Informacija

Ako veće razine kisika u atmosferi mogu dovesti do većih životinja, može li to dovesti i do većih biljaka?

Ako veće razine kisika u atmosferi mogu dovesti do većih životinja, može li to dovesti i do većih biljaka?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Prema nekim podacima, u drevnoj prošlosti (barem neke) životinje postale su veće zbog veće razine kisika u atmosferi. Tako, na primjer, postoji ova studija o vilinskim konjicama.

Mogu li veće razine kisika u atmosferi dovesti i do većih biljaka? Na primjer, bi li bilo moguće uzgajati goleme jagode u hermetički zatvorenom stakleniku koji održava veću koncentraciju kisika u atmosferi?


Kisik je dobar za životinje jer je naš osnovni metabolizam sljedeći:

Molekule ugljika visoke energije + O2 → energija + H2O + CO2

Biljke to rade i noću, ali danju uglavnom to rade:

Fotoni visoke energije + H2O + CO2 → Visokoenergetske molekule ugljika + O2

Rubisco, jedan od najvažnijih enzima u fotosintezi, može se vezati za O2, što dovodi do manje učinkovitog fotospirivanja, umjesto fotosinteze. Rubisco je često usko grlo u fotosintezi, velikim dijelom iz tog razloga. Dakle, visoki kisik nije od pomoći biljkama. Zapravo, C4 biljke i CAM biljke razvile su složeniju fiziologiju kako bi smanjile učinak O2.


Već dati odgovori su točni, ali mislim da objašnjenje osnovnog metabolizma ne odgovara na problem kako veliki organizmi mogu rasti.

Argument o veličini tijela metazoana i rastućim razinama O2 u atmosferi je da ovaj posljednji proces ubrzava difuziju kisika kroz životinjsko tkivo (zbog rastućeg parcijalnog tlaka O2). To je, pak, omogućilo metazoanima, koji u to vrijeme nisu imali razrađene tjelesne strukture i razvijene respiratorne aparate, da zapravo rasti veći, budući da je bilo moguće i disanje stanica udaljenijih od površine organizma. Ili, drugačije rečeno, stanične mase mogle bi se povećati bez rizika od anoksije u dubljim dijelovima tkiva.

Problem s biljkama nije baš jednostavan za rješavanje, i mislim da nema jasnog odgovora na to na temelju trenutnog znanja. S tim se mora eksperimentirati i vidjeti što će se dogoditi.

Pretpostavljam da bi odgovor biljne loze na porasle razine O2 uvelike ovisio o točnom staništu u kojem biljka živi, ​​jer da bi se evolucijska promjena dogodila brzo, mora postojati jasna evolucijsko-ekološka adaptivna vrijednost koju ona pruža, i to jako ovisi o okolnostima. Također, u novijim (sadašnjim) biljkama disanje je riješen problem, pa nisam siguran da bi biljka na bilo koji način imala koristi od povišene razine O2. To bi zasigurno utjecalo na rad RuBisCO -a kao što je spomenuto. Možda bi trenutni odgovor bio širenje metabolizma C4 unutar biljaka.


Suočavanje s mrtvim zonama: hipoksija u oceanu

Na 2.116 četvornih milja, hipoksična zona 2020. u Meksičkom zaljevu treća je najmanja ikad izmjerena u 34-godišnjem zapisu, mjereno od 25. srpnja do 1. kolovoza. Crveno područje označava 2 miligrama po litri kisika ili niže, što je razina koja smatra se hipoksičnim, na dnu morskog dna. (Donja ploča) Dugoročno izmjerena veličina hipoksične zone (zelene trake) izmjerena tijekom istraživanja brodova od 1985. godine, uključujući ciljni cilj koji je utvrdila Operativna skupina za hranjive tvari rijeke Mississippi/Meksički zaljev i 5-godišnja prosječna izmjerena veličina (crne isprekidane linije). Uragan Hanna 2020. prošao je središnji i zapadni zaljev nekoliko dana prije istraživačkog krstarenja i pomiješao vodeni stub, poremetivši hipoksičnu zonu koja se formira u obalnom oceanu zapadno od delte rijeke Mississippi. Iako veličina hipoksične zone prirodno varira tijekom ljeta, obično se ponovno formira nekoliko dana ili tjedana nakon prolaska oluje. Zbog neposredne blizine oluje nadzornom krstarenju, područje hipoksije uspjelo se samo djelomično reformirati prije kraja nadzornog krstarenja, što je rezultiralo neravnomjernom distribucijom po cijelom Zaljevu. Grafički prikaz: Pomorski konzorcij sveučilišta Louisiana

Prijepis

VODITELJ: Ovo je podcast NOAA Ocean. Ja sam Troy Kitch.

Znanstvenici su 2010. otkrili višestanične životinje kojima nije potreban kisik da bi preživjele zakopane duboko u sedimentu na dnu Mediterana. Osim nekih vrsta vrlo jednostavnih bakterija i jednostaničnih organizama, ovo su jedini drugi poznati oblici života na našem planetu koji mogu preživjeti u okruženju s nultom kisikom.

Kao i kod života na kopnu, praktički cijeli život u oceanima ovisi o kisiku za preživljavanje. To je ključni sastojak koji čini život u oceanu učinkovitim. Raznolikost i produktivnost života u oceanima te složeni biokemijski ciklusi koji održavaju ravnotežu života oceana ovise o kisiku. Evo sada problema. Ocean ga ne dobiva dovoljno. I taj nedostatak kisika dovodi do kroničnog stanja zvanog hipoksija. Područja u oceanu koja dugo doživljavaju ova hipoksična stanja često se nazivaju "mrtvim zonama", iz razloga koji će postati vrlo jasni kasnije u ovoj epizodi.

Dakle, što uzrokuje ovaj problem? Zašto i kako je sve gore? I možemo li išta učiniti po tom pitanju?

U ovoj epizodi pridružio nam se znanstvenik NOAA -e Alan Lewitus kako bismo dobili neke odgovore.

Alan vodi Program konkurentnog istraživanja za Nacionalne centre za znanost o obalnom oceanu, dio Nacionalne službe za ocean. Njegov je posao nadzirati potpore NOAA -e dodijeljene istraživačima diljem zemlje koji proučavaju teme poput hipoksije - istraživanja koja ciljaju na poboljšanje zdravlja naših obalnih ekosustava.

ALAN LEWITUS: Hipoksija se odnosi na vodene uvjete u kojima je koncentracija kisika toliko niska da je štetna za organizme i vrlo mali broj organizama može preživjeti u tim uvjetima. Znanstvenici hipoksične vode nazivaju vodama u kojima je koncentracija kisika ispod dva miligrama po litri. Sada, organizmi koji mogu otplivati ​​izvan tih uvjeta, bježe i izbjegavaju hipoksične vode. Ali ne uvijek. Ponekad su zarobljeni u zaljevima i drugim područjima, pa vidite mnoge slučajeve u kojima su događaji hipoksije povezani s velikim ubijanjem ribe. U većim sustavima mogu pobjeći, ali imate drugih problema. Hipoksija može utjecati na stanište riba. Gubitak je faune na dnu, koji su važni izvori hrane. Ostali organizmi koji se ne mogu kretati, poput školjaka i crva itd., Zarobljeni su i često se uguše i umiru.

