Warum interessiert uns das Artensterben?

„Warum kommt es zum Massenaussterben?“ ist eine Frage, die Wissenschaftler schon seit langer Zeit diskutieren und die derzeit als eine der herausforderndsten Grenzfragen der Wissenschaft gilt.

In den mehr als drei Milliarden Jahren seit der Entstehung des Lebens kam es zu unzähligen Artenaussterben. Wissenschaftler nutzen Hinweise, um die Geheimnisse und Muster hinter diesen Katastrophen zu erforschen. Im Jahr 1982 untersuchten Jack Sepkoski und David M. Raup mithilfe genialer statistischer Methoden die Veränderungen biologischer Arten im Laufe der Erdgeschichte. Als Ergebnis entstanden die „Big Five“ (die berühmten fünf Massenaussterben), die jeder in der paläontologischen Gemeinschaft kennt: das ordovizisch-silurische Massenaussterben, das oberdevonische Massenaussterben, das permisch-triasische Massenaussterben, das triasisch-juraische Massenaussterben und das jedermann bekannte kreidezeitlich-paläogene Massenaussterben.

Debüt der Big Five[1]

Diese Ereignisse zerstörten 85 %, 70 %, 96 %, 75 % bzw. 75 % der Arten, die es damals auf der Erde gab, und lösten enorme Veränderungen aus, die das gesamte Erscheinungsbild der Erde verändern konnten. Natürlich können uns diese Zahlen kein intuitives Verständnis davon vermitteln, wie diese Katastrophen aussehen werden, genauso wenig wie wir uns jetzt mitten in einem riesigen Aussterbeereignis befinden, aber sie können uns auch kein intuitives Verständnis des Aussterbens selbst vermitteln.

Deshalb werden wir heute nicht über die epischen und legendären Massenaussterben der Vergangenheit sprechen. Heute sprechen wir über ein kleineres und in der Erdgeschichte unbedeutendes Aussterbeereignis. Obwohl es natürlich keine Weltuntergangskatastrophe verursachte, war es dennoch äußerst wichtig und tatsächlich ist es enger mit uns verbunden als jedes andere Aussterbeereignis.

Gehen wir zurück in die Zeit vor 55,5 Millionen Jahren, etwa 10 Millionen Jahre nach dem letzten Massenaussterben (dem Kreide-Paläogen-Aussterben). Zur Wende von Frühling und Sommer blies ein Engel eine Trompete und ein brennender Meteorit fiel vom Himmel und verbrannte alles auf der Welt. Das Tageslicht war dunkel und die Sterne und der Mond verschwanden. Die Herrscher über Land, Meer und Himmel verschwanden vollständig und hinterließen nur Ruinen, die darauf warteten, dass Neuankömmlinge langsam aufgriffen.

Der Chicxulub-Krater hat einen Durchmesser von 180 Kilometern. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

Zehn Millionen Jahre nach der Katastrophe erholte sich die Welt jedoch und erlebte eine neue Blütezeit: Säugetiere breiteten sich rasch aus und entwickelten eine Vielzahl von Arten. Reptilien beherrschten noch immer viele Orte und erbten das Familiengeschäft aus dem Mesozoikum. Strahlenflosser begannen, die Ozeane zu beherrschen und bauten zusammen mit den neu entstandenen riffbildenden Organismen die ökologische Umwelt der flachen Meere auf. sogar die verbliebenen Vögel besetzten ein breites Spektrum ökologischer Nischen, und der riesige Kronenschreckenvogel (Gastornis) durchstreifte die Erde, als würde er sich an den Ruhm seiner Vorfahren erinnern – alles war in Wohlstand, einschließlich des vollständigen Aufstiegs der Angiospermen – in dieser neuen Welt waren große pflanzenfressende Säugetiere noch nicht aufgetaucht, und obwohl die Arten selten waren, bedeckten die dichten Wälder noch immer die Kontinente und ließen fast keinen leeren Raum.

Inmitten dieser blühenden Szenerie ereignete sich plötzlich im Meer ein Unfall.

Bis heute gibt es viele unterschiedliche Meinungen über die Ursache dieses Unfalls, aber wir kennen sein Ergebnis sehr genau: Ein kleines Lebewesen namens Foraminiferen verursachte versehentlich das größte Aussterbeereignis im Känozoikum.

