Da sich unsere lebende Arche um die Sonne dreht, ist ihre Stromschleife ziemlich kreisförmig. Aber die Umlaufbahn der Erde ist nicht so stabil, wie Sie denken. Alle 405 Jahre dehnt sich die Umlaufbahn unseres Planeten aus und wird um 5 % elliptischer und kehrt dann zu einer gleichmäßigeren Flugbahn zurück. Dieser Zyklus bekannt als Orbitale Exzentrizität, führt zu Veränderungen des globalen Klimas, aber wie genau es das Leben auf der Erde beeinflusst, war unbekannt. Jetzt deuten neue Beweise darauf hin, dass Schwankungen in der Erdumlaufbahn die biologische Evolution beeinflussen können.
Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung des Paläozeanographen Luc Beaufort vom französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) fand Anzeichen dafür, dass die orbitale Exzentrizität die evolutionären Ausbrüche neuer Arten begünstigt, zumindest im photosynthetischen Plankton (Phytoplankton). Coccolithophores sind mikroskopisch kleine, sonnengespeiste Algen, die Kalksteinplatten um weiche einzellige Körper bauen. Diese Kalksteinschalen, Coccolithe genannt, sind im Fossilienbestand äußerst häufig und tauchten erstmals vor etwa 215 Millionen Jahren in der oberen Trias auf. Diese Ozeandrifter sind so zahlreich, dass sie einen enormen Beitrag zum Nährstoffkreislauf der Erde leisten, sodass Kräfte, die ihre Anwesenheit verändern, die Systeme unseres Planeten beeinflussen können.
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Unter Verwendung automatisierter Mikroskopie mit künstlicher Intelligenz maßen Beaufort und seine Kollegen 9 Millionen Coccolithen über 2,8 Millionen Jahre Evolution im Indischen und Pazifischen Ozean. Mit gut datierten Proben von ozeanischen Sedimentgesteinen konnten sie dies tun werden unglaublich detaillierte Auflösung - etwa 2 Jahre. Die Forscher konnten die Größenbereiche der Coccolithen verwenden, um die Anzahl der Arten abzuschätzen, da frühere genetische Studien bestätigt hatten, dass verschiedene Arten von Coccolithophoren in der Familie der Noelaerhabdaceae anhand der Zellgröße unterschieden werden können.
Sie fanden heraus, dass die durchschnittliche Länge des Coccolithen einem regelmäßigen Zyklus folgt, der dem 405-Jahres-Zyklus der Exzentrizität der Umlaufbahn entspricht. Die größte durchschnittliche Coccolithgröße erschien mit einer leichten Zeitverzögerung nach der maximalen Exzentrizität. Dies geschah unabhängig davon, ob sich die Erde in einem glazialen oder interglazialen Zustand befand.
„Im modernen Ozean ist die Phytoplankton-Diversität in den Tropen am größten, wahrscheinlich aufgrund hoher Temperaturen und stabiler Bedingungen, während der saisonale Artenwechsel in den mittleren Breiten aufgrund des starken saisonalen Temperaturkontrasts am höchsten ist“, erklären Beaufort und Kollegen in ihrer Arbeit
Sie fanden heraus, dass sich dasselbe Muster auf allen von ihnen untersuchten großen Zeitskalen abspielte. Je elliptischer die Umlaufbahn der Erde wird, desto ausgeprägter werden die Jahreszeiten um ihren Äquator. Diese unterschiedlichen Bedingungen ermutigten Coccolithophoren, sich zu diversifizieren und mehr Arten zu produzieren. Die letzte evolutionäre Phase, die das Team entdeckte, begann vor etwa 550 Jahren – ein Strahlungsereignis, während dessen neue Arten von Gephyrocapsa auftauchten. Beaufort und seine Kollegen bestätigten diese Interpretation anhand genetischer Daten von noch existierenden Arten. Anhand von Daten aus beiden Ozeanen konnten sie auch zwischen lokalen und globalen Ereignissen unterscheiden.
Durch die Berechnung der Massenanreicherungsrate in Sedimentproben fanden die Forscher außerdem den möglichen Einfluss morphologisch unterschiedlicher Arten auf den Kohlenstoffkreislauf der Erde heraus, den sie mit Hilfe der Photosynthese und der Produktion von Kalkstein (CaCO3)-Schalen regulieren können.
Angesichts dieser Ergebnisse und anderer unterstützender Studien schlagen Beaufort und Kollegen vor, dass die Verzögerung zwischen orbitaler Exzentrizität und Klimawandel darauf hindeuten könnte, dass „Coccolithophores eher antreiben als nur auf Veränderungen im Kohlenstoffkreislauf zu reagieren“.
Mit anderen Worten, diese Mikroorganismen können zusammen mit anderem Phytoplankton als Reaktion auf diese orbitalen Ereignisse zum Klimawandel der Erde beitragen. Es sind jedoch weitere Arbeiten erforderlich, um dies zu bestätigen.
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