VODITELJ: Kao primjer kako hipoksija može utjecati na staništa, Alan je ukazao na smeđe škampe, ogromno komercijalno ribarstvo u Meksičkom zaljevu. Područje gdje se danas u Zaljevu javlja hipoksija nekada je bilo glavno mjesto za ribare za berbu ovih škampa.

ALAN LEWITUS: Stanište smeđih škampa, optimalno stanište, smanjeno je za 25 posto. Dakle, oduzimate 25 posto staništa. Ima i drugih stvari. Hipoksija, utječući na faunu dna, oduzimate izvor hrane za ribe i rakove i druge stvari, a to ima valovite učinke u hranidbenom lancu. To je kaskadni učinak.

VODITELJ: I, dodao je, postoje i smrtonosni učinci na ribe, koji se sve bolje razumiju kako napreduje istraživanje.

ALAN LEWITUS: Sub-smrtonosni učinci znače da na ribu ne treba utjecati smrt, na njih može utjecati izloženost hipoksiji, koja ima određene fiziološke učinke na funkciju ribe. Nekoliko uobičajenih koji su pronađeni u studijama Meksičkog zaljeva su da reproduktivni potencijal i potencijal rasta određenih riba, osobito riba nastanjenih na dnu, mogu biti pogođene čak i povremenom izloženošću hipoksiji. Možete zamisliti, ako se radi o ribama koje borave na dnu, da će ih vjerojatno objesiti oko rubova hipoksične zone, ali i dalje održavaju izvjesnu izloženost kroz aktivnosti traženja hrane i bijega od predatora. Tako su izloženi, unutra i vani, u hipoksičnoj zoni. I upravo ta povremena izloženost može dovesti do ozbiljnih reproduktivnih oštećenja, promjena spola i drugih bizarnih stvari.

VODITELJ: Dodao je da znanstvenici sada rade na modelima koji predviđaju kako ti kumulativni sub-smrtonosni učinci riba izloženih hipoksiji iz godine u godinu mogu dovesti do dugoročnog smanjenja populacije.

ALAN LEWITUS: Komplicirano je jer češći učinak hipoksije na ribe nije ubijanje ribe. Češće utječe na njih kroz ove sub-smrtonosne učinke i neizravne učinke. Učinci koji se kaskadiraju kroz prehrambeni lanac, kao i sub-smrtonosni učinci izloženosti hipoksiji na reproduktivna oštećenja i smanjenje potencijala rasta. Do njih je teško doći. Potrebni su vam sofisticirani modeli kako biste pokušali odvojiti te štetne učinke na zdravlje riba od drugih čimbenika koji na neki način utječu istodobno na hipoksiju. No, mi pomalo napredujemo s tim modelima.

VODITELJ: Razgovor o ovoj složenosti vratio nas je na smeđe škampe u Meksičkom zaljevu i studiju koja je objavljena 2017. godine.

ALAN LEWITUS: Utvrđeno je da je u godinama u kojima je velika hipoksija utjecao na veličinu škampi koje su se prodavale na tržištu. Povećan je udio prodanih račića manje veličine. Može se dogoditi da su ta smanjenja rasta hipoksije na škampima u igri i uzrokuju smanjenje stope rasta. Drugi je faktor da se, kad se pojavi hipoksija, ribe i škampi nakupljaju oko rubova. Žele izbjeći hipoksiju, ali nastoje ostati na rubovima i postoji mnogo razloga: tamo se gomilaju izvori hrane. No, ribari to znaju, pa znaju kamo otići kad se pojavi hipoksija. Oni idu oko rubova i na taj način mogu ciljati ribu i škampe. Drugi faktor je taj što misle da su neki mali škampi izlovljeni i da ih manje stiže do većih veličina. Zaključak je da kada postoje velike godine hipoksije, to ima nepovoljan učinak na ekonomsku dobit lokalnih ribara. Smeđi škampi najveće su trgovačko tržište u Meksičkom zaljevu, pa je to značajan nalaz.

VODITELJ: Alan je rekao da se hipoksični uvjeti mogu pojaviti prirodno pod određenim uvjetima. Zapisi pokazuju da su prošli događaji - recimo, prije 1970. - bili epizodni i općenito mali. No, danas područja oceana s hipoksijom mogu biti ogromna. Uzmimo Meksički zaljev, gdje znanstvenici financirani od NOAA -e mapiraju veličinu "mrtve zone" koja se pojavljuje svake godine. Godine 2017. izmjereno je 8.776 četvornih milja, otprilike veličine New Jerseyja. Bio je to najveći dosad zabilježen.

Zašto su mrtve zone danas veće i što to uzrokuje? Sve je u ljudskim aktivnostima. Krivac je otjecanje zagađene vode koja nosi tone viška hranjivih tvari iz poljoprivrede i razvijenog zemljišta iz naših unutarnjih plovnih putova prema oceanu. No, hranjive tvari su dobre stvari, zar ne?

ALAN LEWITUS: Hranjive tvari su bitan element za biljke i alge. Tako su dušik i fosfor primjeri hranjivih tvari koje su potrebne biljkama. I stoga su dobra stvar sa stajališta da ih morate imati za uzgoj usjeva, na primjer. No problem je kad ih se opskrbljuje u višku. Oni mogu postati loša stvar. Ako previše gnojite polje, usjevi ne mogu zauzeti svo to gnojivo, pa mnogo toga iscuri u vodene sustave.

VODITELJ: I ovi vodeni sustavi koji prenose svo ovo dodatno gnojivo na kraju dotječu u ocean. Za Mississippi, ovo je slivo treće po veličini u svijetu i obuhvaća oko 40 posto kontinentalnih Sjedinjenih Država. Previše gnojene vode koju stavljamo na usjeve u žitnicu SAD -a na kraju završi u Zaljevu.

ALAN LEWITUS: Imate ogromnu količinu gnojiva za usjeve kukuruza i tako dalje. Puno toga je procurilo. Kukuruz je zapravo vrlo neučinkovita biljka u smislu korištenja gnojiva, pa puno istječe ako se ne primijeni na strateški način, a hranjive tvari se nose rijekom u Meksički zaljev, gdje potiču cvjetanje algi. Alge ovise o hranjivim tvarima i dobro je sa stajališta pružanja baze lanca ishrane u vodenim sustavima, ali kad imate višak hranjivih tvari, imate višak rasta algi. Mogu formirati cvjetanje.

VODITELJ: Dakle, ove hranjive tvari koje su namjeravale koristiti usjevi na kopnu ispiru se u more, gdje mogu dovesti do eksplozivnog cvjetanja algi. To je proces koji se naziva unošenje hranjivih tvari. Zamolio sam Alana da poveže točke o tome kako to cvjetanje može dovesti do hipoksije.

