DAS FOSSIL, PROPHET DER ZUKUNFT

Am 11 April 2023 / IBI World Schweden, Industrie / Einen Kommentar abgeben

Das Industriezeitalter hat die Menschheit einen tiefgreifenden Klimawandel gekostet, der sich in einem noch nie dagewesenen Tempo vollzieht. Dieser Prozess ähnelt den raschen Veränderungen, die die Ökosysteme der Erde in ihrer geologischen Vergangenheit betroffen haben und die uns daher helfen können, künftige Entscheidungen vorherzusagen und zu treffen. Oder uns zumindest sagen, warum bestimmte Entscheidungen aufgrund der Erfahrungen aus Millionen von Jahren Erdgeschichte schlimme Folgen haben können.

In den letzten 500 Millionen Jahren hat unser Planet mindestens fünf katastrophale Perioden erlebt, die zum Aussterben von mehr als 90 Prozent der damals auf der Erde lebenden Organismen geführt haben. Nach Angaben der Paläontologie, d. h. der wissenschaftlichen Erforschung der Vorgeschichte, fand das letzte „Massenaussterben“ vor 66 Millionen Jahren statt und markierte die Grenze zwischen der Kreidezeit und dem Paläozän. Dabei wurden etwa 76 % aller lebenden Arten auf der Erde ausgelöscht, einschließlich der Dinosaurier, die keine Vögel waren^[1].

Wie bereits erwähnt, untersucht die Paläontologie die lebende Welt vergangener Zeitalter und versucht, ihre Geschichte, ihre Naturgesetze und ihre Entwicklung zu rekonstruieren. Eine der wichtigsten Aufgaben der Wissenschaft besteht darin, die natürlichen Bedingungen zu rekonstruieren, unter denen sich das Leben auf der Erde zu verschiedenen Zeiten ihrer Geschichte entwickelt hat. Dies geschieht durch das Studium der Überreste von Organismen und Gesteinen, denn sie tragen die Spuren der Zeit, in der sie entstanden sind, und wir wissen heute, dass das Klima ein wichtiger Faktor ist, der das Leben und die Bildung von Mineralien und Gesteinen beeinflusst^[2]. Die Welt der Paläontologie wird ständig durch neue Entdeckungen bereichert, die uns helfen, die Gegenwart zu verstehen und an die Zukunft zu denken.

Eine Bedrohung für die biologische Vielfalt

Die Tierarten sind voneinander abhängig, um ihre Existenz und damit die biologische Vielfalt zu sichern[3]

Mit der zunehmenden anthropogenen Belastung (dem Einfluss des Menschen auf den Planeten) nimmt die Vielfalt in der Biosphäre (dem bewohnbaren Teil der Erde, am Boden und in der Luft) rapide ab und stellt das größte Umweltproblem dar, dem wir heute gegenüberstehen. In einer Studie mit dem Titel „Integrating Conservation Biology and Palaeobiology for Biodiversity and Ecosystem Management in a Changing World“ (Integration von Naturschutzbiologie und Paläobiologie für die Bewirtschaftung der biologischen Vielfalt und der Ökosysteme in einer sich verändernden Welt) betonen die Wissenschaftler die Bedeutung paläontologischer Daten aus tiefer Zeit (vor mehr als 2 Millionen Jahren) für die Festlegung von Prioritäten für die Erhaltung von Arten und die Durchführung wirksamer Erhaltungsmaßnahmen^[4].

Wissenschaftler vermuten, dass paläontologische Daten aus Fossilien die Zukunft vorhersagen können und möglicherweise mehr Hinweise auf die Erhaltung des Lebens geben, als derzeit bekannt ist, und uns Informationen über die Gründe für das Aussterben von Arten liefern. Die Wissenschaftler vergleichen Ereignisse in der Tiefsee mit vom Menschen verursachten Prozessen. Durch diesen Vergleich kann die wahrscheinliche langfristige Reaktion von Arten und Ökosystemen auf abiotische Stressfaktoren (nicht-tierische Stressfaktoren wie Trockenheit, Salzgehalt, Frost und übermäßige Hitze) ermittelt werden. Die Geschwindigkeit, mit der Pflanzengemeinschaften nach einem Massenaussterben vor 66 Millionen Jahren verschwanden oder sich veränderten, kann beispielsweise zur Entwicklung eines Wiederaufforstungsprogramms in Regionen genutzt werden, die durch anthropogenen Druck (durch menschliche Aktivitäten verursachte Umweltveränderungen) stark geschädigt wurden.

