Badania sugerują, że niezwykły stan ziemskiego pola magnetycznego w okresie ediakaru mógł mieć znaczący wpływ na ewolucję złożonego życia poprzez modyfikację poziomu tlenu w atmosferze. Badanie pokazuje, że w tym okresie panowało najsłabsze w historii pole magnetyczne, które mogło dostarczyć więcej tlenu, wspierając w ten sposób większe i bardziej aktywne formy życia. To lepsze zrozumienie dynamiki geomagnetycznej i ewolucyjnej zapewnia wgląd w potencjał życia na innych planetach. Źródło: SciTechDaily.com
Dowody sugerują, że miliony lat temu słabe pole magnetyczne mogło dać początek życiu.
Okres Ediacara, który trwał od około 635 do 541 milionów lat temu, był kluczowym okresem w historii Ziemi. Była to era transformacji, podczas której wyłoniły się złożone organizmy wielokomórkowe, torując drogę eksplozji życia.
Ale jak rozwinął się ten wzrost życia i jakie czynniki na Ziemi mogły się do niego przyczynić?
Naukowcy z Uniwersytetu w Rochester odkryli przekonujące dowody na to, że ziemskie pole magnetyczne znajdowało się w niezwykle nietypowym stanie, gdy makroskopowa fauna różnicowała się i kwitła w okresie ediakaru. Ich badanie zostało opublikowane w Natura Komunikacja Ziemia i środowiskoNasuwa się pytanie, czy te wahania starożytnego pola magnetycznego Ziemi doprowadziły do zmian w poziomie tlenu, które mogły mieć kluczowe znaczenie dla reprodukcji form życia miliony lat temu.
Naukowcy z Uniwersytetu w Rochester badali ziemskie pole magnetyczne w okresie przejściowym ediakaru, który trwał od około 635 do 541 milionów lat temu. Badanie rodzi pytania o to, jakie czynniki mogły przyczynić się do pojawienia się złożonych organizmów wielokomórkowych, takich jak zwierzęta ediakarskie, znane ze swojego podobieństwa do wczesnych zwierząt. Źródło: ilustracja z Uniwersytetu w Rochester/Michael Osadcio
Według Johna Tarduno, profesora Williama Kennana Jr. na Wydziale Nauk o Ziemi i Środowisku, jedną z najważniejszych form życia w okresie ediakaru były zwierzęta ediakarskie. Wyróżniały się podobieństwem do wczesnych zwierząt, z których niektóre miały ponad metr (trzy stopy) wielkości i były mobilne, co sugeruje, że mogły potrzebować więcej tlenu niż poprzednie formy życia.
„Wcześniejsze koncepcje dotyczące pojawienia się tych niesamowitych zwierząt ediakarskich uwzględniały czynniki genetyczne lub środowiskowe, ale bliski moment wystąpienia niezwykle niskiego pola magnetycznego skłonił nas do ponownego rozważenia kwestii środowiskowych, w szczególności tlenu w atmosferze i oceanach” – mówi Tarduno . Jest także dziekanem ds. badań w Wyższej Szkole Sztuki i Nauk oraz Wyższej Szkole Inżynierii i Nauk Stosowanych.
Sekrety magnetyczne Ziemi
Około 3500 km pod nami ciekłe żelazo wpływa do zewnętrznego jądra Ziemi, tworząc ochronne pole magnetyczne planety. Choć pole magnetyczne jest niewidoczne, jest ono niezbędne do życia na Ziemi, ponieważ chroni planetę przed wiatrem słonecznym – strumieniami promieniowania pochodzącego ze Słońca. Jednak pole magnetyczne Ziemi nie zawsze było tak silne, jak obecnie.
Naukowcy zasugerowali, że do pojawienia się życia zwierzęcego mogło przyczynić się niezwykle słabe pole magnetyczne. Jednakże korelacja była trudna do zbadania ze względu na ograniczone dane dotyczące natężenia pola magnetycznego w tym czasie.