Foraminiferen sind uralte Organismen, deren Geschichte fast so lang ist wie die der gesamten Gruppe der Metazoen. Es handelt sich außerdem um die Fossilienart, die in unserem täglichen Leben am leichtesten zu erkennen ist. Sie können sie sogar zu Hause finden – wenn Ihr Haus mit Karbonatgesteinsmaterialien dekoriert ist, werden Sie dieses Ding höchstwahrscheinlich dort finden. Wenn Sie es zu Hause nicht haben, können Sie es natürlich in den großen Einkaufszentren in Ihrer Nähe finden – fast überall.

Foraminiferenfossilien kommen in Dekorationsmaterialien sehr häufig vor. Wenn Sie den weißen Kalkstein um sich herum genau betrachten, können Sie ihn im Grunde sehen (Quelle: Paul Williams, „Limestone country – Limestone, dolomite and marble“, Te Ara – die Enzyklopädie Neuseelands, http://www.TeAra.govt.nz/en/photograph/12377/limestone)

Natürlich sind es nicht nur moderne Menschen. Auch die Pharaonen des alten Ägypten trafen sie fast täglich und schliefen nach ihrem Tod sogar im selben Grab mit ihnen. Diese fossilen Tiere, die auf den Pyramidensteinen liegen, werden Nummuliten genannt, die größten bekannten Protisten, die erstmals von Strabo, dem großen Geographen und Historiker des antiken Roms, beschrieben wurden. Natürlich sind die Nummuliten bei diesem Unfall nicht ausgestorben, aber eine andere große Gruppe hatte Pech: die benthischen Foraminiferen.

Die Münzwürmer auf den Pyramiden wurden aus Bohnen hergestellt, die Strabo zufolge von den Pyramidenbauern weggeworfen wurden. [2]

Während dieses Ereignisses ging die Zahl der benthischen Foraminiferen rapide zurück und 30 bis 50 % aller Arten starben aus. Gleichzeitig kam es zu einem erstaunlichen Ereignis im Bereich der Kohlenstoffemissionen: Schätzungen zufolge wurde eine große Menge Kohlendioxid ausgestoßen, durchschnittlich etwa 400.000.000 Tonnen pro Jahr – und dieser schnelle und großflächige Kohlenstoffausstoß könnte volle 50.000 Jahre angehalten haben[3]. Da die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre weiter zunimmt, ist auch die Durchschnittstemperatur der Erde um 5 bis 8 °C gestiegen. Dieses Ereignis wird als Paläozän-Eozän-Temperaturmaximum oder kurz PETM bezeichnet.

Als PETM erstmals entdeckt wurde, wurde es aufgrund seiner plötzlichen Einfügung und des übermäßig großen δ18O-Offset-Werts als Fehler verworfen. Erst 1991 bemerkte Jim Kennett von der University of California in Santa Barbara diese abnorme Isotopenvariation erneut im Bohrkern des Südpolarmeers: An der Schnittstelle zwischen Paläozän und Eozän zeigten sowohl δ13C als auch δ18O eine abnorme Drift[4]. Eine Verschiebung von δ18O entspricht einem starken Temperaturanstieg, während eine Verschiebung von δ13C einen Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre darstellt.

Noch interessanter ist, dass die Foraminiferengruppe neben dem Aussterben auch eine noch seltsamere Reaktion zeigte. Im Jahr 2002 bemerkte Deborah Thomas, dass die Foraminiferenschalen in dieser Charge von Bohrkernproben nur δ13C-Werte vor dem PETM und dem PETM aufwiesen, aber der intermediäre Übergangszustand fehlte [5]. Das heißt, die Foraminiferen hörten mit der Reproduktion auf, als die Kohlenstoffemissionen begannen, oder die Kohlenstoffemissionsrate war so hoch, dass sie nicht in den Fossilienfunden erfasst werden konnte.