ALAN LEWITUS: Ono što se događa je da hranjive tvari dovode do prekomjernog rasta algi, što dovodi do cvjetanja algi. Cvjetanje algi, u jednom trenutku, počinje se degradirati i tonuti na dno, a bakterije djeluju na te alge - one razgrađuju alge. Pritom troše kisik iz vode. To dovodi do nedostatka vode s kisikom ili hipoksije.

VODITELJ: Dok cvjetanje algi odumire i tone na dno, bakterije ih izjedaju, trošeći kisik. Ono što ostaje iza je mrtva zona sa niskim sadržajem kisika na i blizu morskog dna. Sada biste se mogli zapitati zašto ova stanja postoje. Uostalom, ocean se uvijek ljiga okolo i miješa, zar ne? Alan je rekao da je to zato što se slojevi vode različite temperature, saliniteta i gustoće ne vole miješati. Dakle, svježa voda koja dolazi, recimo, iz rijeke Mississippi, ne miješa se dobro s hipoksičnom vodom na dnu. Alan je rekao da se ovo nanošenje vode naziva slojevitost.

ALAN LEWITUS: Raslojavanje se često događa kada se slatka voda ubaci u sustav koji stvara prepreku za miješanje, pa slatka voda stoji na vrhu slanije vode. Stoga se podzemne vode ne smiju miješati iz površinskih voda bogatih kisikom. Ta kombinacija velike stratifikacije i velikog unosa hranjivih tvari čimbenici su koji u kombinaciji mogu dovesti do vaših najproblematičnijih hipoksičnih zona. One koje su vrlo velikih razmjera, kao i dugovječne, za dugo razdoblje.

VODITELJ: U Zaljevu se mrtve zone počinju stvarati u proljeće, jer se tada usjevi jako gnoje. Hipoksični uvjeti traju i dosežu vrhunac negdje u ljeto, jer su uvjeti dobri da spriječe miješanje vodenih slojeva. Zatim se mrtva zona raspršuje u jesen i zimu kada se protok hranjivih tvari usporava, a temperatura i drugi uvjeti su povoljniji da se voda u Zaljevu lakše pomiješa. Zatim slijedećeg proljeća sve počinje iznova.

No, hranjive tvari nisu jedini čimbenik koji doprinosi smanjenju kisika u oceanu. Postoji još jedna velika varijabla koja komplicira problem hipoksije: klimatske promjene. Pitao sam Alana kako utječu faktori globalnog zatopljenja.

ALAN LEWITUS: Postoji veza između klimatskih promjena i hipoksije i sve ide u krivom smjeru (smijeh). Čimbenici o kojima razmišljamo u smislu klimatskih promjena i modeli govore nam da svi nekako naginju promicanju veće hipoksije u budućnosti, ako ništa ne učinimo po tom pitanju. U otvorenom oceanu imate globalno zatopljenje koje uzrokuje sve veću stopu deoksigenacije otvorenih oceanskih voda.

VODITELJ: Alan je rekao da je to uglavnom posljedica tri faktora: kisik je manje topljiv pri višim temperaturama pa se manje njega otapa u oceanu. Morski svijet troši više kisika jer više temperature pridonose većim brzinama metabolizma, a više temperature dovode do veće stratifikacije površinska voda s više kisika ne miješa se dobro s hipoksičnijim dnom.

ALAN LEWITUS: Dakle, svi oni rade u smjeru smanjenja kisika u otvorenom oceanu. U obalnim područjima ti isti čimbenici djeluju na isti način. Još nema tako velikog učinka uočenog u obalnim područjima, ali modeli nam govore da će globalno zatopljenje djelovati u tom općem smjeru u smislu smanjenja razine kisika i povećanja hipoksije.

VODITELJ: I, rekao je, klimatske promjene također pridonose tome da više hranjivih tvari ulazi u naše obalne vodene putove.

ALAN LEWITUS: Strelice ukazuju na povećanje unosa hranjivih tvari, stvari poput veće učestalosti olujnih događaja i većih oborina u određenim područjima. A to dovodi do većeg opterećenja hranjivim tvarima s zemlje. Osim toga, dovest će do veće slatke vode u obalnim vodama, što će povećati raslojenost. Dakle, ovo su prognoze koje nam naši modeli upravo govore.

VODITELJ: I to nas vraća na ono što Alan kaže da je primarni način na koji možemo pomoći u smanjenju rastućeg problema hipoksije: smanjenjem količina hranjivih tvari koje teku u naš ocean.

ALAN LEWITUS: Najbolja strategija upravljanja je smanjiti unos hranjivih tvari iz sliva. To je veliki izazov, osobito u velikim slivovima. Klasičan primjer je hipoksična zona Meksičkog zaljeva. Četrdeset jedna država u SAD -u (susjedna) sliva se u Meksički zaljev, pa možete zamisliti izazov upravljanja. Sada postoji međuagencijska radna skupina za zalijsku hipoksiju koja postoji već nekoliko godina. Sastoji se od pet saveznih agencija, dvanaest državnih agencija i plemenske udruge. A njihov je primarni cilj smanjiti hipoksičnu zonu u Meksičkom zaljevu do određene godine do određene razine. Da bi postigli taj cilj, moraju smanjiti količinu hranjivih tvari u slivu za određenu količinu, a sve su to kvantitativno shvatili, zapravo kroz modele koje razvijamo kako bismo ih o tome obavijestili. Međutim, to nije lak zadatak. Morate dogovoriti sve države, sve državne agencije da rade u istom smjeru. Puno truda, koordinacije, truda za to. Morate imati resurse, novac kako biste podržali različite prakse. Tako da je to veliki izazov. Postižu određeni napredak, ali potrebne su godine, godine i godine za takve stvari.

VODITELJ: Iako je smanjenje gnojiva i drugih hranjivih tvari koje dotječu u Meksički zaljev u tijeku, Alan je rekao da postoje priče o uspjehu u smanjenju mrtvih zona. Pozvao je zaljev Narragansett, gdje je problem s hranjivim tvarima uglavnom posljedica postrojenja za pročišćavanje kanalizacije i otpadnih voda.

ALAN LEWITUS: Dakle, to je mnogo lakše regulirati, a zapravo je kao odgovor na pomor ribe prije deset godina država nametnula propise o pročistačima otpadnih voda kako bi smanjila unos hranjivih tvari za 50 posto. Oni su postigli taj cilj, a naše studije pokazuju da je hipoksija smanjena. Zaljev se iz eutrofnog zaljeva pretvorio u oligotrofni zaljev - što znači čistiju vodu, u biti, bolju kvalitetu vode. Još nisu postigli krajnji cilj u pogledu hipoksije. Možda će zapravo morati malo više smanjiti hranjive tvari, ali idu u velikom smjeru. Tako da je to prava priča o uspjehu. Tako se hipoksija može ublažiti.

VODITELJ: Završio sam naš razgovor pitajući što tjera Alana naprijed u rješavanju nerješivih priobalnih problema poput hipoksije. Naglasio je da NOAA podržava istraživanje i pruža informacije, alate i obuku obalnim menadžerima koji to omogućuju. No, rekao je da on i njegove kolege preuzimaju vlasništvo kada se ti uspjesi dogode.

