Die Erdatmosphäre besteht aus viel Stickstoff (78 Prozent), etwas Sauerstoff (21 Prozent), einem Schuss Argon (0, 93 Prozent), einer geringen Menge Kohlendioxid (0, 038 Prozent) und Spuren anderer Gase . Das war aber nicht immer so. Die Zusammensetzung der Gase in der Atmosphäre kann sich ändern (und ändert sich jetzt, wenn wir fossile Brennstoffe verbrennen), und der Fossilienbestand zeigt, wie etwas täuschend Einfaches wie Luft die Geschichte des Lebens beeinflussen kann.
Wenn Sie das heutige Nordamerika vor 300 Millionen Jahren, kurz vor dem Ende der Karbonperiode, besucht hätten, wären Sie von einer sehr ungewohnten Szene begrüßt worden. Die Landschaft war geprägt von riesigen Sümpfen mit riesigen Lykopoden (Verwandten von Klumpenmoos, die bis zu einer Größe von Bäumen wuchsen), amphibischen Wirbeltieren von bis zu 20 Fuß Länge und riesigen Arthropoden. Die Meganeura, eine Verwandte der Libelle mit einer Flügelspannweite von mehr als einem Meter, schwirrte über dem riesigen Arthropleura, einem drei Meter langen Tausendfüßler, durch die Luft. Niemals zuvor oder seitdem sind wirbellose Landtiere so groß gewachsen.
Der Auslöser für diesen zügellosen Gigantismus war ein eigenartiges, neu entwickeltes Merkmal von Pflanzen, das den Sauerstoffgehalt während des späten Karbonismus auf bis zu 35 Prozent der Atmosphäre erhöhte. Üppige Äquatorwälder erzeugten als Nebenprodukt der Photosynthese eine beträchtliche Menge Sauerstoff, aber das allein reichte nicht aus, um den Luftsauerstoff auf ein so hohes Niveau zu treiben. Ursache war die chemische Verbindung Lignin, aus der sich Pflanzen aufbauen. Bakterien dieser Zeit waren so ineffizient, Lignin in toten Pflanzen abzubauen, dass sie eine große Menge kohlenstoffreichen Pflanzenmaterials zurückließen, um sich in den Sümpfen abzuscheiden (und sich schließlich in die reichen Kohlevorkommen umzuwandeln, die dem Karbon seinen Namen gaben). . Bakterien verwenden Sauerstoff, um kohlenstoffreiches Material abzubauen, aber Lignin verhinderte diesen Prozess, bis Bakterien die Fähigkeit entwickelten, die Verbindung zu zersetzen. Diese biologische Eigenart ließ den Sauerstoffgehalt steigen.
Der Sauerstoffüberschuss ermöglichte es Amphibien, die einen Teil des Gases über ihre Haut aufnehmen, effizienter zu atmen und sich zu größeren Größen zu entwickeln. Arthropoden atmen auf andere Weise: Sie besitzen ein Netzwerk von Verzweigungsröhren, sogenannte Tracheae, die kleine Öffnungen im Exoskelett eines Wirbellosen mit seinen Zellen verbinden, und Sauerstoff sickert über dieses System durch den Körper. In einer sauerstoffreichen Atmosphäre könnte mehr Sauerstoff durch dieses verzweigte Netzwerk diffundiert werden, und dies eröffnete Evolutionswege, die es auch Arthropoden ermöglichten, zu gigantischen Anteilen zu wachsen. Die Tatsache, dass der Sauerstoff auch den Luftdruck erhöht hätte, hätte dazu geführt, dass die großen Fluginsekten dieser Zeit mit jedem Flügelschlag mehr Auftrieb bekommen hätten, sodass fliegende Arthropoden Größen erreichen konnten, die für ihre heutigen Verwandten strukturell unmöglich sind .
Während die riesigen Arthropoden herumkrabbelten und summten, variierten auch die ersten Amnioten - eidechsenähnliche Wirbeltiere, die durch ihre Fähigkeit, sich über geschälte Eier zu vermehren, ihre Verbindung zum Wasser unterbrochen hatten. Während des nächsten Kapitels der Erdgeschichte, dem Perm (vor etwa 299 Millionen bis 251 Millionen Jahren), führten diese frühen Verwandten von Dinosauriern und Säugetieren zu einer Vielzahl neuer Formen, zusammen mit den Verwandten der frühen Säugetiere (zusammen als Synapsiden bezeichnet). vor allem ökologische Dominanz gewinnen. Zum ersten Mal unterstützten terrestrische Ökosysteme ein miteinander verbundenes Netzwerk von Raubtieren und Pflanzenfressern unterschiedlicher Größe. Vor etwa 250 Millionen Jahren lebten rund 40 verschiedene Familien von Landwirbeltieren auf der ganzen Welt. Aber zum Ende der Periode wurde fast die gesamte Vielfalt durch die größte Naturkatastrophe ausgelöscht, die dieser Planet je erlebt hat.
In den Anfängen der Paläontologie haben Naturforscher die Grenzen der geologischen Geschichte durch das plötzliche, massive Verschwinden einiger Arten aus dem Fossilienbestand und das Auftreten einer neuen, anderen Fauna abgegrenzt. Sie erkannten es damals noch nicht, aber was sie taten, war das Aussterben der Massen, und das, das den Perm beendete, war vielleicht das Schlimmste in der Geschichte der Erde. Bis zu 95 Prozent aller bekannten Meerestiere wurden ausgelöscht, ebenso wie 70 Prozent der Landtiere. Der Paläontologe der Universität Bristol, Michael Benton, hat dieses Ereignis als "beinahe gestorbenes Leben" bezeichnet.
