O ambiente físico pode produzir choques repentinos para a vida do nosso planeta através de rochas espaciais impactantes , vulcões em erupção e outros eventos. Mas às vezes a própria vida vira o jogo e dá um golpe rápido de volta para o meio ambiente. Pesquisadores do MIT identificaram um culpado diferente - um vindo de biologia em vez de geologia . Eles argumentam que o rompimento de carbono e, consequentemente, a extinção do fim do Permiano foram acionados por um microorganismo particular que desenvolveram uma nova maneira de digerir material orgânico em metano.
O evento de extinção do fim do Permiano (ou PT) ocorreram 252.000 mil anos atrás. É muitas vezes chamado a Grande Morte porque cerca de 90 por cento das espécies marinhas desapareceram em uma só penada. Números semelhantes morreu em terra , bem como, a produção de um grande contraste entre as camadas Permiano rocha abaixo (ou antes) a extinção e as camadas do Triássico acima. Extinções são comuns ao longo do tempo , mas, para este, o registro fóssil realmente pulou uma batida .
"O fim - Permiano é o maior evento de extinção que conhecemos ", disse Daniel Rothman , um geofísico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. "As mudanças no registro fóssil fosse óbvio até mesmo para os geólogos do século 19 . "
Compreender a causa dessa devastação biológica requer a compreensão das pistas geoquímicos que vão junto com ele. A principal dessas pistas é um balanço súbita na balança de isótopos de carbono armazenados em rochas do mesmo período de tempo . Se os geólogos podem encontrar o que interrompeu o carbono , eles provavelmente sabem o que matou tanto de formas de vida da Terra. Várias teorias tentam explicar a perturbação de carbono como , por exemplo, o vulcanismo maciço, ou uma queda no nível do mar, mas nenhuma dessas causas ambientais têm correspondência total dos dados.
Com esta inovação genética , esses produtores de metano , ou methanogens , corria desenfreada outro lado do oceano , derrubando o ciclo do carbono. As mudanças resultantes na química do oceano teria levado muitas espécies à extinção.
"Isso mostra como os sistemas instáveis da Terra são ", disse Rothman . " Um pequeno evento na comunidade microbiana pode ter um enorme impacto sobre o meio ambiente. " A base dessa nova teoria vem de uma reavaliação dos dados de carbono.
A trama de dados sobre extinções em massa da história da Terra . O evento de extinção do fim do Permiano é o grande pico à esquerda em 250 milhões de anos atrás . Crédito : University of Chicago Durante décadas , os geólogos têm tido conhecimento de que a proporção de isótopos de carbono (os versos leves formas pesadas do elemento) mudou abruptamente em amostras geológicas em todo o tempo do evento do fim do Permiano . Especificamente , o carbono armazenado nas rochas inclinado para o isótopo mais leve de cerca de 1 por cento ao longo de um assunto de 100.000 anos.
Rothman e seus colegas re- analisadas estas flutuações de isótopos , incorporá-los em um modelo de troca dinâmica entre os diferentes reservatórios de material de carbono . Os resultados mostraram que o nível de dióxido de carbono no oceano cresceram mais rapidamente do que exponencialmente . O aumento foi lento no início, mas pegou o ritmo conforme o tempo passava .
Rothman e seus colaboradores argumentam que nenhuma fonte geológica pode explicar adequadamente o crescimento dramático de dióxido de carbono. Uma teoria popular foi que os níveis elevados de dióxido de carbono foram liberados por erupções vulcânicas maciças na Sibéria , que durou um milhão de anos e cobertos de um milhão de quilômetros quadrados, com lava.
" É difícil obter o direito de aritmética com apenas vulcões ", disse Rothman .
Ele e seus colegas autores acreditam uma entrada adicional é necessário - um vindo de biologia. Uma explosão na atividade biológica pode explicar o crescimento exponencial do tipo de reserva de dióxido de carbono do oceano.