ALAN LEWITUS: Hipoksija je izazovno polje za rad. To je mač s dvije oštrice, jer je isplata velika. Radim na tome da imam određeni utjecaj na aktivnosti koje će dovesti do smanjenja tako važnog stresora i na kraju društvene koristi od toga. Druga oštrica mača je to što je često dugačak, dug put s puno borbi usput. Nije da postoje vrlo česti i brojni uspjesi, ali uspjesi kad dođu su veliki, i to je ono što me održava. A bilo ih je. Meksički zaljev još uvijek traje, još uvijek je izazov, a prednosti toga još nismo u potpunosti vidjeli, iako znamo da pomičemo iglu.

VODITELJ: Hvala Alanu Lewitusu što nam se pridružio u programu. Alan je direktor Programa konkurentnog istraživanja za Nacionalne centre za znanost o obalnom oceanu.

I hvala vam što ste slušali NOAA Ocean Podcast. Idite na oceanservice.noaa.gov kako biste saznali što radimo.

Od koralja do obalne znanosti, povežite se s oceanskim stručnjacima kako biste istražili pitanja o oceanskom okolišu.


Porast dinosaura povezan s povećanjem razine kisika

SLIKA: Znanstvenici su otkrili da je povećanje razine kisika povezano s porastom sjevernoameričkih dinosaura prije oko 215 milijuna godina. Nova tehnika mjerenja razine kisika u antičko doba. vidi više

Zasluge: prehistoric-wildlife.com/Darren Pepper http://www.prehistoric-wildlife.com/species/c/chindesaurus.html

Znanstvenici su otkrili da je povećanje razine kisika povezano s porastom sjevernoameričkih dinosaura prije oko 215 milijuna godina. Nova tehnika mjerenja razine kisika u starim stijenama pokazuje da je razina kisika u sjevernoameričkim stijenama skočila za gotovo trećinu u samo nekoliko milijuna godina, što je vjerojatno postavilo poprište za širenje dinosaura u trope Sjeverne Amerike i drugdje. Ovo je predstavljeno u Keynote govoru na konferenciji Goldschmidt Geochemistry u Barceloni.

Znanstvenici sa sjedištem u SAD-u razvili su novu tehniku ​​za oslobađanje male količine plina zarobljenog unutar drevnih karbonatnih minerala. Plinovi se zatim usmjeravaju izravno u spektrometar mase, koji mjeri njihov sastav.

Vodeći istraživač, profesor Morgan Schaller (Politehnički institut Rensselaer, New York) rekao je: "Testirali smo stijene s visoravni Colorado i bazena Newark koje su nastale u isto vrijeme na udaljenosti od oko 1000 km na superkontinentu Pangea. Naši rezultati pokazuju da je više od razdoblje od oko 3 milijuna godina - što je geološki vrlo brzo - razine kisika u atmosferi skočile su sa oko 15% na oko 19%. Za usporedbu, u današnjoj atmosferi ima 21% kisika. Zaista ne znamo što moglo uzrokovati ovo povećanje, ali vidimo i pad razine CO2 u to vrijeme. "

"Očekujemo da bi ova promjena koncentracije kisika bila globalna promjena, a zapravo smo pronašli promjenu u uzorcima koji su bili udaljeni 1000 km. Ono što je izvanredno je da se upravo na vrhuncu kisika vide prvi dinosauri koji se pojavljuju u sjevernoameričkim tropima , Chindesaurus. Sauropodi su uslijedili ubrzo nakon toga. Opet, još ne možemo reći je li to bio globalni razvoj, a dinosauri nisu dosegli ekološku dominaciju u tropima sve do izumiranja na kraju trijasa. Što možemo reći je da to pokazuje da je promjena okoliša prije 215 M godina bila prava za njihovu evolucijsku diverzifikaciju, ali naravno da razine kisika možda nisu bile jedini faktor ".

Chindesaurus je bio uspravni dinosaur mesožder (dug oko 2 m i visok gotovo 1 m). U velikoj mjeri pronađen u Sjevernoj Americi, s podrijetlom u sjevernoameričkim tropima, bio je karakterističan kasni trijaški dinosaur na američkom jugozapadu. Prvotno je otkriven u Nacionalnom parku okamenjene šume. Sauropodi, koji su se pojavili ubrzo nakon Chindesaurusa, bile su najveće životinje koje su ikada živjele na kopnu.

Komentirajući, profesor Mike Benton (Sveučilište u Bristolu) rekao je: 'Prvi dinosauri bili su prilično mali, ali veće razine kisika u atmosferi često su povezane s trendom veće veličine. Ovaj novi rezultat zanimljiv je jer je vrijeme porasta kisika i pojavljivanja dinosaura dobro, iako je dinosaura postalo u izobilju u Južnoj Americi dosta ranije, prije oko 232 milijuna godina. ' Profesor Benton nije bio uključen u ovaj rad, ovo je neovisan komentar.

U vrijeme kad su plinovi zarobljeni, visoravan Colorado i bazen Newark bili su dio divovskog superkontinenta Pangee. Obje su se nalazile blizu ekvatora. Stijene koje sadrže kisik i ugljikov dioksid datirane su mjerenjem radioaktivnog raspada urana koji je pronađen u uzorcima.

Odricanje: AAAS i EurekAlert! ne snose odgovornost za točnost priopćenja objavljenih na EurekAlert! davanjem doprinosa ustanovama ili za korištenje bilo kojih informacija putem sustava EurekAlert.


Formiranje fosilnih goriva: ključ za kisik u atmosferi?

Jon Husson pokazuje na okamenjeni panj u Joggins Fossil Cliffs, Nova Škotska. Ove stijene sadrže velike količine organskog ugljika, dio procesa sekvestracije ugljika koji su proučavali Husson i Shanan Peters. Ljubaznošću Jona Hussona

Za razvoj životinja ništa - osim DNK - ne može biti važnije od kisika u atmosferi.

Kisik omogućuje kemijske reakcije koje životinje koriste za dobivanje energije iz pohranjenih ugljikohidrata - iz hrane. Stoga možda nije slučajno što su se životinje pojavile i razvile tijekom "kambrijske eksplozije", koja se poklopila s skokom atmosferskog kisika prije otprilike 500 milijuna godina.

Tijekom kambrijske eksplozije pojavila se većina sadašnjih životinjskih dizajna.

U zelenim biljkama fotosinteza odvaja ugljični dioksid u molekularni kisik (koji se oslobađa u atmosferu) i ugljik (koji se skladišti u ugljikohidratima).

No, fotosinteza je postojala već najmanje 2,5 milijardi godina. Dakle, što je uzrokovalo nagli skok kisika tijekom kambrija?

Studija koja je sada objavljena u veljačkom izdanju časopisa Earth and Planetary Science Letters povezuje porast kisika s naglim povećanjem ukopa sedimenta koji sadrži velike količine organske tvari bogate ugljikom. Ključno je, kaže koautor studije Shanan Peters, profesor geoznanosti na Sveučilištu Wisconsin-Madison, prepoznati da skladištenje sedimenata blokira oksidaciju ugljika.