Skamieniały odcisk Dickinsonii, przykładu fauny ediakarskiej, znalezionej na terenie dzisiejszej Australii. Źródło: Shuhai Xiao, Virginia Tech
Tarduno i jego zespół wykorzystali innowacyjne strategie i techniki do zbadania siły pola magnetycznego poprzez badanie magnetyzmu występującego w starożytnych kryształach skalenia i piroksenu ze skały anortozytu. Kryształy zawierają cząstki magnetyczne, które utrzymują namagnesowanie od momentu powstania minerałów. Datując skały, badacze mogą stworzyć harmonogram ewolucji ziemskiego pola magnetycznego.
Skorzystaj z zaawansowanych narzędzi, m.in. CO2 Wykorzystując w laboratorium lasery i nadprzewodzący magnetometr z interferencją kwantową (SQUID), zespół dokładnie przeanalizował kryształy i zawarty w nich magnetyzm.
Słabe pole magnetyczne
Ich dane wskazują, że ziemskie pole magnetyczne w okresie ediakaru było czasami najsłabszym znanym polem — aż do 30 razy słabszym niż dzisiejsze pole magnetyczne — i że niezwykle niskie natężenie pola utrzymywało się przez co najmniej 26 milionów lat.
Słabe pole magnetyczne naładowanych cząstek ze Słońca ułatwia usuwanie lekkich atomów, takich jak wodór, z atmosfery, powodując ich ucieczkę w przestrzeń kosmiczną. Jeśli utrata wodoru jest duża, w atmosferze może pozostać więcej tlenu, zamiast reagować z wodorem, tworząc parę wodną. Reakcje te mogą z czasem prowadzić do gromadzenia się tlenu.
Na terenach dzisiejszej Nowej Funlandii znaleziono skamieniały odcisk Fractofususa, przykładu fauny ediakarskiej, za grosz kanadyjski wielkości zbliżonej do tej. Źródło: Shuhai Xiao, Virginia Tech
Badania Tarduno i jego zespołu sugerują, że w okresie ediakaru niezwykle słabe pole magnetyczne powodowało utratę wodoru przez co najmniej dziesiątki milionów lat. Utrata ta mogła zwiększyć zawartość tlenu w atmosferze i powierzchni oceanu, umożliwiając pojawienie się bardziej zaawansowanych form życia.
Tarduno i jego zespół badawczy odkryli już wcześniej, że ziemskie pole magnetyczne odzyskało siłę w późniejszym kambrze, kiedy w zapisie kopalnym zaczęła pojawiać się większość grup zwierząt, a ochronne pole magnetyczne zostało przywrócone, umożliwiając rozkwit życia.
„Gdyby po ediakaranie pozostało bardzo słabe pole, Ziemia wyglądałaby zupełnie inaczej niż bogata w wodę planeta, jaką ma dzisiaj: utrata wody mogłaby stopniowo powodować wysuszenie Ziemi” – mówi Tarduno.
Podstawy dynamiki i ewolucji
Praca sugeruje, że zrozumienie budowy wnętrz planet ma kluczowe znaczenie w myśleniu o potencjale życia poza Ziemią.
„To niesamowite, że procesy zachodzące w jądrze Ziemi można ostatecznie powiązać z ewolucją” – mówi Tarduno. „Rozważając możliwość istnienia życia gdzie indziej, musimy także wziąć pod uwagę, w jaki sposób powstają i ewoluują wnętrza planet”.
Więcej informacji na temat tych badań można znaleźć w artykule Jak słabe pole magnetyczne Ziemi przyczyniło się do powstania złożonego życia.
Odniesienie: „Nieuchronne załamanie pola geomagnetycznego mogło przyczynić się do natlenienia atmosfery i promieniowania zwierząt w ediakaranie” – Wentao Huang, John A. Eryk J. Blackmana i Aleksieja V. Smirnoffa, Gabriela Ahrendta i Rory’ego D. Cottrella i Kennetha B. Kodamy i Richarda K. Bono i Davida J. Sepik, Yongxiang Li, Francis Nimmo, Shuhai Xiao i Michael K. Watkes, 2 maja 2024 r., Komunikacja o Ziemi i Środowisku.
doi: 10.1038/s43247-024-01360-4
Badania te były wspierane przez amerykańską National Science Foundation.
„Podróżujący ninja. Rozrabiaka. Badacz bekonów. Ekspert od ekstremalnych alkoholi. Obrońca zombie.”