Das Erkennen eines Massensterben-Ereignisses ist jedoch nicht dasselbe, wie es zu erklären, und die Katastrophe am Ende des Perm ist vielleicht das rätselhafteste Mordgeheimnis aller Zeiten. Wissenschaftler haben eine Liste möglicher Auslöser des Aussterbens vorgeschlagen, einschließlich globaler Abkühlung, Bombardierung durch kosmische Strahlung, Verschiebung von Kontinenten und Asteroideneinwirkung. Der Hauptverdacht vieler Paläontologen ist jedoch der Ausbruch der Sibirischen Fallen, Vulkane, die fast 800.000 Quadratkilometer bedeckten von dem, was ist jetzt Russland mit Lava.
Die Erde war am Ende des Perms viel wärmer als heute. Die Atmosphäre war relativ reich an Kohlendioxid, was zu einer Treibhauswelt führte, in der es fast keine Gletscher gab. Der Ausbruch der Sibirischen Fallen hätte der Atmosphäre enorme Mengen an Treibhausgasen zugeführt, was zu einer weiteren globalen Erwärmung, einer Erhöhung des Säuregehalts des Ozeans und einer Senkung des Luftsauerstoffgehalts geführt hätte. Diese drastischen Veränderungen der Atmosphäre und die daraus resultierenden Umwelteinflüsse hätten dazu geführt, dass viele Organismen an Sauerstoffmangel erstickt wären, während andere an einem Überschuss an Kohlendioxid im Blut gestorben wären oder auf andere Weise umgekommen wären, weil sie physiologisch nicht in der Lage gewesen wären, mit diesen neuen zu kämpfen Bedingungen. Wo einst reiche, vielfältige Organismengemeinschaften gedieh, blieben durch das Aussterben nur „Krisengemeinschaften“ einiger weniger Arten übrig, die sich in den leeren Lebensräumen vermehrten.
Obwohl diese Veränderungen der Atmosphäre den Evolutionsbaum vor 251 Millionen Jahren stark beschnitten haben, haben sie den Planeten nicht dauerhaft unwirtlich gemacht. Das Leben entwickelte sich weiter, und der Gehalt an Sauerstoff, Kohlendioxid und anderen Gasen schwankte weiter, wodurch das Klima mehrmals vom Treibhauszustand in den Zustand der Eiskeller gebracht wurde.
Die Erde mag jetzt in eine neue Ära des Treibhauseffekts eintreten, aber das Einzigartige an der Gegenwart ist, dass die Menschen eine aktive Rolle bei der Gestaltung der Luft spielen. Der Appetit auf fossile Brennstoffe verändert die Atmosphäre auf eine Weise, die das Klima verändert und der Mischung mehr Kohlendioxid und andere Treibhausgase hinzufügt. Diese Schwankungen könnten erhebliche Auswirkungen auf das Aussterben und die Entwicklung haben.
Die gegenwärtigen Bedingungen auf der Erde sind so unterschiedlich wie im späten Perm, dass eine ähnliche Katastrophe unwahrscheinlich ist. Je mehr wir jedoch über das antike Klima erfahren, desto klarer wird, dass plötzliche Änderungen in der Atmosphäre tödlich sein können. Eine kürzlich durchgeführte Studie der Biogeochemikerin Natalia Shakhova vom International Arctic Research Center legt nahe, dass wir uns einem Wendepunkt nähern, der die globale Erwärmung, die bereits die Ökosysteme auf der ganzen Welt verändert, schnell beschleunigen könnte. Unter dem Permafrost des ostsibirischen Polarschelfs befindet sich ein riesiger Vorrat an Methan, einem der stärksten Treibhausgase. Der Permafrost wirkt wie eine gefrorene Kappe über dem Gas, aber Shakhova stellte fest, dass die Kappe ein Leck aufweist. Wissenschaftler sind sich nicht sicher, ob das Methanleck normal ist oder ein neues Produkt der globalen Erwärmung, aber wenn die aktuellen Prognosen stimmen, steigt der Meeresspiegel an und überschwemmt das ostsibirische Polargebiet, wodurch der Permafrost und das Erdreich schmelzen geben Sie noch mehr des Gases frei. Je mehr Treibhausgase sich ansammeln, desto näher rückt der Planet an diesen und andere mögliche Wendepunkte heran, die rasche Veränderungen der Lebensräume auf der ganzen Welt auslösen könnten.
Vielleicht werden sich die besonderen Bedingungen, die es Riesenarthropoden ermöglichten, durch Luft zu fliegen, die zu 35 Prozent aus Sauerstoff besteht, nie wiederholen, und wir können hoffen, dass die Erde die Katastrophe am Ende des Perm nicht wiederholt, sondern das Treibhausklima unserer Spezies fördert aktiv die Geschichte des Lebens auf der Erde zu verändern. Wie sich diese Veränderungen auf uns und die übrige Artenvielfalt der Welt auswirken werden, wird sich irgendwann in den immer weiter wachsenden Fossilienbeständen niederschlagen.