Die Untersuchung der Verringerung der Körpergröße von Säugetieren in Zeiten anhaltend hoher Temperaturen kann dazu dienen, Veränderungen in der Zusammensetzung und Funktion künftiger Tiergemeinschaften als Reaktion auf den Klimawandel vorherzusagen. Das Verständnis der Mechanismen des Aussterbens pelagischer Haie zu Beginn des Miozäns könnte beispielsweise Aufschluss über die abiotischen Faktoren geben, die heute den Rückgang der Haie im offenen Ozean verursachen. Die Tiefenzeitanalyse ist daher eine wertvolle Informationsquelle für die Vorhersage der Reaktion von Arten auf veränderte Umweltbedingungen. Allerdings ist bei der Interpretation der Schlussfolgerungen eine gewisse Vorsicht geboten, da sie nicht alle Aspekte unserer natürlichen Reaktionen berücksichtigen können^[5].

In den Fußstapfen der Dinosaurier

Zeitliches Muster des Alters der Erde[6]

Bisher war man davon ausgegangen, dass das warme, flache Klima des frühen Mesozoikums die beste Umgebung für Dinosaurier war. Neue Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass sie perfekt an kalte Bedingungen angepasst waren und eiskalte Winter erfolgreich überlebten – ein entscheidender Faktor für ihr Überleben in der späten Trias. Nach Ansicht vieler Wissenschaftler wurde das Massenaussterben, das mehr als drei Viertel aller Land- und Meerestiere, darunter Krebstiere, Korallen und alle großen Reptilien, auslöschte, später durch ausgedehnte Vulkanausbrüche ausgelöst, die auf tektonische Plattenbewegungen^[7] zurückzuführen sind.

Darüber hinaus könnten die Eruptionen eine Explosion von Kohlendioxid in der Atmosphäre ausgelöst haben, die die ohnehin schon hohen Werte noch weiter ansteigen ließ, tödliche Temperaturspitzen an Land verursachte und das Meerwasser für viele Lebewesen zu sauer machte. Die Autoren der neuen Studie vermuten, dass in den intensivsten Phasen der Eruptionen Schwefelaerosole ausgestoßen wurden, die so viel Sonnenlicht reflektierten, dass sie zu wiederholten globalen vulkanischen Wintern führten, die ein Jahrzehnt oder länger andauern konnten; selbst in den Tropen konnte es zu lang anhaltenden Frösten kommen. Dies führte zum Tod der nicht isolierten Reptilien, aber isolierte, an die Kälte angepasste Dinosaurier konnten überleben.

Die Resistenz gegen Kälte ist auf das wahrscheinliche Vorhandensein von Proto-Perlen (Vorläufer der modernen Vogelfedern, hornartige Hautformationen, die einige Dinosaurier vermutlich hatten) bei vielen Mitgliedern der Spezies zurückzuführen, sowie auf ein Warmblutsystem und einen hohen Stoffwechsel, die es den Dinosauriern ermöglichten, die Dunkelheit und Kälte der vulkanischen Winter zu überleben und sich auszudehnen, um die Erde für die nächsten 135 Millionen Jahre zu beherrschen^[8].

Die aktuelle Forschung zum Klimawandel konzentriert sich auf das Phänomen der globalen Erwärmung, insbesondere in den Polarregionen. Die Wissenschaftler versuchen, das Leben in einer wärmeren Welt zu simulieren und die möglichen Folgen abzumildern. Die Veränderungen sind sehr kompliziert, und die Erforschung der alten Arktis kann sehr nützlich sein, insbesondere um zu verstehen, wie sich Niederschlag und Temperatur auf Wirbeltierpopulationen auswirken^[9].

Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Anthony Fiorillo, Paläontologe an der Southern Methodist University in Dallas, Texas, hat eine Studie über die Kreidezeit im Norden des amerikanischen Kontinents durchgeführt. Die Bedeutung des Zeitraums und des Geländes liegt darin, dass sich die Erde zu dieser Zeit in einem Zustand schrumpfender bewohnbarer Gebiete befand und es uns ermöglicht, zu modellieren, was wir sehen könnten, wenn die globale Erwärmung anhält und das Klima so warm und feucht wird wie in der Kreidezeit^[10].

Parallelen zwischen tiefgreifenden Ereignissen und anthropogenen Veränderungen^[11]

Wissenschaftler identifizierten zwei entscheidende Klimaparameter und wiesen ihre Rolle bei der Gestaltung von Tier- und Pflanzenpopulationen im arktischen Alaska anhand von zwei Familien pflanzenfressender Dinosaurier (Hadrosauridae und Ceratopsidae) nach, die für die Gesundheit des Ökosystems, in dem sie lebten, entscheidend waren. Die Studie legt nahe, dass der mittlere Jahresniederschlag eine wichtigere Rolle bei der Bestimmung der Verbreitung pflanzenfressender Dinosaurier spielte als die mittlere Jahrestemperatur^[12].

In der Studie wurden die Tier- und Pflanzenwelt und die früheren klimatischen Bedingungen des terrestrischen Ökosystems Alaskas untersucht. Es ist nicht möglich, die Veränderungsrate zu analysieren, die in der Kreidezeit sehr unterschiedlich gewesen sein kann, aber es ist möglich, das Aussehen einer eisfreien Küste zu rekonstruieren und zu sehen, wie Flüsse und Überschwemmungsgebiete auf die Frühjahrsschmelze der Berge reagieren würden, wenn nicht alles zugefroren wäre, sowie die Verteilung von Pflanzen und Tieren zu beobachten^[13].

Die biologische Vielfalt reagiert empfindlich auf jede Klimaänderung und befindet sich derzeit in einem kritischen Zustand. Angesichts der Gemeinsamkeiten von Ereignissen wie hyperthermischen Ereignissen, Lebensraumverlust und Umweltverschmutzung stellt sich die Frage: Kann uns das Risiko des Artensterbens bei vergangenen Massenkatastrophen bei der Vorhersage der aktuellen Krise der biologischen Vielfalt helfen? Die von der Royal Society veröffentlichte Studie basiert auf einem Aussterberisikomodell, das einen Algorithmus des maschinellen Lernens verwendet, der auf einer Reihe von Meeresfossilien beruht, die das Aussterben im späten Perm, in der späten Trias und in der späten Kreidezeit (vor 252, 200 und 66 Millionen Jahren) bezeugen^[14].

Es sei darauf hingewiesen, dass die Massenaussterben des späten Perm und der Trias mit dem Ausbruch großer Eruptionsgebiete (Gebiete mit extrem großen Ansammlungen magmatischer Gesteine) in Verbindung gebracht werden, die zu kaskadenartigen Umweltveränderungen wie Erwärmung durch Treibhausgasemissionen, Sauerstoffmangel und Versauerung der Ozeane führten. Die Kreidezeit ist nicht so eindeutig, da die massiven Vulkanausbrüche mit dem Einschlag eines großen Meteoriten auf der Erde zusammenfielen, was zu thermischem Stress in Form eines extremen regionalen Erwärmungsimpulses um die Einschlagstelle und kurzfristig (zehn Jahre) zu einer extremen Abkühlung des globalen Klimas führte, gefolgt von einer Versauerung der Ozeane und einer Verringerung des Wachstums organischer Stoffe auf längeren Zeitskalen. Mit anderen Worten: Die Ausgangsbedingungen können nicht mit denjenigen übereinstimmen, die wir mit größerer Sicherheit kennen^[15].

Die Analyse zeigt, dass es zwar eine gewisse Ähnlichkeit in den Mustern der Aussterbungsselektivität zwischen alten Krisen gibt, die Selektivität aber nicht konstant ist, was zu einer schlechten Vorhersageleistung führt. Wie bei der Meteorologie können wir eine Vermutung anstellen, aber wir können die Realität nicht mit Sicherheit vorhersagen.

