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Kambrische Artenexplosion: Was hat den Evolutionsboom beim Tierleben ausgelöst?
Die kambrische Artenexplosion brachte vor mehr als 500 Millionen Jahren zahlreiche neue Tiergruppen hervor. Eine neue geowissenschaftliche Auswertung legt nahe, dass das Zusammenspiel von Kontinentaldrift, Gebirgsbildung und einem ungewöhnlich schwachen Erdmagnetfeld diese Entwicklung begünstigt haben könnte. Die vorgeschlagenen Ursachenketten beruhen allerdings auf der Verknüpfung früherer Befunde und sind nicht unmittelbar nachgewiesen.
Xi’an (China). Im frühen Kambrium tauchten innerhalb eines geologisch vergleichsweise kurzen Zeitraums zahlreiche neue Baupläne von Tieren im Fossilbericht auf. Warum diese außergewöhnliche Ausbreitung der tierischen Vielfalt gerade damals stattfand, ist bis heute nicht abschließend geklärt.
Zeitgleich veränderten sich die Lage der Kontinente, die Zusammensetzung der Ozeane und der Sauerstoffgehalt von Wasser und Atmosphäre. Zudem gingen der Kambrischen Explosion ausgeprägte Vereisungsphasen voraus, die das Leben auf der Erde zeitweise vor große Herausforderungen stellten. Offen blieb, wie diese Umwälzungen miteinander zusammenhingen.
Forscher der Northwest University (NWU) um Dr. Jinlong Yao haben nun geologische, geochemische und paläobiologische Befunde zu diesen Umbrüchen zusammengeführt. Ihre wissenschaftliche Übersichtsarbeit entwickelt daraus ein Modell, nach dem mehrere Prozesse im Erdinneren über lange Zeiträume das Klima und die Lebensbedingungen in den Meeren beeinflusst haben könnten. Neue Messdaten wurden dafür nicht erhoben.
Am Anfang dieser Entwicklung steht dem Modell zufolge der Zerfall des Superkontinents Rodinia, der vor etwa 850 Millionen Jahren einsetzte. Dabei stieg aus dem Erdmantel Magma auf, und gewaltige vulkanische Gesteinsmengen gelangten an die Oberfläche. Die anschließende Verwitterung dieser Gesteine könnte der Atmosphäre so viel Kohlendioxid entzogen haben, dass sie die späteren globalen Vereisungen mit begünstigte.
Nach dem Ende dieser sogenannten Schneeball-Erde-Phasen veränderten sich Temperatur, Nährstoffkreisläufe und Sauerstoffverteilung erneut. Dies könnte die Entwicklung größerer und komplexerer Lebewesen im Ediacarium vorbereitet haben, bevor die Vielfalt tierischer Formen im Kambrium deutlich zunahm.
Eine zweite Phase begann mit der allmählichen Vereinigung vieler Landmassen zum Großkontinent Gondwana. Zwischen etwa 670 und 440 Millionen Jahren vor heute entstanden dabei ausgedehnte Gebirgsgürtel, von denen einige nach den rekonstruierten Verläufen bis zu 9.000 Kilometer lang waren. Viele lagen in warmen, niederschlagsreichen Breiten und waren deshalb intensiver Verwitterung ausgesetzt.
Mit der Abtragung dieser Gebirge gelangten dem Modell zufolge große Mengen an Sedimenten und Nährstoffen wie Phosphor in die Ozeane. Eine bessere Nährstoffversorgung könnte das Wachstum von Algen und anderen fotosynthetisch aktiven Organismen gesteigert haben. Zugleich begünstigte die Ablagerung organischen Materials möglicherweise die längerfristige Anreicherung von Sauerstoff in den Meeren und der Atmosphäre.
Auch die damaligen Kohlenstoffkreisläufe könnten das Klima beeinflusst haben. Während die Verwitterung der Gebirgsgesteine Kohlendioxid band, setzten Vulkane über den Subduktionszonen, in denen Erdplatten in den Mantel absinken, neues Kohlendioxid frei. Laut der Auswertung könnte dieses Gegenspiel extreme Abkühlung begrenzt und über längere Zeiträume vergleichsweise günstige Umweltbedingungen geschaffen haben.
Hinzu kommt ein ungewöhnlicher Zustand des Erdmagnetfelds gegen Ende des Ediacariums und zu Beginn des Kambriums. Die ausgewerteten paläomagnetischen Befunde deuten zeitweise auf eine Feldstärke von nur etwa einem Zehntel des heutigen Werts hin. Für bestimmte Abschnitte werden zudem 20 bis 25 Umpolungen pro Million Jahre rekonstruiert.