Uppacka historien om hur jorden matar livet, och livet förändrar jorden

Anonim

Vid en flyktig blick verkar studien av livbiologi - väldigt skild från bergarter eller geologi.

Men en blick tillbaka genom historien visar att geologiska processer har varit nyckeln till livets utveckling på jorden. Geologi har formade biologi genom att skapa gynnsamma förhållanden, och i själva verket de grundläggande "ingredienserna" för livets framväxt och utveckling.

Och nu finns det växande bevis på att detta också fungerar i omvänd: livet har på många sätt formade planetens atmosfär, oceaner och landskap.

Låt oss ta en promenad tillbaka genom tiden.


Läs mer: När Thailand och Australien var närmare grannar, tektoniskt sett


Vår planet är en levande organism

I början av 1900-talet ansåg ryska forskare att levande organismer formar sin miljö på ett sätt som gör att livet kan upprätthållas. På 1970-talet framkom en liknande idé som kallas Gaia-hypotesen i västvärlden tack vare forskarna James Lovelock och Lynn Margulis.

Livet började forma planeten så snart det uppstod, eventuellt så tidigt som 3, 7 miljarder år sedan. Därefter var strålningar från solen inte lika starka som idag och utan en liten hjälp, borde hela planeten förbli fryst.

Den lilla hjälpen kan ha kommit från bakterier som producerar metan med värmefällande gas, med betydande mängder av denna växthusgas utsläppt i atmosfären.

Mycket senare - omkring 200 miljoner år sedan - hände ett liknande förhållande i omvända. Vid den här tiden kan mer komplexa livsformar ha förhindrat en löpande uppbyggnad av koldioxid i atmosfären (sett på Venus) genom att fånga CO₂ i skelettet av marina organismer som plankton. Dessa blev sedan begravd längst ner i havet för att bilda kalkstenar.

Vi är gjorda av stjärnstoft

De kemiska element som komponerar vår kropp gjordes i en stjärnas explosion - vi är gjorda av stjärnstoft! Vi delar ursprunget för våra atomer med allt runt oss, inklusive stenar.

Men styrkor djupt i planeten Jorden också formar livet.

Vädring av berg och kontinenter i allmänhet levererar också väsentliga näringsämnen till marina livsformer. Ett exempel är fosfor, som släpps ut i floder och oceaner genom förväxling av mineralapatiten som finns i kontinentala bergarter. Fosfor är också ett byggelement i DNA-molekyler och adenosintrifosfat (ATP), det "uppladdningsbara batteriet" som ansvarar för energiförsörjning i våra celler.


Läs mer: Hur Eurasias Tianshan-berg satt ett stadium som förändrade världen


Den första utbredningen av kontinenter kunde ha varit nyckeln till den första oxidationen av atmosfären (kallad Great Oxidation Event, cirka 2, 4 miljarder år sedan). Genom att tillhandahålla väsentliga näringsämnen som fosfor skulle förväxling av de första kontinenterna ha tillåtit fotosyntetiska cyanobakterier som utgör stromatoliter för att trivas och släppa ut syre i atmosfären.

Det stora djuret behöver den lilla

År 2018 lärde vi oss att plankton började mineraliseras vid större havsdjup vid början av Jurassic Perioden (cirka 200 miljoner år sedan). Plankton producerar syre som en biprodukt av fotosyntes - och sålunda började syre att ackumulera i de grunda oceanerna och nå sin nuvarande nivå i atmosfären.

Ökningen av atmosfäriskt syre till moderna nivåer skulle ha tillåtit större organismer att blomstra (inklusive dinosaurierna), eftersom de har högre krav på detta element.

Så inte bara är plankton en viktig del av det ekologiska pusslet - eftersom så många marina livsformer beror på det - men det gav också rätt förutsättningar för utvecklingen av stora marina reptiler.


Läs mer: En karta som fyller ett gap på 500 miljoner år i jordens historia


Avsluta slingan

Så nästa fråga är naturligt: ​​vad fick plankton att mineralisera annorlunda under juraperioden? Kanske flyttar tektoniska plattor.

Mellan 300 och 175 miljoner år sedan samlades kontinentala plattor i superkontinenten Pangea. Plattrekonstruktioner visar att stora delar av denna superkontinent drev genom tropikerna mellan omkring 250 och 200 miljoner år sedan.

Till följd av detta upplevde kontinenterna mer riklig nederbörd och stenar fördjupades i större utsträckning och släppte ut till oceanerna de element som var nödvändiga för plankton för att bygga ett kalciumkarbonatskelett.

Dessa processer stänger slingan mellan biologi och geologi. Tektoniska plattor som flyttade in i troperna resulterade i ett stort utbud av element, vilket möjliggjorde uppkomsten av kalkhaltig plankton, och denna plankton var i sin tur ansvarig för den senaste stora ökningen av atmosfäriskt syre.


Läs mer: Nyfiken Barn: Hur bildades havet? Var kom allt vattnet från?


Människor är alltmer medvetna om att de har formade jorden i en aldrig tidigare skådad utsträckning på grund av utsläppen av växthusgaser kopplade till den industriella revolutionen för 200 år sedan och till jordbruksrevolutionens framkomst för omkring 8000 år sedan.

Cyanobakterier, kärlplanter och plankton har också modifierat hela kemi av jordens atmosfär långt före mänskligheten, över mycket längre tidsskalor.

Det finns emellertid slående skillnader mellan Homo sapiens å ena sidan och plankton och växter å andra sidan. Människor formar planeten på ett sätt som så småningom kan skicka arten själv till glömska (och många andra med dem).

Vår art är troligen den första som har förmågan att känna igen och mildra dess påverkan på miljön som det beror på.