Metabolizm kluczem do przetrwania wielkiego wymierania

Permsko-triasowe wymieranie, zwane również wielkim wymieraniem, miało gigantyczne znaczenie w historii życia na Ziemi. W jego wyniku zniknęły całe grupy zwierząt, które przez setki milionów lat dominowały w oceanach. Szczególnie dotknięte zostały ramienionogi, zwierzęta przypominające nieco małże, a także niektóre osiadłe organizmy denne, takie jak liliowce (krynoidy). To właśnie one przez blisko 280 milionów lat stanowiły podstawę morskich ekosystemów.

Jednak nie wszystkie organizmy ucierpiały w równym stopniu. Mięczaki, do których należą małże i ślimaki, straciły „jedynie” połowę swoich gatunków. To właśnie one, wraz z rybami i szkarłupniami takimi jak rozgwiazdy i jeżowce, zdominowały oceany po wielkim wymieraniu i są ich głównymi mieszkańcami do dziś.

Opublikowane wyniki po raz pierwszy uwzględniają reakcje biologiczne zarówno grup zwierząt, które niemal całkowicie wyginęły, jak i tych które przetrwały. Kluczowym czynnikiem okazała się tolerancja na wzrost temperatury i spadek zawartości tlenu w wodzie. To właśnie te warunki, wywołane przez masowe erupcje wulkaniczne i uwolnienie ogromnych ilości gazów cieplarnianych, doprowadziły do katastrofalnych zmian w oceanach.

Zespół badawczy wykazał, że zwierzęta o wolniejszym metabolizmie, takie jak ramienionogi i liliowce, były szczególnie wrażliwe na podwyższoną temperaturę i niedobór tlenu. W przeciwieństwie do nich, bardziej aktywne i ruchliwe organizmy, wymagające szybszego metabolizmu, na przykład ryby, ślimaki czy małże, lepiej radziły sobie w nowych, trudnych warunkach środowiskowych.

Metabolizm, czyli ogół procesów chemicznych zachodzących w organizmach, okazał się podczas wielkiego wymierania decydującym czynnikiem selekcji. W erze paleozoicznej, która zakończyła się katastrofą permsko-triasową, większość morskich zwierząt prowadziła osiadły tryb życia i charakteryzowała się powolnym metabolizmem. Przykładem są właśnie ramienionogi, liliowce czy niektóre koralowce i ukwiały.

Po wielkim wymieraniu dominację przejęły organizmy o szybszym metabolizmie i większej ruchliwości. Współczesne małże, ślimaki, ryby czy jeżowce są nie tylko bardziej aktywne, ale także lepiej przystosowane do zmian środowiskowych. To właśnie dlatego dzisiaj na plażach częściej można znaleźć muszle małży i ślimaków niż ramienionogów, których obecnie istnieje zaledwie około 400 gatunków, podczas gdy liczba gatunków małży szacowana jest na 10–15 tysięcy.

Badania zespołu ze Stanford University opierają się na szeroko zakrojonych analizach fizjologicznych różnych grup zwierząt morskich. Prace terenowe prowadzono m.in. na wyspach San Juan w stanie Waszyngton, gdzie wciąż można spotkać ramienionogi. Naukowcy przeprowadzali eksperymenty zarówno w terenie, jak i w laboratorium, badając zużycie tlenu przez różne organizmy i obserwując, jak zmienia się ono wraz ze wzrostem temperatury wody.

Wyniki eksperymentów potwierdziły, że fauna paleozoiczna potrafiła żyć w wodach o niskiej zawartości tlenu, jednak przy wzroście temperatury ich powolny metabolizm nie nadążał za rosnącym zapotrzebowaniem na tlen. W efekcie, podczas gwałtownego ocieplenia i spadku poziomu tlenu, te organizmy masowo wymierały, ustępując miejsca bardziej aktywnym i odpornym gatunkom.

Naukowcy podkreślają, że warunki panujące przed wielkim wymieraniem permsko-triasowym były bardzo podobne do tych, które obserwujemy obecnie, z chłodnymi, dobrze natlenionymi oceanami. Katastrofa rozpoczęła się, gdy do atmosfery trafiły ogromne ilości dwutlenku węgla, co doprowadziło do gwałtownego ocieplenia i zmian w składzie chemicznym oceanów.

Zdaniem autorów, współczesne zmiany klimatyczne, wywołane przez działalność człowieka i emisję gazów cieplarnianych, mogą prowadzić do podobnych konsekwencji. Najnowsze prognozy wskazują, że do końca XXI wieku średnia temperatura na Ziemi może wzrosnąć o 1,5 – 4 st. C w porównaniu do epoki przedindustrialnej. Choć to mniej niż 8 -12 st. C wzrostu, który doprowadził do wielkiego wymierania, tempo obecnych zmian jest znacznie szybsze.