Ovaj crni škriljevac, nastao prije 450 milijuna godina, sadrži fosile trilobita i drugi organski materijal koji je pomogao u povećanju kisika u atmosferi.

Bez ukopa ova reakcija oksidacije uzrokuje izgaranje mrtvog biljnog materijala na površini Zemlje. Zbog toga se ugljik koji sadrži, a koji potječe iz atmosfere, veže s kisikom i tvori ugljikov dioksid. A da bi se kisik nakupio u našoj atmosferi, biljna organska tvar mora biti zaštićena od oksidacije.

A upravo se to događa kada se organska tvar - sirovina ugljena, nafte i zemnog plina - zakopa kroz geološke procese.

Kako bi to potvrdili, Peters i njegov postdoktorski suradnik Jon Husson iskopali su jedinstveni skup podataka pod nazivom Macrostrat, skup geoloških podataka o Sjevernoj Americi čiju je izgradnju Peter osmislio 10 godina.

Paralelni grafikoni kisika u atmosferi i ukopa sedimenta, temeljeni na formiranju sedimentne stijene, ukazuju na odnos između kisika i sedimenta. Oba grafikona pokazuju manji vrh prije 2,3 milijarde godina, a veći prije oko 500 milijuna godina.

“Zašto postoji kisik u atmosferi? Srednjoškolsko objašnjenje je ‘fotosinteza. ’ No, već dugo znamo … da stvaranje kisika zahtijeva stvaranje stijena poput crnog škriljevca. ”

Shanan Peters

"To je korelacija, ali naš argument je da postoje mehaničke veze između geologije i povijesti atmosferskog kisika", kaže Husson. “Kad skladištite talog, on sadrži organsku tvar nastalu fotosintezom, koja je pretvorila ugljični dioksid u biomasu i oslobodila kisik u atmosferu. Ukopom se uklanja ugljik s Zemljine površine sprječavajući njegovo vezivanje molekularnog kisika izvučenog iz atmosfere. ”

Neki od skokova u ukopu sedimenta koje su identificirali Husson i Peters poklopili su se s stvaranjem ogromnih polja fosilnih goriva koja se i danas vade, uključujući Permsku kotlinu bogatu naftom u Teksasu i polja ugljena u Pennsylvaniji u Apalačiji.

"Zakopavanje sedimenata koji su postali fosilna goriva bio je ključ naprednog životinjskog života na Zemlji", kaže Peters, ističući kako je višestanični život velikim dijelom tvorevina Kambrija.

Danas, sagorijevanje milijardi tona uskladištenog ugljika u fosilnim gorivima uklanja velike količine kisika iz atmosfere, mijenjajući obrazac koji je doveo do porasta kisika. I tako razina kisika u atmosferi opada s povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida.

Podaci o Sjevernoj Americi u Macrostratu odražavaju rad tisuća geoznanstvenika tijekom više od jednog stoljeća. Trenutna studija odnosi se samo na Sjevernu Ameriku, budući da opsežne baze podataka o ostalih 80 posto kontinentalne površine Zemlje još ne postoje.

Krajnji geološki uzrok ubrzanog skladištenja taloga koji je potaknuo dva skoka kisika ostaje mutan. "Postoje mnoge ideje za objašnjenje različitih faza koncentracije kisika", priznaje Husson. “ Sumnjamo da su duboko ukorijenjene promjene u kretanju tektonskih ploča ili provođenju topline ili cirkulaciji u plaštu možda u igri, ali u ovom trenutku nemamo objašnjenje. "

Držeći komad ordovicijskog škriljevca posipanog trilobitom koji je nastao prije otprilike 450 milijuna godina, Peters pita: „Zašto postoji kisik u atmosferi? Srednjoškolsko objašnjenje je ‘fotosinteza. ’ No, već dugo znamo, idući sve do geologa iz Wisconsina (i predsjednika Sveučilišta u Wisconsinu) Thomasa Chrowdera Chamberlina, da stvaranje kisika zahtijeva stvaranje stijena poput ovog crnog škriljevca, koji može biti dovoljno bogat ugljikom da zapravo izgori. Organski ugljik u ovom škriljevcu fiksiran je iz atmosfere fotosintezom, a njegovim ukopavanjem i očuvanjem u ovoj stijeni oslobođen je molekularni kisik. ”

Ono što je novo u ovoj studiji, kaže Husson, je mogućnost dokumentiranja ovog odnosa u širokoj bazi podataka koja pokriva 20 posto površine Zemlje.

Kontinuirano ukopavanje ugljika potrebno je kako bi se atmosfera napunila kisikom. Mnogi putevi na površini Zemlje, primjećuje Husson, poput oksidacije željeza - hrđe - troše slobodni kisik. „Tajna prisutnosti kisika u atmosferi je ukloniti mali dio prisutne biomase i odvojiti je u sedimentne naslage. To se dogodilo kada su taložena fosilna goriva. "


Milijunima godina prerano je pronađeno dovoljno kisika za život

Da biste ponovo vidjeli ovaj članak, posjetite Moj profil, a zatim Pogledajte spremljene priče.

Da biste ponovo vidjeli ovaj članak, posjetite Moj profil, a zatim Pogledajte spremljene priče.

Zemljina atmosfera sadržavala je dovoljno kisika za razvoj složenog života prije gotovo 1,2 milijarde godina - 400 milijuna godina ranije nego što su znanstvenici ranije vjerovali.

Nalazi objavljeni 11. studenog Priroda, moglo bi navesti znanstvenike da preispitaju preduvjete za život životinja, na Zemlji i drugim planetima.

"To znači da su postojali uvjeti za nastanak složenog života", rekao je geolog John Parnell sa Sveučilišta Aberdeen u Škotskoj, vodeći autor nove studije. & quotMožda u tom ranijem prozoru ima životinja koje još nismo pronašli. & quot

Geološki zapisi pokazuju da je bilo jedno veliko povećanje količine kisika u Zemljinoj atmosferi prije oko 2,3 milijarde godina, a drugo prije oko 800 milijuna godina.

Smatralo se da je taj drugi skok razine kisika povezan s kambrijskom eksplozijom, brzim razvojem većine glavnih životinjskih skupina koje su nastale prije oko 550 milijuna godina.

Parnell -ovi rezultati sugeriraju da kisik ne može biti cijela priča.

& quot; Moglo je biti da je nešto drugo dalo evoluciji udarac koji je uzrokovao evoluciju životinja & quot ;, rekao je. & quot; Kisik u atmosferi bio je tamo već dosta dugo. & quot

To figure out how much oxygen was in the early atmosphere, Parnell and his colleagues searched 1.2 billion-year-old rocks from what was once a lakebed in Scotland for the chemical signatures of ancient bacteria.

Before there was a useful amount of free oxygen around, these bacteria used to get energy by converting sulfate, a molecule with one sulfur atom and four oxygens, to sulfide, a sulfur atom that is missing two electrons.

