Erdgeschichte: Fauna und Flora korreliert mit veränderten Umweltbedingungen

Der Anstieg des Sauerstoffgehalts in Ozeanen und der Atmosphäre aufgrund verstärkten Wachstums von Gefäßpflanzen hat offensichtlich die Entwicklung komplexer Tiere gefördert. Nun wurden zwei erdgeschichtliche Perioden mit hohem Sauerstoffanstieg identifiziert.

Wissenschaftler vermuteten aufgrund von geochemischen Modellen schon länger, dass im devonischen Zeitalter, vor etwa 400 Millionen Jahren, der Sauerstoffgehalt dramatisch anstieg und damit die Entwicklung höherer Lebewesen, wie Raubfische, ermöglichte. Forscher um Tais Dahl -Geowissenschaftler an der University of Southern Denmark in Odense- bestätigten diese Theorie nun in einer Studie und brachten erstmals den Beweis, dass die verstärkte Entwicklung und Verbreitung höherer Pflanzen diesen Anstieg unterstützte.

Um dem Sauerstoffgehalt in verschiedenen Erdzeitperioden auf den Grund gehen zu können, haben die Forscher die Konzentration von Molybdän (Mo) und den Anteil seiner Isotope in Meeresgestein analysiert. Denn Molybdän verhält sich in Meereswasser unterschiedlich. In sauerstoffreichem Wasser wird das leichtere der beiden wichtigsten Isotope (95Mo und 98Mo) im Meeresgrund eingelagert, während das schwerere Isotop im Gewässer zurück bleibt. Meereswasser wird also leichter oder schwerer – ja nach Höhe des Sauerstoffgehalts.

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Diese Profile von leichtem und schwerem Molybdän in Meereswasser lagern sich in Schiefergestein ab und können so bei der Untersuchung einzelner Schiefergesteinsschichten Hinweise auf den Sauerstoffgehalt des Meeresbodens bzw. des Ozeans in verschiedenen Erdzeitperioden geben. Es wird angenommen, dass der Sauerstoffgehalt des Meeres den Gehalt in der Atmosphäre reflektiert.

Sauerstoffgehalt stieg demnach erst im Devon dramatisch an

Die Analyse-Ergebnisse deckten zwei erdgeschichtliche Perioden auf, in denen der Sauerstoffgehalt im Meer deutlich anstieg. Im Ediacarium vor etwa 560-550 Millionen Jahren fand die erste der beiden Perioden statt. Wesentlich dramatischer stieg der Sauerstoffgehalt jedoch im devonischen Zeitalter vor etwa 400 Millionen Jahren an.

Zahlreiche Wissenschaftler hatten in der Vergangenheit angenommen, der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre während des Ediacariums, als viele neue Spezies entstanden, entsprach mit etwa 21 Prozent bereits fast den heutigen Werten. Doch die Ergebnisse lassen die Forschergruppe nun vermuten, dass diese Evolutionsschritte in einer eher sauerstoffarmen Umgebung stattfanden. Erst die verstärkte Entwicklung von Gefäßpflanzen im Devon ließ den Sauerstoffgehalt fast bis zu den heutigen Werten ansteigen. Durch Photosynthese gaben diese Pflanzen einerseits Sauerstoff an die Umgebung ab. Andererseits wurde durch die Einlagerung großer Mengen organischen Materials aus Pflanzengeweben (z. B. Lignin) im Boden überschüssiger Sauerstoff auf der Erde gebunden. Damit waren die richtigen Grundlagen geschaffen für die Evolution großer, komplexer Tiere. Diese benötigen hohe Sauerstoffmengen zum (Über)-Leben.

Obwohl manche Wissenschaftler warnen, der Sauerstoffgehalt des Meeres müsse nicht zwangsläufig dem der Atmosphäre entsprechen, geben die neuen Erkenntnisse Hinweise auf die Impulse, die zur Entwicklung höherer Organismen auf der Erde führten. Gefäßpflanzen haben daran den entscheidenden Beitrag.