O crescimento exponencial do tipo não é incomum em biologia. Certas espécies invasoras , por exemplo, explosões populacionais experiência uma vez que entra um novo ecossistema . Tipos semelhantes de expansão pode ocorrer quando um desenvolvimento evolutivo dá uma espécie em particular uma vantagem sobre seus concorrentes.
Os autores afirmam que algum tipo de inovação biológica alterou a distribuição de carbono no oceano. E eles assumem que o mar era , em certo sentido , à espera que esta inovação com um grande reservatório de material orgânico ( detritos de organismos mortos ) no sedimento do oceano.
" Outra pesquisa mostrou que, durante o final do Permiano , estes produtos orgânicos tinham acumulado níveis de muito elevados , provavelmente devido a uma desaceleração da degradação normal", disse Greg Fournier, um co-autor também do MIT.
Este sedimento orgânico era como " uma grande pilha de comida " para um organismo empreendedor para explorar .
Fournier tinha a menor idéia de que tipo de organismo seria essa. Do trabalho anterior, ele tinha feito como um Instituto de Astrobiologia da NASA (NAI ) pós-doutorado , ele sabia que uma grande inovação ocorreu por volta deste período de tempo em um tipo de archaea -vomitando metano chamado Methanosarcina .
Este methanogen é encontrado atualmente em todo o lugar , diz Fournier , com espécies que habitam marinhos e de água doce sedimentos , solos, esgoto , e até mesmo dentro das entranhas de animais, como gado, onde produzem uma grande quantidade de metano liberada no mundo.
Parte do sucesso de Methanosarcina é devido ao fato de que estes organismos podem processar acetato, um resíduo orgânico comum , mais rápido do que alguns de seus primos methanogen . Basicamente, o Methanosarcina são capazes de obter mais energia da conversão de acetato para metano.
Fournier já havia mostrado que Methanosarcina adquiriu essa habilidade de transferência horizontal de genes . Em alguns encontro microbiana há muito tempo , uma methanogen antiga ( que produziu metano como resíduo) trocaram genes com um comedor de celulose bactéria antiga ( que produziu acetato como resíduo) . Este genética " transferência de tecnologia" criado um organismo que pudesse de maneira mais eficiente metabolizar acetato .
Para obter uma data mais precisa para quando esta inovação microbiana aconteceu , Fournier e seus colegas realizaram uma análise genética rigorosa.
"Nós comparamos genomas de uma variedade de diferentes methanogens e datado a evolução desta [ nova via metabólica ] usando um 'relógio' calibrado que conta as variações acumuladas em genes ao longo do tempo ", disse Fournier .
Professor do MIT de geofísica Daniel Rothman fica ao lado de parte da formação Xiakou na China. Sua mão direita repousa sobre a camada que marca o tempo do evento de extinção em massa do fim do Permiano . Amostras de esta formação forneceu evidências para grandes quantidades de níquel , que foram expelidas da atividade vulcânica , neste momento , 252 milhões de anos atrás . Os resultados colocaram o evento de troca de gene em 240 milhões de anos atrás , mais ou menos 40 milhões de anos.
"A análise relógio molecular simplesmente confirma que , com o melhor de nossa capacidade de medir , o momento é consistente com [ o evento do fim do Permiano ]", disse Fournier .
Se de fato a inovação genética ocorreu no final do Permiano , então é razoável supor que a população Methanosarcina começaram a se multiplicar . Grande parte do metano produzido por estes organismos seria convertido - através de reacções de oxidação ou de tratamento biológico - em dióxido de carbono , causando um aumento nos níveis de dióxido de carbono do oceano .
A conversão do metano em dióxido de carbono teria tido um efeito secundário bem : teria conduzido para baixo a quantidade de oxigênio na água do oceano . Porque Methanosarcina é anaeróbio , a redução de oxigênio teria ajudado a prosperar ainda mais , criando um ciclo de feedback positivo. Isto pode explicar o rápido do que o crescimento exponencial com concentrações de dióxido de carbono que os autores observaram .