Geologists can get a glimpse of how efficient the bacteria were by looking at two different sulfur isotopes, versions of the same element that have different atomic masses. Converting sulfate to sulfide leaves the rock with a lot more of the isotope sulfur-32 than would be there without the bacteria's help.

The geologists extracted pyrite, also known as fool's gold, from the rocks. They then pulled sulfur from the pyrite by chemical processing and by zapping the rocks with a laser. The amount of sulfur-32 was much higher than bacteria could have produced without oxygen.

Parnell suggests the bacteria were able to use oxygen in the atmosphere to convert between the two different forms of sulfur (sulfate and sulfide) many times.

"Their metabolism was becoming more complicated," he said. "The more cycles of that [reaction] that they caused, the more sulfur-32 you ended up with."

The team concluded that the amount of oxygen in the atmosphere 1.2 billion years ago approached the levels at the time of the Cambrian explosion, roughly 10 percent of current oxygen levels. Ten percent may be enough to start complex life, Parnell says.

"It's only when you can start processing oxygen in a complex way that you can then start to produce different cells that do different things," Parnell said. "That's what gives rise to animals."

The evolution of large animals could have been triggered by changing geological conditions, like the end of a dramatic ice age about 600 million years ago, he says.

Parnell also hinted that the results could have implications for sulfur-eating bacteria on other planets like Mars, although because he has another paper in preparation, he didn’t want to go into very much detail.

"If there are microbes on Mars either today or in the past, this kind of metabolism is one which would be readily available to them," he said. "The stage of chemical reduction from sulfate to sulfide is completely feasible on Mars."

"I'm pretty thrilled by the paper," said geochemist Michael Russell of NASA's Jet Propulsion Lab, who was not involved in the new study. "Iɽ like to see this kind of thing done ever further back in time, so we can get a sense of just how much oxygen there was in the atmosphere."

Image: 1) The cave near Lochinver in the north-west Highlands of Scotland where Parnell and his colleagues collected sulfur-rich rocks. 2) Slivers of fool's gold that hold clues to Earth's early atmosphere. Credit: Stephen Bowden, University of Aberdeen


Bigger Than Coastal Dead Zones

Breitburg's research isn't focused just on coastal dead zones, such as the polluted runoff-fueled area in the Gulf of Mexico, but enormous stretches of deep water in the open ocean that can extend for thousands of miles.

These low-oxygen zones occur naturally, but have grown by more than 4.5 million square kilometers—an area roughly as large as the entire European Union—just since the mid-20th century. In part that's because of rising temperatures.

Warm water simply carries less oxygen. It also stokes the metabolism of both microbes and larger creatures, causing them to use more of whatever oxygen there is. Finally, as climate change warms the ocean from the surface down, making the surface layer more buoyant—warm water is lighter than cold water—it makes it harder for fresh oxygen from the air to mix down into the deep layers where the oxygen-poor zones are located.

Today, those low-oxygen zones are expanding toward the surface by as much as a meter a year. That includes major areas in the eastern Pacific and Baltic Sea. One area down deep off southern California has seen an oxygen decline of 30 percent in just a quarter century. A low-oxygen area of the Atlantic Ocean near the coast of Africa is broader than the continental United States, and has grown 15 percent since the 1960s

In fact, the world's oceans have lost about two percent of their oxygen in just 50 years, while the amount of water that's completely free of oxygen has increased fourfold, according to the new study. Scientists now can identify 500 sites along the coasts where oxygen is exceedingly low. Fewer than 10 percent of those were known before the mid-20th century.


Iron Record: Ancient Rocks Tell the Story of Oxygen, and Life

Beautiful striped rocks dating billions of years ago tell story of the dramatic risings and fallings of the cyanobacteria. Two billion years ago, the Earth had no plants and no animals. Single-celled organisms, like cyanobacteria, ruled the lakes and oceans.

Cyanobacteria make energy from sunlight by photosynthesis, creating oxygen as a waste product. As the cyanobacteria prospered, they made more and more oxygen. When oxygen concentrations reached a certain level, it poisoned the cyanobacteria, killing the cells. The oxygen concentration then decreased until it attained a level compatible with cyanobacteria growth. The populations then rose again, starting another cycle.

Evidence of the growth and death cycles is in the rocks formed at this time. During the periods of cyanobacteria growth, high concentrations of oxygen caused chemical changes in the water, including the transformation of iron into a form that sinks to the bottom, where rock is formed. During periods with little cyanobacteria, depleted oxygen in the water caused iron to stop falling to the ocean floor, and rock was formed without an iron component.

The rocks that formed at the bottom of these ancient oceans can be read like the rings of a tree trunk. Instead of recording years, the layers of rock record the cycles of ocean chemistry. These rocks show the concentration of iron gradually building as the cyanobacteria populations grew, then the iron band abruptly stops, suggesting that when the oxygen levels became too high, the cyanobacteria were quickly killed off.

Today’s waters still contain cyanobacteria, commonly known as blue-green algae. This name is a misnomer true algae belong to the domain eukaryotes, not bacteria. The larger and more complex true algae cells contain organelles that originated from cyanobacteria. In fact, all plants today owe their ability to make energy from the sun to the cyanobacteria.
Ancient polluters

Humans are not the first Earthlings to pollute the environment. Billions of years ago, chemical waste produced by a smaller Earth inhabitant changed the environment, causing many extinctions.

The earliest life on Earth enjoyed an atmosphere free of oxygen. For about 2,000 million years, life was anaerobic, meaning that it thrived without oxygen. Indeed, oxygen, produced as a waste product of energy production by photosynthesis, was poisonous to the cells that produced it as well as their neighbors.

The first photosynthesizing cells, the cyanobacteria commonly known as blue-green algae, started polluting the air with oxygen about 2.2 billion years ago. As life flourished, more and more oxygen was produced and released into the atmosphere. In 200 million years levels of oxygen in the air rose from 1 percent to 15 percent. This caused pronounced global changes.

How the rising oxygen levels affected the oceans is debated. While it’s clear that the pH of the ocean changed and that there were numerous repeated poisoning/extinctions then revivals for ocean life (see side bar), details about whether different parts of the ocean responded differently or the phases in which the change took place are not clear.

Scientists are acting as detectives, finding clues to reconstruct how the atmosphere and oceans on Earth changed so drastically billions of years ago. Many clues can be found in rocks that formed at this time. Because rock composition depends on the environment, oceans that contain more dissolved oxygen will create different rocks than oxygen-free waters.

Evidence of life in iron pyrite

Oxygen reacts with many metal ions, including iron. The formation of rocks from iron in ocean water and the absorption of iron from rock into ocean water is called iron cycling and is important to life, since cells need iron to live.

A team led by NASA Astrobiology Institute investigators hypothesized that the oxygen content in the ocean billions of years ago is recorded in iron pyrite rocks. They measured the iron isotope ratios in ancient rocks to reconstruct the history of oxygen in the Precambrian ocean, the time of oxygen pollution by cyanobacteria.