Solch schnelle Kohlenstoffemissionen lassen sich mit herkömmlichen Vulkanauspuffgasen nur schwer lösen. Obwohl es im selben Zeitraum auch in Grönland vulkanische Aktivitäten gab, bezweifeln die Forscher, dass diese so schnelle und weitreichende Auswirkungen gehabt hätten. Die Menschen begannen, ihre Aufmerksamkeit einer anderen wichtigen Kohlenstoffquelle zuzuwenden – dem Methangas-Wasser-Einschlusskomplex (Methaneis). Dieser Name ist Ihnen vielleicht nicht geläufig, aber sein anderer Name war vor zehn Jahren ein allgemein bekannter Begriff: brennbares Eis.

Da das Methan in diesen brennbaren Eisarten durch mikrobiellen Stoffwechsel entsteht, weisen sie natürlich extremere negative δ13C-Driftwerte auf. Unter den gleichen Bedingungen kann Methan eine stärkere Kohlenstoffisotopenverschiebung verursachen als Kohlendioxid. Aber auch dies erklärt nicht, warum die negative Abweichung von δ13C seit 45.000 Jahren nahezu stabil geblieben ist – es sei denn, es ist zusätzlicher Kohlenstoff im Spiel.

Aber woher bekommen wir all diesen zusätzlichen Kohlenstoff?

Sherlock Holmes sagte einmal: „Wenn man das Unmögliche ausgeschlossen hat, muss das, was übrig bleibt, die Wahrheit sein, egal wie unvernünftig sie auch sein mag.“ Auch wenn sich die Wissenschaft bei der Erforschung der Wahrheit nicht auf das Ausschlussverfahren verlassen kann, ist es dennoch eine äußerst nützliche Methode, den Weg nach vorn zu erkunden. Wenn sich die Menschen den Kopf zerbrechen und den zusätzlichen Kohlenstoff nicht kompensieren können, dann kann es sein, dass dieser Kohlenstoff nur von außerhalb der Erde kommt. Im Jahr 2003 schlussfolgerte Dennis Kent von der Rutgers University, dass die große Menge an Kohlenstoff, die das PETM verursachte, vom Einschlag eines kohlenstoffreichen Asteroiden herrührte [6].

Sein Beweis waren in den Schichten gefundene magnetische Nanopartikel mit einer einzigen Domäne, die im Gegensatz zu von Mikroorganismen produzierten magnetischen Partikeln nur aus dem Weltraum stammen konnten. Seine Ideen wurden jedoch nicht allgemein ernst genommen. Schließlich traf vor 10 Millionen Jahren nur einmal ein Asteroid die Erde. Jetzt erscheint ein weiteres. Kommt Ihnen das nicht etwas zu häufig vor?

Magnetische Nanopartikel mit einer Domäne unter dem Transmissionselektronenmikroskop

Der wichtigere Gegenpunkt ist natürlich vor allem die Nachfrage nach Kohlenstoff. Wäre dieses Ereignis durch einen Asteroiden verursacht worden, hätte es den Beitrag von Hunderten Milliarden Tonnen extraterrestrischem Kohlenstoff erfordert – etwas, das einfach unvorstellbar ist. Wenn Asteroiden jedoch nicht der Hauptverursacher von Kohlenstoff sind, sondern ein auslösender Prozess, könnte das Modell ganz anders aussehen. Der Einschlag eines Asteroiden wird die Freisetzung von Methanhydraten auf der Erde beschleunigen und heftige vulkanische Aktivitäten auslösen. Der darin enthaltene Kohlenstoff kann außerdem dazu führen, dass der Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre innerhalb kurzer Zeit rapide ansteigt. Das Ergebnis all dessen ist ein eindeutig abnormales, schnelles Erwärmungsereignis.

Haben wir also Beweise? Der erste Beweis war indirekt, aber faszinierend: Im Jahr 2013 entdeckten James Wright und Morgan Schaller vom Rensselaer Polytechnic Institute eine äußerst merkwürdige Tonlagerstätte. Es erscheint als eine äußerst gleichmäßige Verflechtung von Bändern und stellt daher ein periodisches Ablagerungsereignis dar. Ihrer Analyse zufolge wurde dieser Ablagerungsprozess durch saisonales Sonnenlicht verursacht. Wenn ihre Einschätzung richtig ist, dann wird dieser Satz von Sedimenten die genaueste Referenz für das PETM-Ereignis sein[7].

