Fluttuazioni estreme nei livelli di ossigeno atmosferico corrispondevano a impennate evolutive ed estinzioni nella biodiversità animale durante l'esplosione del Cambriano, trova un nuovo studio condotto dall'UCL e dall'Università di Leeds.

L'esplosione del Cambriano fu un periodo cruciale di rapida evoluzione in animali complessi che iniziò circa 540 milioni di anni fa. L'innesco di questa fase fondamentale nella storia antica della vita animale è oggetto di un dibattito biologico in corso.

Lo studio, pubblicato oggi in Geoscienze naturali da scienziati del Regno Unito, Cina e Russia, fornisce un forte sostegno alla teoria secondo cui il contenuto di ossigeno nell'atmosfera era un importante fattore di controllo nell'evoluzione animale.

Lo studio è il primo a dimostrare che durante l'esplosione del Cambriano c'era una correlazione significativa tra picchi nei livelli di ossigeno e esplosioni nell'evoluzione animale e nella biodiversità, così come eventi di estinzione durante i periodi di carenza di ossigeno.

Dottor Tianchen He, autore principale dello studio e ricercatore post-dottorato presso l'Università di Leeds, ha iniziato questa ricerca mentre era all'UCL. Ha detto:"Le complesse creature che si sono formate durante l'esplosione del Cambriano sono state i precursori di molti degli animali moderni che vediamo oggi. Ma poiché non vi è alcuna registrazione diretta dell'ossigeno atmosferico durante questo periodo di tempo, è stato difficile determinare quali fattori potrebbero hanno dato il via a questo punto cruciale dell'evoluzione.

"Analizzando gli isotopi di carbonio e zolfo trovati nelle rocce antiche, siamo in grado di tracciare le variazioni di ossigeno nell'atmosfera terrestre e negli oceani poco profondi durante l'esplosione del Cambriano. Rispetto agli animali fossili dello stesso periodo, possiamo vedere chiaramente che le radiazioni evolutive seguono uno schema di "boom and bust" in tandem con i livelli di ossigeno.

"Questo suggerisce fortemente che l'ossigeno ha svolto un ruolo vitale nell'emergere della prima vita animale".

Il coautore dello studio, il professor Graham Shields dell'UCL Earth Sciences, ha dichiarato:"Questo è il primo studio a dimostrare chiaramente che i nostri primi antenati animali hanno sperimentato una serie di radiazioni evolutive e colli di bottiglia causati da cambiamenti estremi nei livelli di ossigeno atmosferico.

"Il risultato fu una vera e propria esplosione di nuove forme animali durante più di 13 milioni di anni del Periodo Cambriano. In quel periodo, La Terra è passata dall'essere popolata da semplici, organismi unicellulari e immobili ad ospitare la meravigliosa varietà di intricati, forme di vita energetiche che vediamo oggi."

Il team ha analizzato gli isotopi di carbonio e zolfo da campioni di carbonato marino raccolti da sezioni lungo i fiumi Aldan e Lena in Siberia. Durante il periodo dell'esplosione del Cambriano quest'area sarebbe stata un mare poco profondo e la casa per la maggior parte della vita animale sulla Terra.

Gli strati del Cambriano inferiore in Siberia sono composti da calcare continuo con ricchi reperti fossili e vincoli di età affidabili, fornire campioni idonei per le analisi geochimiche. Le firme isotopiche nelle rocce si riferiscono alla produzione globale di ossigeno, consentendo al team di determinare i livelli di ossigeno presenti nell'oceano e nell'atmosfera poco profondi durante il periodo Cambriano.

Il coautore dello studio Dr. Benjamin Mills, dalla School of Earth and Environment di Leeds, ha dichiarato:"La piattaforma siberiana ci offre una finestra unica sui primi ecosistemi marini. Quest'area contiene oltre la metà di tutta la diversità fossile attualmente conosciuta dall'esplosione del Cambriano.

"La combinazione delle nostre misurazioni degli isotopi con un modello matematico ci consente di tracciare gli impulsi di carbonio e zolfo che entrano nei sedimenti in questa culla evolutiva critica. Il nostro modello utilizza queste informazioni per stimare l'equilibrio globale della produzione e della distruzione dell'ossigeno, dandoci una nuova visione di come l'ossigeno ha plasmato la vita che abbiamo oggi sul pianeta".

Il coautore dello studio Maoyan Zhu dell'Istituto di geologia e paleontologia di Nanchino, Accademia cinese delle scienze, ha dichiarato:"Capire cosa ha innescato l'esplosione del Cambriano richiede uno studio multidisciplinare. Ecco perché con Graham Shields abbiamo organizzato insieme un team multidisciplinare finanziato da NERC e NSFC negli anni passati. Sono così entusiasta dei risultati di questo progetto collaborativo".

"D'altra parte, ci è voluto molto tempo per ottenere questo risultato. Abbiamo già ricevuto campioni dalla Siberia nel 2008. Le sezioni in Siberia sono di difficile accesso. Ci è voluto del tempo per organizzare la spedizione e raccogliere i campioni lì. Senza il supporto dei colleghi russi, non siamo riusciti a realizzare il progetto".

Il coautore dello studio Andrey Yu Zhuravlev della Lomonosov Moscow State University ha dichiarato:"Questo è stato uno studio congiunto incredibilmente riuscito ed emozionante. La questione dell'innesco dell'esplosione cambriana ha sconcertato gli scienziati per anni. Ora, i risultati ci forniscono prove convincenti per collegare la rapida comparsa di animali e l'estinzione di massa durante il primo Cambriano con l'ossigeno".

Il documento Possibili collegamenti tra le perturbazioni estreme dell'ossigeno e la radiazione cambriana degli animali è pubblicato in Geoscienze naturali 06 maggio 2019.