Alla vet om utrotningen av dinosaurierna. Den värsta utrotningen orsakades av en snabb temperaturökning.
Jordens allvarligaste utrotning inträffade långt innan den mördande asteroidepåverkan som utplånade dinosaurierna. Det hände cirka 252 mya, och det markerade slutet på det som kallas Permian Period. Utrotningen är känd som Permian-Triassic Extinction Event, End-Permian Extinction, eller mer enkelt, "The Great Dying." Upp till 70% av markbundna ryggradsdjur och upp till 96% av alla marina arter släcktes under The Great Dying.
Hur hände det? Kan det hända igen?
"Denna studie belyser potentialen för en massutrotning som härrör från en liknande mekanism under antropogen klimatförändring." - huvudförfattare Justin Penn, School of Oceanography, University of Washington.
Forskare har arbetat hårt för att förstå orsaken till den värsta utrotningen i jordens historia. Men det är svårt att sammanföra bevisen från något som hände över 250 mya. Ledtrådar från händelser som för länge sedan är dolda i berget, och mycket av den gamla klippan har underkastats. Det finns ingen rökpistol som en enorm krater. Det finns bara bitar och bevis. Ett särskilt bevis är särskilt övertygande: de fossila bevisen som visar spridningen av de marina arterna som försvann, kontra de som inte gjorde det.
En ny studie publicerad i Science nollar in på fossilregistret och visar att den skyldige bakom Great Dying var klimatförändringar. Och även om klimatförändringarna på den tiden sannolikt orsakades av vulkaner, är konsekvenserna tydliga: klimatförändringar, oavsett om de orsakas av vulkaner eller något annat, kan orsaka katastrofisk utrotning lika dålig som eller värre än en asteroidpåverkan.
Uppsatsen har titeln "Temperaturberoende hypoxi förklarar biogeografi och svårighetsgraden av den slutliga permiska marinmassutrotningen." Huvudförfattare är Justin Penn från School of Oceanography, vid University of Washington. I studien drar Penn och hans medförfattare slutsatsen att stigande havstemperaturer och hypoxin som följde med den orsakade The Great Dying och troligtvis andra utrotningar.
"... klimatuppvärmning och syreförlust var en primär orsak till utrotningen." - Justin Penn, School of Oceanography, University of Washington.
Många bevis visar att mekanismen bakom den klimatförändringen 252 mya var vulkaner. Vulkanernas primära effekt var ett uppvärmningsklimat på grund av växthusgaser som de injicerade i atmosfären. Vulkanerna hade andra effekter, men uppvärmningen är nyckeln. Det fick oceanerna att värmas avsevärt.
Forskarna kombinerade klimatmodellering med fossilposten för att komma till sin slutsats. De modellerade klimatet baserat på jorden precis före utrotningen, när en enda kontinent med namnet Pangea fanns, och när havets temperatur och syrenivå liknade dagens. I sin modell matar de också in temperaturen och syresensitiviteten för 61 moderna marina arter inklusive kräftdjur, fisk, skaldjur, koraller och hajar. Förhållandena före den stora döden liknade förhållandena nu, så känsligheten hos dessa 61 moderna arter representerar arten vid jordens värsta utrotning.
Sedan höjde de temperaturen 10 grader och matchade temperaturförändringen 252 mya. Resultatet gav dem en geografisk bild av Great Dying.
"Väldigt få marina organismer stannade kvar i samma livsmiljöer som de bodde i - det var antingen fly eller förgås," sade andra författaren Curtis Deutsch, UW-lektor i oceanografi. I simuleringen utplånades arter med hög latitud nästan fullständigt, medan vissa arter närmare ekvatorn överlevde.
"Det här är första gången vi har gjort en mekanistisk förutsägelse om vad som orsakade utrotningen som kan testas direkt med fossilposten, vilket sedan låter oss göra förutsägelser om orsakerna till utrotning i framtiden", sa första författaren Justin Penn , en UW-doktorand i oceanografi.
Vissa forntida havsbotten finns fortfarande runt jordens värsta utrotning 252 mya, och de har bevisen för själva utrotningen. Det fanns ett blomstrande och mångfaldigt marint ekosystem, sedan ett skår av lik. Och det tog miljoner år för jorden att diversifiera och frodas igen. Med resultaten från deras simulering i hand jämförde forskarna det sedan med den överlevande fossila posten.
Den fossila posten visar var arter fanns före utrotningen och vilka utplånades helt eller begränsades till en bråkdel av deras tidigare livsmiljö. Och fossilregistret bekräftar vad forskarna fann: arter längst från ekvatorn drabbades mest.
