ระดับออกซิเจนที่ผันผวนอาจช่วยเร่งการวิวัฒนาการของสัตว์ได้อย่างไร

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าออกซิเจนในชั้นบรรยากาศพัฒนาขึ้นในสามขั้นตอน โดยเริ่มจากเหตุการณ์ที่เรียกว่า Great Oxidation Event เมื่อประมาณสองพันล้านปีก่อน ซึ่งเป็นช่วงที่ออกซิเจนปรากฏตัวครั้งแรกในชั้นบรรยากาศ ขั้นตอนที่สาม เมื่อประมาณ 400 ล้านปีก่อน ออกซิเจนในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นจนถึงระดับที่มีอยู่ในปัจจุบัน สิ่งที่ไม่แน่นอนคือสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงระยะที่ 2 ซึ่งเป็นยุคที่เรียกว่า Neoproterozoic Era ซึ่งเริ่มขึ้นเมื่อประมาณหนึ่งพันล้านปีก่อนและกินเวลานานประมาณ 500 ล้านปี ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ชีวิตสัตว์รูปแบบแรกเริ่มเกิดขึ้น คำถามที่นักวิทยาศาสตร์พยายามตอบคือ - มีอะไรพิเศษเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของระดับออกซิเจนในยุค Neoproterozoic ที่อาจมีบทบาทสำคัญในการวิวัฒนาการของสัตว์ในยุคแรก ๆ - ระดับออกซิเจนเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันหรือมีการเพิ่มขึ้นทีละน้อยหรือไม่? ร่องรอยฟอสซิลของสัตว์ในยุคแรกเริ่มที่รู้จักกันในชื่อ Ediacaran biota ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่ต้องการออกซิเจน ถูกพบในหินตะกอนที่มีอายุ 541 ถึง 635 ล้านปี เพื่อพยายามตอบคำถาม ทีมวิจัยของมหาวิทยาลัยลีดส์ที่ได้รับการสนับสนุนจากมหาวิทยาลัยลียง เอ็กซิเตอร์ และ UCL ได้ใช้การวัดคาร์บอนหรือไอโซโทปคาร์บอนในรูปแบบต่างๆ ที่พบในหินปูนที่นำมาจากทะเลน้ำตื้น จากอัตราส่วนไอโซโทปของคาร์บอนประเภทต่างๆ ที่พบ นักวิจัยสามารถคำนวณระดับการสังเคราะห์ด้วยแสงที่มีอยู่เมื่อหลายล้านปีก่อนและอนุมานระดับออกซิเจนในชั้นบรรยากาศได้ จากผลการคำนวณ พวกเขาสามารถสร้างบันทึกระดับออกซิเจนในชั้นบรรยากาศในช่วง 1.5 พันล้านปีที่ผ่านมา ซึ่งบอกเราว่าจะมีออกซิเจนมากเท่าใดที่จะกระจายสู่มหาสมุทรเพื่อช่วยชีวิต สัตว์ ทะเลในยุคแรกเริ่ม ดร. อเล็กซ์ เคราส์ ผู้สร้างแบบจำลองทางชีวธรณีเคมีซึ่งสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกจาก School of Earth and Environment ที่ลีดส์ และเป็นนักวิทยาศาสตร์หลักในโครงการ กล่าวว่าการค้นพบนี้ให้มุมมองใหม่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของระดับออกซิเจนบนโลก เขาเสริมว่า: "โลกยุคแรกในช่วงสองพันล้านปีแรกของการดำรงอยู่นั้นเป็นพิษ ปราศจากออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ จากนั้นระดับออกซิเจนก็เริ่มสูงขึ้น ซึ่งเรียกว่าเหตุการณ์ออกซิเดชันครั้งใหญ่ "จนถึงตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์เคยคิดว่าหลังจากเหตุการณ์ออกซิเดชั่นครั้งใหญ่ ระดับออกซิเจนจะต่ำและพุ่งสูงขึ้นก่อนที่เราจะเห็นสัตว์ตัวแรกวิวัฒนาการ หรือระดับออกซิเจนจะสูงเป็นเวลาหลายล้านปีก่อนที่สัตว์เหล่านี้จะเข้ามา "แต่การศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่าระดับออกซิเจนมีพลวัตมากกว่า มีการสั่นไหวระหว่างระดับออกซิเจนสูงและต่ำเป็นเวลานานก่อนที่ชีวิตสัตว์ในยุคแรก ๆ จะเกิดขึ้น เรากำลังเห็นช่วงเวลาที่สภาพแวดล้อมในมหาสมุทรซึ่งเป็นที่ที่สัตว์ในยุคแรก ๆ อาศัยอยู่จะ มีออกซิเจนเพียงพอ - และจากนั้นก็มีช่วงเวลาที่ไม่มี " ดร.เบนจามิน มิลส์ หัวหน้ากลุ่ม Earth Evolution Modeling Group ในเมืองลีดส์และดูแลโครงการนี้กล่าวว่า "การเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมเป็นระยะๆ จะทำให้เกิดแรงกดดันทางวิวัฒนาการ ซึ่งสิ่งมีชีวิตบางประเภทอาจสูญพันธุ์และอาจมีสิ่งมีชีวิตใหม่ๆ เกิดขึ้น" ดร. มิลส์กล่าวว่าช่วงเวลาที่มีออกซิเจนได้ขยายสิ่งที่เรียกว่า "ช่องว่างที่เอื้ออาศัยได้" ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของมหาสมุทรที่ระดับออกซิเจนจะสูงพอที่จะรองรับรูปแบบชีวิตสัตว์ในยุคแรกเริ่ม เขากล่าวว่า: "มีการเสนอในทฤษฎีนิเวศวิทยาว่าเมื่อคุณมีพื้นที่อยู่อาศัยได้ซึ่งกำลังขยายและหดตัว สิ่งนี้สามารถสนับสนุนการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วต่อความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยา "เมื่อระดับออกซิเจนลดลง จะเกิดแรงกดดันจากสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรงต่อสิ่งมีชีวิตบางชนิดซึ่งอาจนำไปสู่การสูญพันธุ์ และเมื่อน้ำที่อุดมด้วยออกซิเจนขยายตัว พื้นที่ใหม่จะช่วยให้ผู้รอดชีวิตสามารถมีอำนาจเหนือระบบนิเวศได้ "พื้นที่ที่อยู่อาศัยที่ขยายใหญ่ขึ้นเหล่านี้จะกินเวลานานนับล้านปี ทำให้มีเวลาเหลือเฟือในการพัฒนาระบบนิเวศ"