von Gondwana unter Gletschern erfasste, setzte ein anfänglicher Aussterbeimpuls ein. Vor ungefähr 444 Millionen Jahren setzte dann ein zweiter Aussterbeimpuls an der Grenze zwischen den geologischen Stadien Hirnantian und Rhuddanian ein, der größtenteils – wenn auch nicht eindeutig – auf Ozean-Anoxie zurückzuführen ist. Etwa 85 Prozent der Meeresarten verschwanden aus dem Fossilienbestand, als das späte Ordovizium schließlich vorüber war.

Die Stanford-Forscher und ihre Studienkollegen haben sich gezielt den zweiten Aussterbepuls angeschaut. Das Team versuchte, die Unsicherheit darüber einzudämmen, wo in den Meeren der Erde ein Mangel an gelöstem Sauerstoff – damals so kritisch für die Meeresbiologie wie heute – aufgetreten ist und in welchem ​​​​Ausmaß und für wie lange. Frühere Studien haben durch Analysen alter Sedimente, die Isotope von Metallen wie Uran und Molybdän enthalten, die unter anoxischen und gut mit Sauerstoff versorgten Bedingungen unterschiedliche chemische Reaktionen eingehen, auf die Sauerstoffkonzentrationen im Ozean geschlossen.


„A Really Bad Time to Be Alive“ – Sauerstoffmangel im Ozean in Verbindung mit dem uralten Sterben

Forscher präsentieren neue Beweise dafür, dass die Desoxygenierung des Ozeans die Biodiversität während eines der „Big Five“-Massenaussterben in der Erdgeschichte ausgelöscht hat – relevante Informationen, da der Klimawandel heute dazu beiträgt, den Sauerstoff in den Ozeanen zu verringern.

In einer neuen Studie haben Stanford-Forscher die Theorie stark untermauert, dass ein Sauerstoffmangel in den Ozeanen der Erde zu einem verheerenden Absterben vor etwa 444 Millionen Jahren beigetragen hat. Die neuen Ergebnisse deuten weiter darauf hin, dass diese anoxischen (wenig bis kein Sauerstoff) Bedingungen über 3 Millionen Jahre andauerten – deutlich länger als ähnliche die Artenvielfalt zerstörende Phasen in der Geschichte unseres Planeten.

Über die Vertiefung des Verständnisses von antiken Massensterbensereignissen hinaus sind die Ergebnisse von Bedeutung für die heutige Zeit: Der globale Klimawandel trägt zu einem sinkenden Sauerstoffgehalt im offenen Ozean und in den Küstengewässern bei, ein Prozess, der für eine Vielzahl von Arten wahrscheinlich den Untergang bedeutet.

„Unsere Studie hat einen Großteil der verbleibenden Unsicherheit über das Ausmaß und die Intensität der anoxischen Bedingungen während eines Massensterbens vor Hunderten von Millionen Jahren beseitigt“, sagte Hauptautor Richard George Stockey, ein Doktorand im Labor Co-Autor Erik Sperling, Assistenzprofessor für Geologie an der Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth). „Aber die Ergebnisse beschränken sich nicht auf diese eine biologische Katastrophe.“

Die Studie, veröffentlicht in Naturkommunikation Der 14. April drehte sich um ein Ereignis, das als spätordovizisches Massensterben bekannt ist. Es gilt als eines der „Big Five“ großen Sterbens in der Erdgeschichte, wobei das berühmteste das Kreidezeit-Paläogen-Ereignis vor etwa 65 Millionen Jahren war, das alle nicht-Vogel-Dinosaurier auslöschte.

Wasserwelt

Zu Beginn des spätordovizischen Ereignisses vor etwa 450 Millionen Jahren war die Welt ein ganz anderer Ort als heute oder sogar im Zeitalter der Dinosaurier. Der überwiegende Teil des Lebens fand ausschließlich in den Ozeanen statt, wobei Pflanzen gerade erst an Land auftauchten. Die meisten der heutigen Kontinente wurden zu einem einzigen Superkontinent zusammengepfercht, der Gondwana genannt wurde.

Aufgrund der globalen Abkühlung, die einen Großteil von Gondwana unter Gletschern erfasste, setzte ein anfänglicher Aussterbeimpuls ein. Vor ungefähr 444 Millionen Jahren setzte dann an der Grenze zwischen den geologischen Stadien Hirnantian und Rhuddanian ein zweiter Aussterbeimpuls ein, der größtenteils – wenn auch nicht eindeutig – auf Ozean-Anoxie zurückzuführen ist. Etwa 85 Prozent der Meeresarten verschwanden aus dem Fossilienbestand, als das späte Ordovizium schließlich vorüber war.