“Our most exciting discovery is that the rise of atmospheric oxygen had a direct affect on iron cycling in the ocean,” said lead author Oliver Rouxel of the Woods Hole Oceanographic Institution. This means that pyrite does contain a record of the oxygen in the ocean. The researchers analyzed the pyrite clues by using their knowledge of iron chemistry.

Oxygen prefers to form compounds with a particular form of iron called “ferric iron” or “iron ( III ).” In an ocean without much oxygen, ferric iron precipitates as iron oxide. This iron ( III ) oxide falls to the ground and becomes incorporated in rock while another form, ferrous iron or iron (II), mostly stays in the water. Some iron (II) will react with sulfur, forming iron pyrite, which gets incorporated into rock. In oxygenated water, all the iron ( III ) forms iron oxide and the iron (II) forms iron pyrite, leaving very little iron in the water.

In addition to coming in different forms, iron atoms can also have different weights. These isotopes generally act the same chemically, but, for reasons not well understood, heavier atoms of iron (II) are more likely to be transformed into iron ( III ) than light atoms. The iron (II) left over will be relatively lighter. Therefore, the pyrite formed in an oxygen-rich ocean will have lighter iron than pyrite formed in an ocean without oxygen. This separation of the isotopes is called isotope fractionation.

Rouxel’s study, published in the 18 February 2005 issue of Science, is the third leg of a stool, confirming previous results found through measuring carbon and sulfur, other elements that react with oxygen. Their results support the modern theory that describes a three-stage process of ocean evolution two billion years ago.

Rocks older than 2.3 billion years have low ratios of heavy to light iron isotopes, suggesting that there was little oxygen and a lot of iron in the water. In the second stage, between 2.3 and 1.8 billion years ago, the ratio increased, suggesting that while the atmosphere gained oxygen, the oceans remained mostly oxygen-free. Scientists are currently pondering the reason for the lagging ocean oxygenation. Rocks formed after about 1.6 billion years suggest conditions similar the modern oxygenated air and water environments.

Having found that iron isotope fractionation is a dependable measurement of the oxygen in oceans, Rouxel and his colleagues are now looking into why and how isotope fractionation occurs.

Towards finding life beyond Earth

NAI researcher Abby Kavner of the University of California at Los Angeles is also interested in isotope fractionation.

“Olivier’s paper is based on observations of natural systems—showing changes in iron isotope composition of oceans,” she said. “However, it does not address questions of the fundamental physical mechanisms by which fractionation may be occurring.”

Fractionation is thought to partially be due to chemical processes and partially due to reactions occurring within cells. Why life prefers a lighter form of iron is a mystery that grabbed Kavner’s interest.

The members of Kavner’s group have their eyes set beyond Earth’s oceans. They believe that understanding how life alters the environment on this planet could help people find evidence of life on other planets.

“I had a hypothesis, Electrochemical processes (or electron transfer processes) fractionate isotopes, and I tested it systematically in the lab,” said Kavner. “It turned out to be true.”

Kavner fractionated specific isotopes through electroplating, the same basic technique that coats costume jewelry with a thin layer of metal. This is the first time this has been done.

Kavner wondered if a similar process causes isotope fractionation by cells. She found that the small amount of electricity needed in her electroplating experiments is consistent with the amount produced in the cellular process of electron transfer, according to current electron transfer theories. It is possible that the cells prefer the lighter form of iron because of its particular electrochemical properties.

Iron’s high abundance in the solar system, its ability to take varying forms, and its high stability make it a good candidate when scientists look for biological signatures in rock from other planets. If scientists find a rock from Mars, for example, that has areas with a skewed ratio of iron isotopes, this could be evidence that living systems affected the rock’s formation.

While scientists are still far from being able to test for Martian life from the iron composition of a rock, the work of Rouxel and Kavner brings this goal closer.

After cyanobacteria “poisoning” its environment, life found ways to adapt and change, eventually evolving into the oxygen loving organisms we are familiar with.

The primitive anaerobic cells still exist in deep, dark places where there is little oxygen. They are both living fossils of a younger Earth and essential members of the modern global ecology.

Sign-up to get the latest in news, events, and opportunities from the NASA Astrobiology Program.


Why Bugs Are Not Huge

Dragonflies with hawk-sized wing spans and millipedes longer than a human leg lived more than 250 million years ago. Scientists have long wondered why sci-fi bugs don't exist today. The reason has to do with a bottleneck that occurs in insects' air pipes as they become humongous, new research shows. In the Paleozoic Era, insects were able to overcome the bottleneck due to a high-oxygen atmosphere. Unlike animals with backbones, like us, insects deliver oxygen to their tissues directly and bloodlessly through a network of dead-end tracheal tubes. In bigger insects, this mode of oxygen transport becomes less efficient, but no one has been exactly sure why. Alex Kaiser of Midwestern University and his colleagues at Argonne National Laboratory and Arizona State University delved deeper by shining X-rays on four living beetle species , ranging in body mass by a factor of 1,000. This allowed the team to measure the exact dimensions of the beetles' tracheal tubes. Kaiser found that bigger beetle species devote a larger portion of their bodies, proportionately, to airways than do smaller species. And the air passageways that lead from the body core to the legs turn out to be bottlenecks that limit how much oxygen can be delivered to the extremities, Kaiser said. The team also examined the passageways that lead from the body core to the head. "We were surprised to find that the effect is most pronounced in the orifices leading to the legs, where more and more of the space is taken up by tracheal tubes in larger species," he said. Kaiser and Argonne biologist Jake Socha also used the results to predict the largest size of currently living beetles. If data on the air passageways to the head were used as a limiting factor, they predicted a crazy-large, foot-long beetle, while the leg data predicted a beetle that matches the size of today's largest living beetle, Titaneus giganteus. The research is detailed in the Aug. 7 issue of the journal Zbornik Nacionalne akademije znanosti. "This study is the first step toward understanding what controls body size in insects," Socha said. "It's the legs that count in the beetles studied here, but what matters for the hundreds of thousands of beetle species and millions of insect species overall is still an open question. The research was funded by the National Science Foundation.

  • Gallery: Ants of the World
  • Backyard Bugs: The Best of Your Images
  • All About Bugs

Budite u tijeku s najnovijim vijestima iz znanosti prijavljivanjem se na naš Essentials bilten.

Hvala vam što ste se prijavili na Live Science. Uskoro ćete primiti e -poruku za potvrdu.


Did Earth’s Early Rise in Oxygen Support The Evolution of Multicellular Life — or Suppress It?

Newswise — Scientists have long thought that there was a direct connection between the rise in atmospheric oxygen, which started with the Great Oxygenation Event 2.5 billion years ago, and the rise of large, complex multicellular organisms.

That theory, the &ldquoOxygen Control Hypothesis,&rdquo suggests that the size of these early multicellular organisms was limited by the depth to which oxygen could diffuse into their bodies. The hypothesis makes a simple prediction that has been highly influential within both evolutionary biology and geosciences: Greater atmospheric oxygen should always increase the size to which multicellular organisms can grow.

