De Impact van Bioturbatie op de Oceaanbodems: 540 Miljoen Jaar van Veranderingen

De mysterieuze wereld op de bodem van de oceanen is nu iets duidelijker, dankzij een nieuwe studie die de evolutie van mariene sedimentlagen door honderden miljoenen jaren volgt.

Het is een verhaal van wereldvorming op een grandioze, maar ook gedetailleerde schaal, gerealiseerd door een opeenvolging van mariene dieren die zich een weg door warmte en kou, soortexpansies en massa-extincties hebben gewrocht. Wetenschappers noemen dit proces bioturbatie—de uitgraving en vermenging van sedimenten en bodems door gravende dieren, vooral voor onderdak en voedsel.

“Bioturbatie is een van de belangrijkste vormen van ecosysteemengineering, zowel in de oceanen als op het land,” zegt Lidya Tarhan, assistent-professor in de aarde- en planetenwetenschappen aan de Yale Faculty of Arts and Sciences en hoofd auteur van de studie gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances. “In de oceanen speelt bioturbatie een cruciale rol in het vormgeven van de leefbaarheid en ecologie van de zeebodem, evenals in het reguleren van de nutriëntenkringloop in de bovenliggende oceaanwateren,” voegt Tarhan toe. “Echter, hoe bioturbatie door de geschiedenis van de aarde is gevarieerd en het evolutionaire tijdstip waarop bioturbators de enorm invloedrijke ‘ingenieurs’ werden die ze vandaag zijn, is lange tijd slecht begrepen.”

Naast hun eigen gegevens—die waarnemingen uit geologische veldwerk in de VS, Canada, Spanje en Australië omvatten, evenals sedimentboorkernen uit de moderne oceanen—beoordeelden Tarhan en haar collega’s meer dan 1.000 eerdere wetenschappelijke studies. Ze zochten specifiek naar informatie over hoe intensief zeebodem sedimenten werden omgewoeld, evenals zes soorten gefossiliseerde burchten die doorgaans tot de diepste burchten in de zeebodem behoren. Uiteindelijk verzamelden ze een database die 540 miljoen jaar van de geschiedenis van de aarde beslaat—bijna de volledige evolutionaire geschiedenis van het dierenleven.

Het team kreeg verschillende nieuwe inzichten uit hun onderzoek. Ten eerste ontdekten ze dat de twee hoofdtypen bioturbatie—het graven en de sedimentvermening door de dieren—zich afzonderlijk ontwikkelden. Diep graven begon vroeg in de evolutie van dieren; sedimentvermening nam honderden miljoenen jaren in beslag om zich te ontwikkelen.

“Gravende dieren zoals wormen, en later schelpen en schaaldieren, waren overvloedig en wijdverspreid, tenminste in de ondiepe oceanen,” zegt Tarhan, die ook assistent-curator is aan het Yale Peabody Museum. “Het duurde langer voordat ze zich naar de diepe oceanen waagden. Maar sedimentvermening bleef achter. We veronderstellen dat zuurstofstress in de oceaan, vooral in perioden van warme, ‘broeikas’ klimaten, een belangrijke drijfveer kan zijn geweest.”

Volgens Tarhan waren de zuurstofniveaus in de oceaan waarschijnlijk zeer laag toen de gemeenschappen van zeebodemdieren zich voor het eerst vestigden. Onder warmere watertemperaturen stijgen de stofwisselingssnelheden van dieren en daarmee ook hun behoefte aan zuurstof. Dat betekende waarschijnlijk dat sedimentvermening, die een grote hoeveelheid energie vereist, ondergeschikt was aan minder intensief graven.

De onderzoekers waren ook in staat om te beginnen met documenteren hoe bioturbatie door grote milieuwijzigingen en massa-extinctie gebeurtenissen door de geschiedenis heen is beïnvloed. Bijvoorbeeld, tijdens de massa-extinctie aan het einde van het Perm, 252 miljoen jaar geleden, toen mogelijk meer dan 90% van de diersoorten werd uitgeroeid, stopte de bioturbatie tijdelijk. Daarna begonnen kleine, horizontale burchten langzaam weer op te duiken.

Verdere onderzoeken zullen verkennen welke rol deze sterk verminderde bioturbatie had in de herestablishering van nutriënten in de oceaan en de uiteindelijke hergroei van ecosystemen. “Zonder een duidelijk beeld van hoe bioturbators reageerden op milieustressoren en hoe snel ze zich konden herstellen na uitstervingen, is ons begrip van de mechanismen van de ecologische cascades die uitsterving aandrijven en herstel bepalen, beslist onduidelijk,” zegt Tarhan. “Dit verergert zeker de uitdagingen waarmee we worden geconfronteerd bij het proberen te voorspellen van de ecologische impact van onze huidige uitstervingscrisis.”

Kate Pippenger, een graduate student in Tarhan’s laboratorium aan Yale, is co-auteur van de studie. Andere co-auteurs zijn Alison Cribb van de Universiteit van Southampton, Michelle Zill en David Bottjer van de Universiteit van Zuid-Californië, William Phelps van Riverside Community College, Mary Droser van de Universiteit van Californië-Riverside en Matthew Clapham van de Universiteit van Californië-Santa Cruz.