Tonschichten mit regelmäßiger Ablagerung

Sie maßen die Isotopenveränderungen im Ton und stellten fest, dass die Abnahme von δ13C schneller war als zuvor geschätzt. In nur 13 Jahren sank der Wert um 0,4 % – das ist keine geringe Zahl. Während der schnellen Erwärmung am Ende des Perm-Massenaussterbens betrug die Drift stabiler Kohlenstoffisotope lediglich 0,5 %, und die Zeitspanne dafür beträgt Hunderttausende von Jahren. Extrem schnelle Kohlenstoffemissionen lassen den Asteroideneinschlag als wahrscheinlicheren Auslöser erscheinen.

Im Jahr 2016 berichtete Morgan Schaller über einen weiteren direkten Beweis, nämlich Impaktglas, das an der Atlantikküste der Vereinigten Staaten an der PETM-Grenze gefunden wurde[8]. Dies ist ein wichtiger Beweis für einen Asteroideneinschlag, doch bis heute können wir noch keine endgültige Schlussfolgerung ziehen, da es noch immer keinen Hinweis auf den wichtigsten Beweis gibt – den Einschlagkrater.

Doch der Einschlagkrater ist nicht das größte Mysterium – das wahre Mysterium liegt im Aussterben. Das PETM war nach allen geochemischen Maßstäben ein katastrophales, heftiges, plötzliches und bedeutendes Ereignis, es löste jedoch kein Massenaussterben aus – im Gegenteil, es war ein bedeutendes Strahlungsereignis.

Die benthischen Foraminiferen erlitten einen schweren Schlag, während sich die planktonischen Foraminiferen rasch entwickelten und den flachen Ozean besiedelten. Der Fischbestand gedeiht noch immer und erlebt in tropischen Regionen sogar einen kleinen Höhepunkt. Insekten breiteten sich rasch aus und erlebten eine Phase des Wachstums ihrer Zahl und Vielfalt. Auch für die Säugetiere war ein glorreicher Beginn zu verzeichnen: Paarhufer, Unpaarhufer und Primaten entstanden während dieses Ereignisses. Man kann sogar sagen, dass der Mensch, die größte Schlange der Geschichte und das kleinste Pferd bei solch hohen Temperaturen entstanden sind.

Die größte Schlange, Titanoboa, kann über 12 Meter lang sein. Es wird allgemein angenommen, dass sein Auftreten eng mit den hohen Temperaturen zu dieser Zeit zusammenhängt. [9]

Alles schien in Ordnung zu sein, bis auf die unglücklichen benthischen Foraminiferen.

Es handelte sich zwar nicht um eine wirklich dramatische Veränderung, aber die rasanten Kohlendioxidemissionen kamen mir bekannt vor – das PETM war in der Erdgeschichte vielleicht das Klimaereignis, das unserem am nächsten kam. Doch in Wirklichkeit verblassen die Asteroiden, Vulkanaktivitäten und Methanhydrate des PETM im Vergleich zur industriellen Revolution – wir stehen vor einem beispiellosen Kohlenstoffemissionsprozess, der zehnmal extremer ist als die natürliche Nebenwirkung des PETM. Derzeit stößt der Mensch jährlich etwa 370 Milliarden Tonnen Kohlendioxidäquivalent aus. Wenn es so weitergeht, werden wir in 150 Jahren die gesamte Kohlenstoffmenge aufholen, die das PETM ausstößt. In diesem Ausmaß kann niemand vorhersagen, was als Nächstes passieren wird.

A: Die Anzahl der Massenaussterbeereignisse im Phanerozoikum und die Aussterberate des Meereslebens; B, C: Geschätzte globale Aussterbeszenarien. Wenn es nicht gelingt, die Kohlendioxidemissionen einzudämmen, werden wir wahrscheinlich kurzfristig mit einem Artensterben konfrontiert sein, das mit den Massenaussterben der Vergangenheit vergleichbar ist. [10]

„Das Leben wird einen Weg finden“ – wir können nicht vorhersagen, was wir sehen werden, wenn wir in zig Millionen Jahren Schichten aus unserer Zeit ausgraben. Selbst wenn wir von der industriellen Revolution an rechnen, ist der rasante Anstieg der vom Menschen verursachten Kohlendioxidemissionen erst seit mehr als zweihundert Jahren zu beobachten. Was sind im Maßstab der Erdgeschichte 200 Jahre? Es reicht nicht einmal aus, eine klare Linie zu ziehen oder auch nur einen kleinen Datenpunkt bereitzustellen.

