Ilt er drivkraften bag evolutionen

Ny forskning viser en klar sammenhæng mellem mængden af ilt i atmosfæren og i verdenshavene og livets udvikling på Jorden. Den har haft en afgørende betydning for fremkomsten af celler med cellekerner.

Af Rolf Haugaard Nielsen,  lørdag 10. maj 2008 kl. 15:00

Hvad er drivkraften bag evolutionens store spring fremad, fra dengang livet opstod på vor planet og til i dag? De sædvanlige mediehit som nedslag af store asteroider og enorme vulkanudbrud har sat deres præg på livets udvikling, javist, men ny forskning viser, at en langt mere ydmyg spiller, nemlig det lille, men livgivende molekyle O2 har hovedrollen.

Et imponerende paleogeologisk detektivarbejde verden over viser med stadig stigende tydelighed, at vekslende mængder af ilt i atmosfæren og i havene direkte kan korreleres med evolutionens største tigerspring:

Udviklingen af celler med cellekerner, dyrelivets invasion af landjorden, fremkomsten af store leddyr og hvirveldyr, starten på dinosaurernes langvarige herredømme og de største masseudryddelser i Jordens historie.

Da livet opstod for omkring 3,8 milliarder år siden, var der ingen ilt i atmosfæren og havene. Iltens og livets parløb begynder for alvor med fremkomsten af de første fotosyntetiske cyanobakterier for omkring 2,7 milliarder år siden.

Vulkanisme op på land
Ved hjælp af sollysets energi omdannede bakterierne vand og kuldioxid til organiske kulstofforbindelser og ilt, og for 2,4 milliarder år siden fandt den første iltning af atmosfæren sted. Inden da var iltkoncentrationen i luften kun på omkring en 100.000 del af den nuværende, men efter den første iltning steg den til omkring en 100-del af det nuværende niveau.

Denne ændring fik afgørende betydning for livets udvikling. På et geologisk øjeblik opstod vore fjerneste forfædre: de første flercellede alger med celler og cellekerner.

Før den første iltning af luften blev cyanobakteriernes iltproduktion opslugt via geokemiske processer, og årsagen til iltningen står hen i det uvisse. Men for nylig lancerede de amerikanske geologer Lee Kump og Mark Barley en teori: At vulkanisme i vid udstrækning flyttede fra havbunden og op på land i takt med kontinenternes vækst.

Undersøiske vulkaner udsender brint og svovlbrinte, som konsumerer ilt i stor stil. Til sammenligning er den kuldioxid, som vulkaner på land udsender til atmosfæren, ikke nær så effektiv til at forbruge ilt. Samtidig udsendes der mindre brint.

Ilt i havene skaber komplekse dyr
Efter oprindelsen af de første flercellede organismer stod evolutionen i stampe gennem næsten to milliarder år, og det var længe en gåde. For ifølge den klassiske teori blev havene iltet helt ned til bunden allerede for 1,8 milliarder år siden, fordi der ikke længere var opløst jern i havvandet, der via dannelse af rust kunne fjerne den ilt, som cyanobakterierne producerede i havoverfladen.

I 1998 lancerede Don Canfield fra Nordisk Center for Jordens Udvikling på Syddansk Universitet en radikalt anderledes teori; nemlig at det iltfrie urhav blev afløst af et hav, der minder om nutidens Sortehav. Vandet var kun iltet i overfladen, mens resten af vandsøjlen var domineret af svovlbrinte.

I dag regnes eksistensen af svovlhavet for at være bevist, og forskerne er også enige om, at livsbetingelserne var vanskelige for flercellede alger. Derfor blev evolutionen sat på vågeblus indtil for 580 millioner år siden.

På det tidspunkt opstod de første store og komplekse dyr, kaldet Ediacara, og 30 millioner år senere kom så den cambriske eksplosion, hvor livet udviklede sit overdådige overflødighedshorn af dyr og planter.

I 2007 offentliggjorde Don Canfield sammen med engelske og canadiske kolleger undersøgelser af marine aflejringer i New Foundland.

»Her fandt vi bevis for, at havet få millioner år før oprindelsen af Ediacara blev iltet helt ned til bunden, mens iltmængden i atmosfæren nåede op på 15 procent af den nuværende koncentration«, siger Don Canfield. Konklusionen bestyrkes af en amerikansk forskergruppes undersøgelser af aflejringer i Oman.

Da livet invaderede landjorden
Lige siden den cambriske eksplosion har ilten og evolutionen svinget i takt; masser af tilgængelig ilt har sat fart i dyrenes og planternes udvikling, mens iltmangel ofte har ført til store masseudryddelser.

Den første dramatiske begivenhed var leddyrenes invasion af landjorden for 410 millioner år siden; i den periode var iltmængden i atmosfæren højere end i dag. I den efterfølgende tidsalder faldt de atmosfæriske koncentrationer af ilt til under nutidens niveau, og livet trak sig tilbage til oceanerne.

Livet steg op fra havet igen i kultiden og i perm, og for 300 millioner år siden satte den atmosfæriske koncentration af ilt rekord med 35 procent ilt - mod 21 procent i dag. I den periode vendte dyrene tilbage til landjorden både som leddyr og hvirveldyr, og samtidig begyndte planter og dyr for alvor at vokse sig store. Nogle eksempler er meterlange tusindben og skorpioner, gigantiske edderkopper og guldsmede med et vingespænd på over en halv meter.

Krybdyr, dinosaurer og pattedyr
Krybdyrene opstod og indtog landjorden, mens luften indeholdt mest ilt, og deres åndedrætssystem med små og stive lunger var tilpasset derefter. Men ved slutningen af trias faldt iltmængden i atmosfæren til kun 12 procent, og for 230 millioner år siden overtog en hidtil ubetydelig og upåagtet dyregruppe scenen.

Pionererne små, tobenede, hurtige og bevægelige rovdinosaurer som Eoraptor og Coelophysis. De havde lunger med luftsække som deres efterkommere, fuglene, og de benyttede sig af chancen, da iltniveauet var i bund.

Da mængden af ilt i luften gradvist steg op gennem tidsaldrene jura og kridt voksede dinosaurerne og blev til giganter som kødæderen Tyranosaurus Rex og planteæderne Brachiosaurus og Apatosaurus. Dinosaurernes herredømme på landjorden kom til at vare 165 millioner år.

Siden dinosaurerne uddøde, har iltmængderne i atmosfæren ligget tæt på nutidens niveau, og det har pattedyrene udnyttet til at vokse sig større. I pattedyr falder tætheden af blodkar pr. muskelenhed med musklernes størrelse, og derfor har store pattedyr brug for mere ilt for at opnå et optimalt stofskifte.

Menneskets umiddelbare forfædre - pattedyr med livmoder - voksede fra småkravl til mellemstore dyr allerede i de første få millioner år efter kridttidens afslutning, og pattedyrenes størrelse steg igen for 40-50 millioner år siden og for 5-23 millioner år siden. I den sidste del af den periode opstod de første fælles forfædre til aber og mennesker.

Kan iltniveauet i luft og hav igen skifte i fremtiden som følge af geologiske og biologiske processer? Svaret er ja, men heldigvis er tidsskalaen millioner af år. Tag en dyb indånding: Ilt er godt!