Darüber hinaus hängt die Schwierigkeit der Vorhersage mit den Unterschieden in der Art und Weise zusammen, wie sich die Bedrohungen der biologischen Vielfalt in der geologischen Vergangenheit im Vergleich zu heute manifestiert haben. So hat die anthropogene Verschmutzung heute ein viel größeres Ausmaß und umfasst auch synthetische Stoffe, während die Einschleppung (die absichtliche oder zufällige Entnahme von Lebewesen außerhalb ihrer natürlichen Lebensräume durch den Menschen) wahrscheinlich in einem viel größeren räumlichen Maßstab und mit einer viel schnelleren Geschwindigkeit erfolgt. Die Größe des geografischen Gebiets und der Reichtum der darin lebenden Arten bieten zweifellos Vorteile für das Überleben, sind aber weniger entscheidend für das Massenaussterben^[16].

Die Auswirkungen der Kontinentalverschiebung

Vor zwei Milliarden Jahren schlägt ein Asteroid auf der Erde ein und verändert das ökologische Gleichgewicht für Millionen von Jahren[17]

Zu Beginn der Erdgeschichte dominierte der atmosphärische Sauerstoff gegenüber dem gelösten Sauerstoff in den Ozeanen. Ein internationales Team von Wissenschaftlern bietet nun jedoch eine alternative Sichtweise dieser Rekonstruktion an und betont die Bedeutung der horizontalen Bewegung tektonischer Platten und der ungleichmäßigen Verteilung des gelösten Sauerstoffs an der Oberfläche und auf dem Meeresboden für die Diffusion von Sauerstoff im Boden, im Meer und in der Luft^[18].

Die Studie zeigt, dass der Sauerstoffgehalt in den Weltmeeren instabil ist und in Abständen von mehreren tausend Jahren schwankt. Vermutlich könnten solche Schwankungen eine Schlüsselrolle bei der starken Zunahme der Artenvielfalt spielen, wie sie zu Beginn des Paläozoikums stattfand, als es zur so genannten kambrischen Explosion kam (d. h. der enormen Zunahme der Funde fossiler Überreste von Lebewesen in Ablagerungen aus der frühen kambrischen Periode, die auf den Beginn des Paläozoikums, vor etwa 538,8 Millionen Jahren, datiert wird). Die Bewegung der Kontinente könnte für diese Instabilität verantwortlich sein^[19].

Obwohl die Kontinentaldrift langsam und unmerklich zu sein scheint und scheinbar keine dramatischen Veränderungen hervorrufen kann, wirkt sie sich direkt auf die Bewegung des Meereswassers aus. Das Oberflächenwasser wird kälter und schwerer, wenn es sich den Polen nähert, und sinkt mitsamt dem darin enthaltenen Sauerstoff nach unten, was die Entwicklung eines Bioms (einer spezifischen terrestrischen Umgebung, die durch eine bestimmte Vegetation gekennzeichnet ist) und eines Klimas am Meeresboden fördert. Durch die Kraft der Aufwinde werden organische Stoffe an die Oberfläche befördert, was das Wachstum des Planktons auslöst. Dieser Zyklus ist ein Schlüsselfaktor für die Vielfalt und die Verteilung des Meereslebens^[20].

Der Studie zufolge könnte dieser zyklische Prozess unterbrochen oder sogar ganz gestoppt werden, was erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung der Meereslebewesen auf globaler Ebene hätte, wenn sich die Auswirkungen der Menschheit auf den Planeten als zu gravierend erweisen. Mit der Studie der Universität Sydney sollten die Auswirkungen der globalen Erwärmung auf die Zirkulationsrate in der Tiefsee – die so genannte Förderbandrate (d. h. die konstanten Unterwasserströmungen) – ermittelt werden. Die Wissenschaftler glauben, dass dies sehr wichtig für die Vorhersage der Dynamik der Ozeantemperatur und der Auflösung von Kohlendioxid ist.