Doch wenn wir uns tatsächlich am Rande der Ausrottung befinden, spielt es keine Rolle, ob wir erfasst werden oder nicht. Hinter uns liegen Tausende, Zehntausende, Hunderttausende Jahre alte Erdschichten, die alles aufzeichnen, was wir tun. Die Erholungskurve wird langsam verlaufen und die Geschwindigkeit der Erholung wird vom Ausmaß des Aussterbens und völlig unvorhersehbaren positiven Rückkopplungsereignissen abhängen.

Kein anderes Lebewesen hat jemals so zur Feder gegriffen, um über die Natur zu schreiben, wie es der Mensch heute tut, und was wir niederschreiben, hängt von unserer Entscheidung ab.

Das einzige Bedauern besteht darin, dass der Prolog bereits begonnen hat und wir diesen Stift niemals wegwerfen können.

Quellen:

[1] Raup DM, Sepkoski JJ, Massenaussterben im marinen Fossilienbestand[J]. Science, 1982, 215(4539):1501-1503.

[2] Hohenegger J, Kinoshita S, Briguglio A, et al. Mondzyklen und Regenzeiten fördern das Wachstum und die Fortpflanzung von Foraminiferen, die wichtige Produzenten von Karbonatablagerungen sind[J]. Wissenschaftliche Berichte, 2019, 9(1). https://doi.org/10.1038/s41598-019-44646-w

[3] Gutjahr M, Ridgwell A, Sexton PF, et al. Sehr große Freisetzung von überwiegend vulkanischem Kohlenstoff während des Paläozän-Eozän-Temperaturmaximums[J]. Natur. 2017;548(7669):573-577.

[4] Kennett JP, Stott LD. Abrupte Erwärmung der Tiefsee, paläozeanographische Veränderungen und benthisches Aussterben am Ende des Paläozäns[J]. Nature, 1991, 353(6341):225-229.

[5] Thomas DJ, Zachos JC, Bralower, et al. Den Brennstoff für das Feuer erwärmen: Beweise für die thermische Dissoziation von Methanhydrat während des Paläozän-Eozän-Temperaturmaximums[J], Geology, 2002,30(12):1067-1070.

[6] Kent DV, Cramer BS, Lanci L, et al. Ein Fall für einen Kometeneinschlag als Auslöser für das thermische Maximum und die Kohlenstoffisotopenexkursion im Paläozän/Eozän[J]. Earth & Planetary Science Letters, 2003,211:13-26.

[7] Wright JD, Schaller MF. Hinweise auf eine schnelle Freisetzung von Kohlenstoff beim thermischen Maximum im Paläozän und Eozän [J]. Verfahren der National Academy of Sciences der Vereinigten Staaten von Amerika, 2013,110(40):15908-15913.

[8] Schaller MF, Fung MK, Wright JD, et al. Impakt-Auswurfmassen an der Paläozän-Eozän-Grenze[J]. Science, 2016, 354(6309):225-229.

[9] Head JJ, Bloch JI, Hastings AK, et al. Riesige Riesenschlange aus der Neotropis des Paläozäns weist auf höhere Temperaturen am Äquator hin [J]. Nature, 2009, 457(7230): 715-717.

[10] Penn JL, Deutsch C. Vermeidung des Aussterbens von Meeresmassen durch die Klimaerwärmung[J]. Science, 2022, 376(6592): 524-526.

Produziert von: China Science Expo×Zhihu

Autor: Sunny der Gebrochene, ausgezeichneter Antwortender auf Paläontologie auf Zhihu

Der Artikel gibt nur die Ansichten des Autors wieder und repräsentiert nicht die Position der China Science Expo

Dieser Artikel wurde zuerst in der China Science Expo (kepubolan) veröffentlicht.

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