Como os cientistas anteriores argumentaram , os altos níveis de dióxido de carbono teria levado a um oceano mais ácido , o que teria sido especialmente mortal para as formas de vida tendo - shell . E, como um castelo de cartas , muitas outras espécies seguiram o exemplo.
Um possível ponto de discórdia é que o crescimento exponencial -como muitas vezes fica à frente de si mesmo e torna-se vítima de seu próprio sucesso. Em biologia , as populações cobertas de vegetação tendem a ficar sem comida ou algum outro recurso .
No caso de metanógenos , este recurso limitação pode ter sido o elemento níquel , que estes organismos precisa para produzir enzimas metabólicas . Os níveis de níquel nos oceanos não são tipicamente muito alto.
" Se methanogens estavam a tornar-se ativo , poderiam ser limitados por níquel ", disse Rothman .
No entanto, quando a equipe verificou concentrações de níquel em amostras geológicas do Permiano Superior , eles encontraram um pico que se correspondia com as flutuações de isótopos de carbono. A fonte desta abundância elevado teor de níquel era mais provável que a atividade vulcânica na Sibéria , onde maiores depósitos de níquel do mundo estão localizados. Esse pico de níquel permitiu methanogens a decolar.
"É uma boa confirmação , pois fecha um círculo, por assim dizer, ao trazer a história de volta para o vulcanismo ", disse Rothman .
"É uma idéia nova que vai precisar de um monte de testes para ver se ele tem 'pernas' ", disse o geólogo David Bottjer da Universidade do Sul da Califórnia, que não estava envolvido com este trabalho.
Os argumentos parecem válidas para ele, mas vai demorar algum tempo para que " o processo da ciência para se descontrair como podemos ver como essa nova idéia resiste aos mecanismos anteriormente propostos. "
Rothman disseram que estão actualmente a estudar se os methanogens pode ter deixado algum tipo de biomarcador , por exemplo, um composto orgânico , o que poderia fornecer um apoio adicional para o cenário. " [ Os autores ] têm feito um trabalho muito bom ligando as últimas restrições de idade cronológica geo- na duração da extinção com as mudanças no ciclo de carbono", disse o paleontólogo Douglas Erwin , da Smithsonian Institution.
Mas Erwin pensa que a ênfase na methanogens é equivocada .
"A sugestão de que o PT [ extinção ] foi instigado por uma " inovação microbiana específica "sugere um mal-entendido de causalidade ", disse ele .
Para o seu pensamento , o vulcanismo é a causa final , uma vez que desencadeou o crescimento methanogen criando condições favoráveis.
Rothman admite que é uma maneira de olhar para ele, mas ele não acha que os vulcões (e sua libertação de níquel ) foram necessários para o crescimento microbiano explosivo. Em vez disso, ele chama o vulcanismo um "evento catalisador" que ajudou a impulsionar a inovação genética.
" Há um componente aleatório para a evolução biológica ", disse Fournier . "Esta transferência de genes ocorre por acaso, mas só é selecionado para e se expande através de uma população quando se transmite uma vantagem específica , que seria realizado sob essas condições [ provocadas pelo vulcanismo ] . "
De qualquer forma , é impressionante como interdependentes todos esses diferentes elementos parecem ter sido .
" A implicação clara é que a vida eo meio ambiente co-evoluíram ", disse Rothman .
A imagem no topo da página por Jonathan Blair mostra a 10 pés (0,3 metros ) predador Dinogorgon , cujo crânio é mostrado várzeas no coração da África do Sul de hoje. Em menos de um milhão de anos Dinogorgon desapareceu na maior extinção em massa que nunca, junto com cerca de nove em cada dez espécies vegetais e animais do planeta.
The Daily Galaxy via Michael Schirber / AStrobio.net
Crédito da imagem: top de pagehttp://images.nationalgeographic.com/wpf/media-live/photos/000/009/cache/dinogorgon_923_600x450.jpg