Laminierte Schwarzschiefer und Hornsteine, die am Peel River, Yukon, Kanada, freigelegt wurden und im späten Ordovizium und frühesten Silur abgelagert wurden. Diese Sedimente zeigen keine Hinweise auf Organismen, die aufgrund anoxischer Bedingungen am Meeresboden auf dem Meeresboden leben. Die Forscher schätzten das globale Ausmaß der sauerstoffarmen Bedingungen während dieses Zeitraums mithilfe neuer Spurenmetallisotopendaten und Unsicherheitsmodellen. Bildnachweis: Erik Sperling

Die Stanford-Forscher und ihre Studienkollegen haben sich gezielt den zweiten Aussterbepuls angeschaut. Das Team versuchte, die Unsicherheit darüber einzudämmen, wo in den Meeren der Erde ein Mangel an gelöstem Sauerstoff – der für die Meeresbiologie damals so kritisch ist wie heute – aufgetreten ist und in welchem ​​​​Ausmaß und für wie lange. Frühere Studien haben durch Analysen alter Sedimente, die Isotope von Metallen wie Uran und Molybdän enthalten, die unter anoxischen und gut mit Sauerstoff versorgten Bedingungen unterschiedliche chemische Reaktionen eingehen, auf die Sauerstoffkonzentrationen im Ozean geschlossen.

Elementarer Beweis

Stockey leitete die Konstruktion eines neuartigen Modells, das zuvor veröffentlichte Metallisotopendaten sowie neue Daten von Proben von schwarzem Schiefer aus dem Murzuq-Becken in Libyen einbezog, die während des Massensterbens in den geologischen Aufzeichnungen abgelagert wurden. Das Modell warf ein weites Netz aus und berücksichtigte 31 verschiedene Variablen im Zusammenhang mit den Metallen, einschließlich der Mengen an Uran und Molybdän, die von Land aussickern und über Flüsse in die Ozeane gelangen, um sich im Meeresboden abzusetzen.

Die Schlussfolgerung des Modells: In jedem vernünftigen Szenario muss in großen Mengen des Meeresbodens der Erde eine schwere und anhaltende Anoxie der Ozeane aufgetreten sein. „Dank dieses Modells können wir mit Zuversicht sagen, dass ein langes und tiefgreifendes globales anoxisches Ereignis mit dem zweiten Impuls des Massensterbens im späten Ordovizium verbunden ist“, sagte Sperling. "Für die meisten Meeresbewohner war die Grenze zwischen Hirnantian und Rhuddan in der Tat eine wirklich schlechte Zeit, um am Leben zu sein."

Auswirkungen auf die Biodiversität

Die Lehren der Vergangenheit deuten darauf hin, dass die zunehmend dokumentierte Desoxygenierung in den modernen Ozeanen, insbesondere in den oberen Hängen der Kontinentalschelfs, die große Landmassen umfassen, viele Organismenarten belasten wird – möglicherweise bis zum Rand des Aussterbens. „Es gibt keine Möglichkeit, dass niedrige Sauerstoffbedingungen keine schwerwiegenden Auswirkungen auf die Vielfalt haben“, sagte Stockey.

Auf diese Weise könnten die Ergebnisse der Studie nicht nur das Licht einer fernen Vergangenheit auf die Erde bringen, sondern auch den Forschern helfen, den Planeten so zu modellieren, wie er jetzt ist.

„Wir haben tatsächlich ein großes Problem bei der Modellierung der Sauerstoffversorgung im modernen Ozean“, sagte Sperling. „Und indem wir unser Denken über das Verhalten der Ozeane in der Vergangenheit erweitern, könnten wir einige Einblicke in die Ozeane heute gewinnen.“

Referenz: “Persistent global marine euxinia in the early Silurian” von Richard G. Stockey, Devon B. Cole, Noah J. Planavsky, David K. Loydell, Jiří Frýda und Erik A. Sperling, 14. April 2020, Naturkommunikation.
DOI: 10.1038/s41467-020-15400-y

Co-Autoren der Studie sind das Georgia Institute of Technology, die Yale University, die University of Portsmouth und die Czech University of Life Sciences Prague.

Die Forschung wurde von der Alfred P. Sloan Foundation, der National Science Foundation, der Packard Foundation und der NASA unterstützt.


Schau das Video: WissensWerte: Meere und Ozeane (August 2022).