Stanford University: Studie verknüpft das Große Sterben mit Hitze und Sauerstoffmangel im Perm-Trias

Über rund 280 Millionen Jahre der Tiergeschichte auf der Erde prägten eher langsam lebende Organismen die Lebensgemeinschaften am Meeresboden – etwa muschelähnliche Armfüßer (Brachiopoden) und Seelilien (Crinoiden).

Dann änderte sich die Situation abrupt.

Das Große Sterben am Ende des Perm

Am Ende des Perm heizte sich der Planet auf, weil durch gewaltige Vulkanausbrüche enorme Mengen an Treibhausgasen in die Atmosphäre gelangten. Diese Entwicklung löste das „Große Sterben“ aus, das das Perm-Zeitalter beendete.

Bis heute gilt dieses Ereignis als das größte Massenaussterben der Erdgeschichte. In vielerlei Hinsicht wirkt es beunruhigend vertraut, denn auch damals erwärmten sich die Meere schnell und gerieten in Sauerstoffnot.

Ein neues, von Forschenden der Stanford University geleitetes Projekt zeigt nun einen deutlichen Zusammenhang zwischen dem Verschwinden vormals dominanter Meeresgruppen und der tödlichen Kombination aus Hitze und sauerstoffarmen Bedingungen, die die Ozeane am Ende des Perm heimsuchte.

Warum Armfüßer seltener wurden: Temperatur, Sauerstoff und Stoffwechsel

Vor dem Großen Sterben war der Meeresboden von vielen unterschiedlichen Lebewesen besiedelt – einige gibt es in ähnlicher Form noch heute, andere kennen wir nur aus Fossilien. Der Geowissenschaftler Jose Andres Marquez und sein Team haben herausgearbeitet, wodurch sich Arten unterschieden, die diese katastrophale Klimaveränderung überstanden, von jenen, die ausstarben.

„Mit dieser Studie wollten wir im Kern das Rätsel lösen, warum man am Strand eher die Schalen von Muscheln und Schnecken sammelt und nicht die von Armfüßern“, sagt Marquez.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass in verschiedenen Organismengruppen Aussterben mit deutlich höheren Raten bei jenen auftraten, die gegenüber steigenden Wassertemperaturen und sinkender Sauerstoffverfügbarkeit stärker verwundbar waren.“

Nach Darstellung der Forschenden machte vor allem der langsame Stoffwechsel vieler paläozoischer Meeresfaunen sie besonders anfällig für die drastische Erwärmung und den Sauerstoffmangel. Im Vergleich dazu setzten sich jene Gruppen durch, die die Forschenden als „moderne“ Fauna bezeichnen – darunter Weichtiere (Mollusken), Fische, Seesterne und Seeigel.

Vergleich von 38 Arten unter Perm-Trias-Bedingungen

Untermauert wurde dieser Befund durch einen direkten Vergleich der Toleranz von 38 Arten gegenüber den Hitze- und Sauerstoffmangelbedingungen, die für das Perm-Trias-Aussterbeereignis typisch waren.

In die Auswertung flossen 9 Arten paläozoischer Fauna ein (darunter einige wenige, die das Große Sterben tatsächlich überstanden) sowie 29 Arten moderner Fauna. Für einen Teil dieser Arten erhoben Marquez und sein Team in Experimenten neue Daten zu den jeweiligen Belastungsgrenzen; für weitere Arten stützten sie sich auf Ergebnisse früherer Studien.

In der Gesamtschau zeigte sich: Paläozoische Fauna reagierte im Mittel deutlich empfindlicher auf Temperatur- und Sauerstoffschwankungen als moderne Fauna.

„Die aeroben Stoffwechsel der paläozoischen Fauna werden mit steigenden Wassertemperaturen schneller durch Sauerstoff limitiert (oder ihre biogeografischen Verbreitungsräume werden mit steigenden Temperaturen schneller durch Sauerstoff limitiert) als bei ihren modernen Gegenstücken“, erklären die Autorinnen und Autoren in ihrer Arbeit.

Interessant ist zudem: Bei niedrigem Sauerstoff (Hypoxie) konnten paläozoische Organismen im Ruhezustand besser zurechtkommen. Sobald sie aktiv waren, verschwand dieser Vorteil.

Die Studie betrachtet vorrangig zwei Faktoren – Sauerstoff und Temperatur. Die Forschenden schließen dabei nicht aus, dass weitere Belastungen wie die Versauerung der Ozeane ebenfalls zu den unerträglichen Bedingungen während des Großen Sterbens beigetragen haben könnten.

Parallelen zum heutigen Klimawandel

Trotzdem zeichnen die Resultate ein recht eindeutiges Bild.

„Die schlechte Nachricht ist: In Worst-Case-Szenarien steuern wir auf Erwärmungswerte zu, die denen am Perm-Trias-Übergang entsprechen“, sagt der Stanford-Geowissenschaftler Erik Sperling.

„Aber die gute Nachricht ist: Wir sind noch an einem Punkt, an dem wir etwas ändern und gegensteuern können.“

Als das Große Sterben einsetzte, stiegen die Temperaturen über mehrere Tausend Jahre um 8–12 °C (46–54 °F).

Heute wird – auf Basis nur weniger Jahrhunderte an Emissionen – bis 2100 ein Temperaturanstieg von 1,5–4 °C über das vorindustrielle Niveau hinaus erwartet.

Der entscheidende Unterschied: Diesmal stammen die Emissionen von uns. Einen Vulkanausbruch können wir nicht verhindern – das Verbrennen fossiler Brennstoffe jedoch schon.

„Das größte Massenaussterben aller Zeiten begann in einer Welt, die der heutigen sehr ähnlich war: ein relativ kühler, relativ gut mit Sauerstoff versorgter Ozean – und dann eine enorme Injektion von Kohlendioxid in das Erdsystem“, sagt Sperling.

„Zu verstehen, wie die Erde und die Biota der Erde damals reagierten, könnte uns Hinweise darauf geben, was auf uns zukommt.“

Die Studie erschien in den Tagungsberichten der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

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