Bislang wurde etwa ein Viertel des durch menschliche Aktivitäten erzeugten Kohlendioxids (und mehr als 90% der damit verbundenen überschüssigen Wärme) ohne größere Probleme vom Meer aufgenommen^[21]. Kleine Organismen, die im Wasser treiben, nutzen gelöstes Kohlendioxid zum Aufbau von Skeletten und Schalen. Am Ende ihres Lebenszyklus sinken die Organismen auf den Grund und nehmen dabei den Kohlenstoff mit, den sie während ihres Lebens gesammelt haben. Auf diese Weise sammelt sich am Meeresboden ständig eine Masse von Sedimenten an, ein globaler Kohlenstoffspeicher^[22].

Das so genannte ozeanische Förderband, dank dessen heute mit den Mitteln der Paläontologie und Geologie große Klimaveränderungen vorhergesagt werden können[23]

Dank der geologischen Dokumentation des Meeresbodens, der Kenntnis seiner Form und der Analyse des Sedimentationszyklus am Meeresboden konnten die Wissenschaftler nachvollziehen, wann und wo die Sedimentation aufgehört hat. Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass die Sedimentation 13 Millionen Jahre lang praktisch ununterbrochen stattfand, was mit einem Rückgang der Durchschnittstemperatur des Planeten und dem Wachstum der Eiskappen an Land einherging. Dies deutet darauf hin, dass sich das Förderband der Ozeane allmählich verlangsamt hat, verglichen mit der Zeit, als die Temperaturen auf der Erde drei bis vier Grad höher waren als heute und die Strömungen in der Tiefsee viel schneller waren^[24].

Unabhängige Studien unter Verwendung von Satellitendaten zeigen, dass die großräumige Ozeanzirkulation und die Ozeanwirbel in den letzten zwei bis drei Jahrzehnten der globalen Erwärmung aktiver geworden sind. Dies zeigt auch eine Untersuchung des Meeresbodens um Neuseeland, bei der sich herausstellte, dass die Produktion von konservierten Muscheln in Form von Karbonatsedimenten in früheren Perioden der globalen Erwärmung größer war, obwohl die Ozeane zu dieser Zeit versauert waren. Die Kombination dieser Ergebnisse lässt den Schluss zu, dass wärmere Ozeane nicht nur eine aktivere Tiefenzirkulation aufweisen, sondern möglicherweise auch den Kohlenstoff effizienter speichern^[25]. Um sicher zu sein, ist jedoch eine umfassendere Analyse der geologischen Geschichte der Ozeanbecken erforderlich.

Ein weiterer interessanter Vorschlag wurde von einem internationalen Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Forschern der Trinity College School of Science in Dublin unterbreitet. Durch die chemische Analyse alter Schlammsedimente aus einem 1,5 km tiefen Bohrloch in Wales konnten die Wissenschaftler zwei Schlüsselereignisse miteinander in Verbindung bringen, die vor etwa 183 Millionen Jahren (der Toar-Periode) stattfanden und zu einer plötzlichen Erwärmung des Erdklimas und anschließenden globalen Ökosystemveränderungen führten. Dieser Zeitraum ist gekennzeichnet durch katastrophale vulkanische Aktivitäten, die so genannten Great Eruption Provinces (LIPs), und damit verbundene Treibhausgasemissionen auf der südlichen Hemisphäre, wo sich heute das südliche Afrika, die Antarktis und Australien befinden^[26].

Globale Modelle zur Rekonstruktion tektonischer Platten und ihrer Bewegung sowie Quecksilberkonzentrationen in Sedimentgestein des unteren Taurus halfen dem Team, einen grundlegenden geologischen Prozess zu entdecken. Wenn sich die Geschwindigkeit der Kontinentalplatten aufgrund einer Richtungsänderung auf nahezu Null verlangsamt, können Ströme von heißem Magma, die sich von der Basis des Erdmantels in die Nähe des Erdkerns bewegen, an die Oberfläche steigen und große Vulkanausbrüche und damit verbundene Klimastörungen und Massenaussterben verursachen. Mit anderen Worten: Eine normale Geschwindigkeit der Kontinentalplattenbewegung von wenigen Zentimetern pro Jahr verhindert effektiv, dass Magma in die kontinentale Erdkruste eindringt^[27].