It&rsquos a hypothesis that&rsquos proven difficult to test in a lab. Yet a team of Georgia Tech researchers found a way &mdash using directed evolution, synthetic biology, and mathematical modeling &mdash all brought to bear on a simple multicellular lifeform called a &lsquosnowflake yeast&rsquo. The results? Significant new information on the correlations between oxygenation of the early Earth and the rise of large multicellular organisms &mdash and it&rsquos all about exactly how much O2 was available to some of our earliest multicellular ancestors.

&ldquoThe positive effect of oxygen on the evolution of multicellularity is entirely dose-dependent &mdash our planet's first oxygenation would have strongly constrained, not promoted, the evolution of multicellular life,&rdquo explains G. Ozan Bozdag, research scientist in the School of Biological Sciences and the study&rsquos lead author. &ldquoThe positive effect of oxygen on multicellular size may only be realized when it reaches high levels.&rdquo

&ldquoOxygen suppression of macroscopic multicellularity&rdquo is published in the May 14, 2021 edition of the journal Nature Communications. Bozdag&rsquos co-authors on the paper include Georgia Tech researchers Will Ratcliff, associate professor in the School of Biological Sciences Chris Reinhard, associate professor in the School of Earth and Atmospheric Sciences Rozenn Pineau, Ph.D. student in the School of Biological Sciences and the Interdisciplinary Graduate Program in Quantitative Biosciences (QBioS) along with Eric Libby, assistant professor at Umea University in Sweden and the Santa Fe Institute in New Mexico.

Directing yeast to evolve in record time

&ldquoWe show that the effect of oxygen is more complex than previously imagined. The early rise in global oxygen should in fact strongly constrain the evolution of macroscopic multicellularity, rather than selecting for larger and more complex organisms,&rdquo notes Ratcliff.

&ldquoPeople have long believed that the oxygenation of Earth's surface was helpful &mdash some going so far as to say it is a precondition &mdash for the evolution of large, complex multicellular organisms,&rdquo he adds. &ldquoBut nobody has ever tested this directly, because we haven't had a model system that is both able to undergo lots of generations of evolution quickly, and able to grow over the full range of oxygen conditions,&rdquo from anaerobic conditions up to modern levels. The researchers were able to do that, however, with snowflake yeast, simple multicellular organisms capable of rapid evolutionary change. By varying their growth environment, they evolved snowflake yeast for over 800 generations in the lab with selection for larger size.

The results surprised Bozdag. &ldquoI was astonished to see that multicellular yeast doubled their size very rapidly when they could not use oxygen, while populations that evolved in the moderately oxygenated environment showed no size increase at all,&rdquo he says. &ldquoThis effect is robust &mdash even over much longer timescales.&rdquo

Size &mdash and oxygen levels &mdash matter for multicellular growth In the team&rsquos research, &ldquolarge size easily evolved either when our yeast had no oxygen or plenty of it, but not when oxygen was present at low levels,&rdquo Ratcliff says. &ldquoWe did a lot more work to show that this is actually a totally predictable and understandable outcome of the fact that oxygen, when limiting, acts as a resource &mdash if cells can access it, they get a big metabolic benefit. When oxygen is scarce, it can't diffuse very far into organisms, so there is an evolutionary incentive for multicellular organisms to be small &mdash allowing most of their cells access to oxygen &mdash a constraint that is not there when oxygen simply isn't present, or when there's enough of it around to diffuse more deeply into tissues.&rdquo

Ratcliff says not only does his group&rsquos work challenge the Oxygen Control Hypothesis, it also helps science understand why so little apparent evolutionary innovation was happening in the world of multicellular organisms in the billion years after the Great Oxygenation Event. Ratcliff explains that geologists call this period the &ldquoBoring Billion&rdquo in Earth&rsquos history &mdash also known as the Dullest Time in Earth's History, and Earth's Middle Ages &mdash a period when oxygen was present in the atmosphere, but at low levels, and multicellular organisms stayed relatively small and simple.

Bozdag adds another insight into the unique nature of the study. &ldquoPrevious work examined the interplay between oxygen and multicellular size mainly through the physical principles of gas diffusion,&rdquo he says. &ldquoWhile that reasoning is essential, we also need an inclusive consideration of principles of Darwinian evolution when studying the origin of complex multicellular life on our planet.&rdquo Finally being able to advance organisms through many generations of evolution helped the researchers accomplish just that, Bozdag adds.

Citat: Bozdag, G.O., Libby, E., Pineau, R. et al., &ldquoOxygen suppression of macroscopic multicellularity.&rdquo (Nat Commun 12, 2838 2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-23104-0

This work was supported by the National Science Foundation and a Packard Foundation Fellowship for Science and Engineering to W.C.R. C.T.R. and W.C.R. acknowledge funding from the NASA Astrobiology Institute.

The Georgia Institute of Technology, or Georgia Tech, is a top 10 public research university developing leaders who advance technology and improve the human condition. The Institute offers business, computing, design, engineering, liberal arts, and sciences degrees. Its nearly 40,000 students, representing 50 states and 149 countries, study at the main campus in Atlanta, at campuses in France and China, and through distance and online learning. As a leading technological university, Georgia Tech is an engine of economic development for Georgia, the Southeast, and the nation, conducting more than $1 billion in research annually for government, industry, and society.


HUMAN WELL BEING AND HAPPINESS

As a fringe benefit, if we can grow food in space, this is likely to lead to a happier crew. We aren't machines, and most human beings enjoy having plants around and growing plants.

First, there's the taste. Fresh food, lettuce leaves and tomatoes picked from the plant, and bread you bake yourself, from wheat you grew yourself tastes much better than food that is dried and reconstituted, which is all you'd have otherwise in a long duration journey.

Also most people enjoy having plants around and tending plants.

It's true that you can survive fine without plants. If you are a prisoner in solitary confinement, you have no choice, and may find that you adjust fine to your situation. And many hermits in the past, and even today, spend years on end in caves and other confined small places, without any plants or much of anything except blank walls, and come out of their retreats happy. It is the same also for the crew of rowing boats and such like on long distance voyages, for instance when rowing across the Pacific, they live in confined quarters for weeks or months on end, and are happy in those situations.

However, that's not for everyone. Having plants around in the spaceship, and fresh food that they have grown themselves seems likely to contribute to overall happiness and well being of the crew. This is often mentioned as a fringe benefit in the literature. And in a small way, this has already happened - in the ISS tending their small crop of plants has a calming effect on the astronauts and cosmonauts.

A happy crew will make better decisions, and are more likely to come up with inspired and creative solutions to problems, and so may be better at completing mission objectives. And in any case, all things being equal, surely it's better to go for a solution that is more enjoyable for the crew.

Especially on long duration missions, far from Earth, where their plants in their spaceship may be the only green thing there is for many light minutes, many millions of kilometers, in all directions. Even on the far side of the Moon, the green plants in their spaceship may be their one direct tangible link with the ecosystem of the Earth which they can no longer see in the sky.


Gledaj video: Transpiracija biljke (Svibanj 2022).