Evoluce na kyslíkový pohon  
Někdy ve středním siluru, před 439 až 409 miliony let, se na Zemi objevily cévnaté rostliny. Začaly dobývat souš a obohacovat atmosféru kyslíkem. Ten pak poháněl evoluci živočichů do větších a komplexnějších forem. Vědci se snaží zrekonstruovat, jak se v průběhu stovek milionů let měnil obsah kyslíku rozpuštěného ve vodách dávných oceánů.

 

Zvětšit obrázek
Příklad závislosti koncentrace rozpuštěného kyslíku na teplotě vody. Křivka je z měření u pobřeží Jižní Karolíny (zdroj).

Obsah kyslíku ve spodních vrstvách atmosféry a s tím související koncentrace ve vodách moří a oceánů je jedním z klíčových faktorů nevyhnutných pro zachování a další vývoj pozemského života. I když jeho první fáze trvající „pouhou“ miliardu let (od asi 3,5 do cca 2,4 miliardy let) dokazuje, že volný atmosférický kyslík nemusí být faktorem zcela nevyhnutným, je otázkou, jestli by i v anaerobních podmínkách mohla evoluce vytvořit obrovskou rozmanitost vyšších forem organismů.


Díky fotosyntetizujícím sinicím, jejichž metabolismus obohacoval atmosféru o kyslík a tím decimoval anaerobní konkurenty, se složení atmosféry začalo měnit a v období před asi 2,4 miliardou let obsah tohoto plynu začal stoupat. Tato doba se někdy nazývá velkou oxidační událostí, ale i kyslíkovou katastrofou.

Zvětšit obrázek
Šéf výzkumu Tais Wittchen Dahl z Jihodánské university (Syddansk Universitet) v Odense

 

Kyslík se přes vlastní podporu vývoje aerobních forem propracoval mezi manažery řídící nejen další evoluci živých forem, ale výrazně ovlivňoval i geochemické pochody. Horniny jsou kronikou Země, proto v nich hledáme jednotlivé kapitoly a učíme se číst různě zašifrované fascinující informace.


Na horninách, které vznikly zpevněním a částečnou proměnou sedimentů - na břidlicích - si novou metodu pro rekonstrukci obsahu kyslíku rozpuštěného ve vodách pradávných oceánů otestoval mezinárodní tým vedený mladým Taisem Wittchenem Dahlem z Syddansk Universitet v Odense. Vědci vycházeli z poznatku, že kyslík ovlivňuje rozpustnost některých minerálů a tedy i míru, jakou se z mořské vody vysrážejí. Ve 180ti vzorcích břidlic reprezentujících geologická období před 400 miliony až 1,7 miliardou let, zkoumali obsah i izotopové složení molybdátových iontů MoO42−.

Zvětšit obrázek
Mezi přírodními minerály nalezneme i molybdáty, například powelit ( CaMoO4), nebo wulfenit (PbMoO4). Příroda se ale nechová podle naší šuplíkové systematiky a v struktuře minerálů dochází k různým substitucím mezi dvojmocnými kationy prvků Ca, Mg, Cu, Mg, Cr, Pb, W, V, As nebo Ti. Na snímce jsou krystaly wulfenitu (PbMoO4) mezi krystalky fluoritu. (Zdroj)

 

Když je ve vodě více kyslíku, molybdáty se z ní vylučují jenom v malém množství a do krystalické struktury se dostává zejména lehčí izotop molybdenu 95Mo. Když ale množství kyslíku klesne a relativně k jeho obsahu stoupne koncentrace sirovodíku, molybdáty se usazují intensivněji a ve své struktuře vážou i těžší izotop 98Mo (poznámka: molybden má více izotopů s nukleonovým číslem 92 až 100, ale zmíněné dva 95 a 98 se v přírodě vyskytují nejčastěji).


Analýzy Dahlova týmu naznačují, že v průběhu poslední miliardy let došlo dvakrát k výraznému nárůstu obsahu v mořské vodě rozpuštěného kyslíku – koncem starohor, před asi 560 až 550 milióny let, což spadá do období rozmachu ediakarských forem života a pak v spodním devonu, přibližně před 400 miliony let. To dávnější zvýšení podpořilo evoluci ediakarských živočichů, jež byli schopni aktivního pohybu. Mladší spodně-devonský nárůst, spjatý s rozvojem cévnatých rostlin, pak vedl k vývoji velkých mořských živočichů, například obrovských dravých ryb.