Aktualisierung der Paläontologie

Ein Modell, das Veränderungen in der Plattenbewegung mit Oberflächenmagmatismus verbindet^[28]

Um vergangene Klimabildungsprozesse zu verstehen und künftige Veränderungen vorhersagen und ihre Folgen abmildern zu können, ist ein integrierter Ansatz aus allen wissenschaftlichen Disziplinen unerlässlich. In diesem Zusammenhang kann die Paläontologie eine einzigartige Perspektive auf vergangene biologische Veränderungen bieten. Insbesondere ermöglicht die Paläontologie eine systematische Bewertung der Auswirkungen vergangener Klimaveränderungen und der Parallelen zu aktuellen Veränderungen, z. B. durch die Vorhersage der Reaktion der Biota (des Komplexes der in einem bestimmten Ökosystem lebenden pflanzlichen und tierischen Organismen) auf den Klimawandel, was zur Vorhersage von r und Artenverschiebungen, lokalem Aussterben, Veränderungen von Biomen und mehr beiträgt.

Dennoch ist der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) der Ansicht, dass die Paläontologie derzeit nicht in der Lage ist, politisch relevante Informationen über die Auswirkungen des Klimawandels zu liefern. Nach Ansicht von Klimaexperten betrachtet die Paläontologie viel längere Zeiträume als die, die im Rahmen der Arbeit von Klimaschutzorganisationen als relevant angesehen werden.

Am Beispiel von Studien über das Massenaussterben von Arten bei unterschiedlichen Erwärmungsgraden vertritt die im Auftrag der Vereinten Nationen tätige wissenschaftliche Gruppe die Auffassung, dass die Verbesserung der Zuverlässigkeit von Angaben und die Quantifizierung der prognostizierten Verluste eine Priorität für die Forschung der Paläontologen sein sollte. Eines der Hauptziele der IPCC-Arbeitsgruppe ist es, die Anfälligkeit verschiedener Systeme für den Klimawandel zu ermitteln, während sich die meisten paläontologischen Forschungen bisher auf einen einzelnen Aspekt der Anfälligkeit konzentriert haben, anstatt das Thema umfassender zu untersuchen.

Dem IPCC zufolge könnte der Beitrag der Paläontologie zur politikrelevanten Klimafolgenforschung durch gezieltere Forschung, die ausdrückliche Berücksichtigung von Zeitskalen und vor allem durch eine bessere Strukturierung und Berichterstattung verbessert werden. Die Fossilienaufzeichnungen sind zweifellos von großer Bedeutung für das Verständnis der Mechanismen des Lebenszyklus unseres Planeten, wobei die Kenntnis langer Zeitreihen von Umweltveränderungen den Wissenschaftlern helfen kann, zukünftige Umweltreaktionen vorherzusagen^[29].

Es ist jedoch anzumerken, dass die meisten Studien und Schlussfolgerungen indirekt und hypothetisch sind, Beziehungen, die durch die Worte „wahrscheinlich“, „möglich“, „vorhergesagt“, „vorhersehbar“ und „wahrscheinlich“ unterbrochen werden. Die Welt um uns herum ist kein geschlossenes und vorhersehbares System, sondern ein großer lebender Organismus, der sich ständig in einem aktiven und dynamischen Zustand befindet, in dem Vorhersagen Vorhersagen bleiben. Es liegt noch ein langer Weg vor uns.

^[1] https://www.nationalgeographic.com/science/article/mass-extinction

^[2] https://postnauka.ru/faq/68269

[3] https://www.biologyonline.com/dictionary/biodiversity

^[4] https://www.frontiersin.org/research-topics/23453/integrating-conservation-biology-and-paleobiology-to-manage-biodiversity-and-ecosystems-in-a-changing-world#articles

^[5] https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fevo.2022.959364/full

[6] https://www.geologyin.com/2016/12/10-interesting-facts-about-geological.html

^[7] https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo6342

^[8] https://news.climate.columbia.edu/2022/07/01/dinosaurs-took-over-amid-ice-not-warmth-says-a-new-study-of-ancient-mass-extinction/

^[9] https://www.smithsonianmag.com/science-nature/paleontologists-are-still-puzzling-over-why-dinosaurs-ran-hot-180980307/

^[10] https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo6342

^[11] https://www.zora.uzh.ch/id/eprint/224628/1/ZORA_pdf.pdf

^[12] https://www.mdpi.com/2076-3263/12/4/161