Kallt vatten innehåller mer syre än varmare vatten, det är grundvetenskapen. Arter som är anpassade till kallare klimat, långt borta från ekvatorn, kräver mer syre för att överleva än arter som är anpassade till varmare vatten nära ekvatorn. Marina fossila register visar att marina arter längre från ekvatorn led värre än de som är närmare ekvatorn.
När klimatet värmdes och havets syrenivå sjönk var de arter som krävde mer syre. Arterna närmare ekvatorn hade någonstans att gå: de kunde lämna ekvatorn och hitta vatten med syrgasnivåer de var vana vid. Eller åtminstone några av dem kunde. Men för de längre norr och söder om ekvatorn fanns det ingenstans att gå.
"Eftersom tropiska organismernas metabolismer redan anpassades till ganska varma förhållanden med lägre syre, kunde de flytta bort från tropikerna och hitta samma förhållanden någon annanstans." - Curtis Deutsch, medförfattare, UW docent i oceanografi.
"Eftersom de tropiska organismernas metabolism redan anpassades till ganska varma förhållanden med lägre syre, kunde de flytta bort från tropikerna och hitta samma förhållanden någon annanstans," sade Deutsch. "Men om en organisme anpassades för en kall, syre-rik miljö, upphörde dessa förhållanden att existera i de grunda haven."
De uppvärmda haven var en dubbel-whammy för marina arter. När oceanerna värmdes sjönk inte bara syrehalten, utan metabolismen av marina arter ökade och de behövde mer syre. Det viktigaste konceptet här är förhållandet mellan temperaturberoende O2-utbud och efterfrågan. Detta förhållande, benämnd Metabolic Index, mäter miljöomfånget för aerob aktivitet och styrs av havsförhållanden samt termiska och hypoxi-känslighetsegenskaper som varierar mellan arter. Om Metabolic Index för en viss art sjunker under deras minimikrav kan de helt enkelt inte andas och de dör av.
"Signaturen på den döda mekanismen, klimatuppvärmning och syreförlust, är detta geografiska mönster som förutses av modellen och sedan upptäcktes i fossilerna," sade Penn. "Avtalet mellan de två indikerar att denna mekanism för klimatuppvärmning och syreförlust var en huvudsaklig orsak till utrotningen."
Uppvärmningen och bristen på syre som den orsakade var inte den enda faktorn i utrotningen, men det förklarar mer än hälften av de marina mångfaldsförlusterna. Enligt författarna fungerade troligen andra förändringar, såsom försurning eller förändringar i fotosyntetiska organismernas produktivitet som ytterligare orsaker.
Vad betyder detta för framtiden? Om uppvärmningen var den främsta orsaken till The Great Dying, den värsta utrotningen i jordens historia, kan uppvärmningen driva utrotning igen. Faktum är att det redan är.
Växthusgasnivåerna steg i Perm och de stiger idag. Inte från vulkaner naturligtvis utan från människor.
"Under en affärsmiljö som vanliga utsläppsscenarier kommer 2100 uppvärmningen i övre havet att ha närmade sig 20 procent av uppvärmningen i sen Perm, och år 2300 kommer den att nå mellan 35 och 50 procent," sade Penn. "Denna studie belyser potentialen för en massutrotning som härrör från en liknande mekanism under antropogen klimatförändring."
Vi lever genom en utrotningshändelse just nu, kallad Holocene-utrotning. Det anses vara den sjätte utrotningen, eftersom det har funnits fem andra under de senaste 600 miljoner åren. Holocene-utrotningen sträcker sig över växter och djur, inklusive däggdjur, fåglar, paddor, reptiler och leddjur. Det är inte allt som drivs av ett värmande klimat, men något av det är det. Förlust av biodiversitetens livsmiljö från mänsklig aktivitet är en separat orsak. Men det är dock en utrotning. Forskare tror att den nuvarande utrotningsgraden för växt- och djurarter är mellan 100 och 1 000 gånger större än den naturliga utrotningsgraden.
Det återstår att se hur mycket varmare vårt klimat kommer att bli, och hur många arter som kommer att drivas till utrotning. Låt oss hoppas att nödvändiga förändringar kan göras för att undvika det värsta av det som kommer. Och låt oss hoppas att det inte finns för många vulkanutbrott.
- Pressmeddelande: Största utrotning i jordens historia orsakad av den globala uppvärmningen som lämnar havsdjur som andas
- Forskningsdokument: Temperaturberoende hypoxi förklarar biogeografi och svårighetsgraden av utrotning av marinmassa i slutet av Perm
- Wikipedia inträde: Holocene extination
- Forskningsdokument: Den missförstådda sjätte massutrotningen
- Forskningsdokument: Uppskattning av den normala bakgrundshastigheten för utrotning av arter