Zvětšit obrázek
Maximální délka těl strunatců (chordata) koreluje s devonským nárůstem obsahu kyslíku ve vodách i v atmosféře. Kredit: Dahl, Canfield; PNAS 2010

 

Je hodno poznamenat, že použitá metoda, založená na obsahu a izotopovém složení molybdátů v horninách neprozradí jaká byla hodnota koncentrace kyslíku rozpuštěného v mořské vodě v době vzniku sedimentu, jenom porovnává jednotlivá období mezi sebou. Přesto se vědci snažili stanovit konkrétnější hodnoty vůči současnosti podle velikosti a fyziologických potřeb ryb a došli k závěru, že v předdevonských obdobích museli živočichové vystačit s podstatně nižší hladinou obsahu kyslíku v oceánech, a tedy i v atmosféře, než v současnosti. Jeho koncentraci odhadují na 15 až 50 % té dnešní. O výrazný nárůst se zasloužily cévnaté rostliny, jejichž rozvoj byl i v tomto směru hnací silou evoluce komplexnějších forem v živočišné říši.


Slovy Taise Dahla: „Evoluce cévnatých rostlin zcela změnila historii tím, že zajistila trvalou vysokou koncentraci kyslíku v atmosféře. To posléze vedlo k vyšším živočichům, jakými jsme i my“.


Závěry výzkumu Dahlova týmu jsou poněkud v rozporu s jinými studiemi, jejichž výsledky naznačují, že již v období ediakary (před 600 až 542 miliony let) bylo atmosférické zastoupení kyslíku blízké tomu dnešnímu (asi 21 %). A abychom nezapomněli na jednobuněčné sinice, které na počátku stiskly spoušť „kyslíkové katastrofy“. Ani dnes neztratily svůj význam a na fotosyntetické produkci kyslíku se podílejí asi z jedné čtvrtiny.

Zvětšit obrázek
Procentuální zastoupení kyslíku (zelená křivka) a poměr koncentrace oxidu uhličitého vůči dnešní hodnotě (objemových 391 ppm - šedá křivka) v atmosféře prvohor (Kambrium, Ordovik, Silur, Devon, Karbon, Perm), druhohor (Trias, Jura, Křída) a třetihor (Terciér). Zkratka PAL a čárkovaná úsečka označují současnou hladinu obou plynů (u CO2 je v hodnotě 1, protože je to základ pro poměrné porovnání, neznamená 1 %). Červená kolmice označuje hromadné vymírání na přelomu permu a triasu. Zdroj: Huey, Ward, Science 2005
Zvětšit obrázek
Hyneria byla jedním z gigantických prehistorických rybích predátorů, kteří žili před 360 miliony let v devonu. Byla asi 4 metry dlouhá a vážila možná až 2 tuny. Kosterní pozůstatky naznačují, že měla překvapivě pevné prsní ploutve, které vedou k domněnce, že se dokázala pohybovat po dně mělkých vod u pobřeží.

 

Na stránce Nature News je zveřejněný i komentář Tima Lentona z University of East Anglia v britském Norwichi, který k Dahlovmu výzkumu dodává, že koncentrace atmosferického kyslíku nemusí korelovat s koncentrací kyslíku rozpuštěného v mořské vodě. Vysvětluje to tím, že i snížení potravinových zdrojů v oceánech, které by vedlo k rapidnímu snížení počtu živočichů, může vést k zvýšené koncentraci kyslíku. Protože méně organismů znamená menší nároky na kyslík pro dýchání. S Lentonovym názorem se také dá polemizovat. Otázkou například je, jestli, vzhledem na objem vody, je dýchání mořských živočichů dostatečným faktorem, který by výrazně mohl zasáhnout do kyslíkové bilance a jestli pokles oceánských potravinových zdrojů nezačíná u planktonu, jehož složkou je i fotosyntetizující fytoplankton. A snížení fytoplanktonu stěží podpoří nárůst obsahu kyslíku.





 

 

Zdroje: Nature News

Tais W. Dahl, Emma U. Hammarlund, Ariel D. Anbare, David P. G. Bond, Benjamin C. Gill, Gwyneth W. Gordon, Andrew H. Knoll, Arne T. Nielsen, Niels H. Schovsbo, and Donald E. Canfield: Devonian rise in atmospheric oxygen correlated to the radiations of terrestrial plants and large predatory fish. Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 107 No. 39, September 28, 2010

Datum: 30.09.2010 18:31
Tisk článku

Transevoluce - Scholastická evoluce druhů a člověka - Hájek Tomáš
 
 
cena původní: 220 Kč
cena: 191 Kč
Transevoluce - Scholastická evoluce druhů a člověka
Hájek Tomáš

Diskuze:

Další chyba v popisku grafu

Vladimír Mátl,2010-10-11 20:02:21

U grafu vpravo dole je následující chyba v popisku:
Místo ediakara má být uvedeno kambrium (ediakara není prvohorní nýbrž starohorní útvar). To "zpotvořené E" na vodorovné ose vlevo ke ve skutečnosti "přeškrtnuté C", aby se odlišila zkratka kambria od karbonu (obojí v angličtině začíná na C).

Odpovědět

poslední graf

Neoslik Jan,2010-10-01 23:03:42

Poslední graf má svislou osu jednotky % kyslíku a CO2. Dole je čárkovaná čára údajně ukazující dnešní koncentraci CO2. Má hodnotu asi tak 1% CO2, což je docela ve sporu s asi 397 ppp CO2.

