Hoe de ‘mariene revolutie’ het leven in de oceaan heeft gevormd

Een scanning elektronenmicroscopische afbeelding van Globorotalia tumida, een kalkhoudende planktonische foraminifera. Dit exemplaar werd verzameld van IODP Site U1559 in de Zuid-Atlantische Oceaan.

Tussen de 252 en 66 miljoen jaar geleden onderging de oceaan een revolutie. Dit is de periode waarin plankton met schelpen van calciumcarbonaat de open oceaan koloniseerden. Wanneer ze stierven, vielen hun resten als sneeuw over grote delen van de zeebodem. De overvloed aan hun schelpen veranderde in de loop der tijd het mariene landschap, wat leidde tot unieke rotsformaties en enorme afzettingen van kalksteen.

Deze opbouw van kalkmineralen was een belangrijk onderdeel van de Mesozoïsche Mariene Revolutie (MMR) – een periode van transformatie in de oceanen van de aarde die hielp de basis te leggen voor het hedendaagse moderne mariene ecosysteem.

Volgens een nieuwe studie, geleid door onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin en gepubliceerd in de Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, lijkt de verandering in de dynamiek van calciumcarbonaat in de oceaan de evolutionaire koers van kleine maar krachtige zeedieren, de foraminifera, te hebben beïnvloed.

Foraminifera – of kortweg forams – zijn al honderden miljoenen jaren thuis in de oceanen van de aarde en vormen een belangrijk onderdeel van de voedselketen, goed voor 50% van de biomassa in diepzeecosystemen. Maar op individueel niveau zijn forams zeer klein. Elk exemplaar is slechts een enkele cel omgeven door een schelpachtig skelet. Forams kunnen hun skelet van verschillende materialen maken, waaronder sedimenten en organisch materiaal. De onderzoekers ontdekten dat na de MMR de kalkhoudende forams – die hun schelpen opbouwen door calciumcarbonaat te afscheiden – floreerden en de dominante soort foraminifera werden die vandaag de dag leeft.

De hoofdauteur van de studie, Katherine Faulkner, die het onderzoek uitvoerde toen ze een bachelorstudent aan UT was, vertelde dat de bevindingen, naast het verhelderen van de diversiteit van forams door de tijd heen, onderzoekers kunnen helpen begrijpen hoe andere vormen van marien leven reageerden op schommelingen in de oceaanchemie door de geologische tijd.

Faulkner, die nu een graduate student aan de Universiteit van Oxford is, merkte op: “Foraminifera zijn deze zeer overvloedige organismen en ze kunnen ons eigenlijk iets meer vertellen over wat andere organismen met calciumcarbonaatstructuren mogelijk deden tijdens dit tijdsinterval.”

In hun studie volgden Faulkner en haar medeauteurs de diversiteit van forams over de afgelopen 541 miljoen jaar – een periode die bekend staat als het Phanerozoïcum – en analyseerden ze hoe verschillende soorten forams het deden tijdens grote veranderingen in het milieu van de aarde. Dit omvatte meerdere episodes van verzuring van de oceaan en vijf massa-extincties. De gegevens over de diversiteit van forams kwamen uit een eerder samengestelde index. De onderzoekers vergeleken deze gegevens met veranderingen in de oceaanchemie door de tijd heen.

Voor de MMR was de diversiteit van kalkhoudende forams bijzonder gevoelig voor milieuwijzigingen, met deze forams die extinctie- en oorsprongspercentages hadden die een orde van grootte hoger waren dan andere forams. Deze veranderende percentages weerspiegelden grote gelijktijdige veranderingen in de oceaanchemie, in plaats van langdurige trends.

Na de aanvang van de MMR daarentegen, nam de diversiteit van kalkhoudende forams gestaag toe terwijl hun extinctiepercentages afnamen. Bovendien, zelfs wanneer kortetermijnveranderingen in de oceaanchemie tijdens het Cenozoïcum leidden tot extincties, herstelde de diversiteit van kalkhoudende forams zich snel zodra de omstandigheden verbeterden. De onderzoekers wijzen het herstel toe aan het bufferende effect van de toegenomen hoeveelheden calciumcarbonaat op de oceaanbodem.

“De diversiteit van forams stabiliseert meer dan ik had verwacht, vooral gezien al die enorme klimaatveranderingen in het Cenozoïcum,” zei co-auteur Rowan Martindale, een universitair hoofddocent aan de UT Jackson School of Geosciences’ Department of Earth and Planetary Sciences. “Het is indrukwekkend voor mij hoe die omschakeling in het Mesozoïcum echt transformeert hoe forams reageren op veranderingen in de oceaan.”

Het onderzoek benadrukt de variabele manieren waarop forams hebben gereageerd op veranderingen in oceaanchemie door de tijd heen en hoe de instroom van calciumcarbonaat tijdens de MMR hielp om kalkhoudende forams te laten overleven bij milieuschommelingen, aldus co-auteur Chris Lowery, een onderzoeksassistents-professor aan het Institute for Geophysics van de Jackson School.

“Je hebt grote veranderingen in pH bij de K/Pg-grens en de Paleoceen-Eoceen Thermale Maximum, maar er is geen echte extinctie [in forams] die we in het latere record kunnen observeren en zeker geen grote veranderingen in [schelp]type door de tijd heen,” zei hij. “Het lijkt erop dat forams op deze schaal bestand zijn tegen veranderingen in oceaanchemie.”