Odpovědět


Dagmar Gregorova,2010-10-02 08:33:56

mea culpa
...měla jsem to lépe vysvětlit. R CO2 na grafu není procentuální zastoupení - tolik CO2 by bylo povážlivé i v minulosti.
Jde o poměrnou hodnotu a PAL R CO2 je v hodnotě 1 protože znázorňuje jen současnou hladinu, jež je jen poměrným základem, vůči kterému se hodnoty z minulosti porovnávají. Takže téměř 30 (něčeho) na hranici karbon-perm není 30 % CO2 v atmosféře, ale téměř 30 x více, než je dnešní hodnota. Je to sice chytrá metoda, jak různé koncentrace převést do jednotného měřítka, ale má své nedostatky. Opravím popisek.

Pokud někoho zajímá "historická" koncentrace CO2, doporucuji stránku
http://www.ianschumacher.com/global_warming.html
je tam přesnější graf z několika výzkumů. (Upozornění, stránka je klimaskeptická, což ale nezpochybňuje hodnověrnost grafů - jsou převzaté z odborných zdrojů :)

Odpovědět

Atmosférický kyslík

Adolf Balík,2010-10-01 17:00:19

Spousta věcí nesedí pro období počínaje devonem s tím, co si vzpomínám, že jsem četl jinde. Pokud vím, někteří uvádí, že konce prvohor, zejména v permu, byla hladina kyslíku v atmosféře extrémně vysoká, kvůli čemuž mělo být i hodně požárů. Díky tomu pak tu měli žít gigantičtí pozemní členovci – obrovitý hmyz včetně vážek s ¾ m rozpětím křídel, mohutní švábi, dvoumetroví štíři, třímetroví orthorepi a stonožky. Dýchací a oběhový aparát členovců by prý neumožnil v naší koncentraci tak obří rozměry, tehdy to ale šlo. I v druhohorách mělo být většinou ve vzduchu více kyslíku, díky čemuž měla být i o něco vyšší viskozita vzduchu a mohli tu létat ty ptakoještěří příšery o rozměrech menšího aeroplánu. Když uvážím, jaká monstra musela tehdejší vegetace uživit, tak si říkám, že její produkce biomasy a proto i kyslíku, musela být úžasná, tak bych si na tu vysokou koncentraci kyslíku, o které někteří autoři píší, tipnul.

Tou dobou tu ale bývalo tepleji. Byla výrazně teplejší moře. A i teď mají chladná moře vyšší koncentraci kyslíku než teplá moře, ač hladina kyslíku v atmosféře nad nimi je stejná. Z hlediska fyzikální chemie by to nemělo překvapit. Vůbec by mě tedy nepřekvapilo, kdyby koncentrace kyslíku v atmosféře byla v mnoha epochách vyšší než dnes, ač rozpuštěný kyslík v teplé vodě tehdejších oceánů tomu nemusel být zcela úměrný.

Tak bych spíš věřil koncentraci minulého kyslíku v atmosféře těm autorům, které jsem četl před tím, než abych na ni usuzoval z koncentrace v moři.

Odpovědět

Pokles i při vymírání dinosaurů.

Pavel Dudr,2010-10-01 15:33:30

Lesch a Muller uvádějí, že před 500 Ma byl obsah kyslíku asi 10%, zatímco dnešní koncentrace byla už před 200 Ma. Jejich graf je ale velmi plynulý, spíše odhad. Zde je však také patrný pokles při vymírání dinosaurů před 65 Ma.

Odpovědět

Jaký rozpor

Stanislav Drábek,2010-10-01 07:10:30

"Závěry výzkumu Dahlova týmu jsou poněkud v rozporu s jinými studiemi...", a o pár řádek výš "došlo dvakrát k výraznému nárůstu obsahu v mořské vodě rozpuštěného kyslíku – koncem starohor ... období rozmachu ediakarských forem života...". Nějak tam ten rozpor nemůžu najít, píše bych řekl, že to naopak podporuje. Stejně jako poslední graf.

Odpovědět


Dagmar Gregorova,2010-10-01 07:23:25

Poslední graf není z Dahlovy práce. Viz zdroj.

"...došli k závěru, že v předdevonských obdobích museli živočichové vystačit s podstatně nižší hladinou obsahu kyslíku v oceánech, a tedy i v atmosféře, než v současnosti. Jeho koncentraci odhadují na 15 až 50 % té dnešní. "
"Závěry výzkumu Dahlova týmu jsou poněkud v rozporu s jinými studiemi, jejichž výsledky naznačují, že již v období ediakary (před 600 až 542 miliony let) bylo atmosférické zastoupení kyslíku blízké tomu dnešnímu (asi 21 %)."
Ediakara byla předdevonským obdobím....

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace