Fossil visar att plankton har klarat globala uppvärmningar

Forskare har hittat massor av mikroskopiska avtryck, eller ”spökfossil”, av encelliga plankton som levde i haven för miljontals år sedan. Upptäckter från tre globala uppvärmningar i jordens historia antyder att dessa plankton var mer motståndskraftiga än man tidigare trott och inte kollapsade av havets försurning.

Plankton är en grundläggande komponent i marina ekosystem. Coccolitoforer, en typ av fotosynteserande nannoplankton, är viktiga i dagens hav och ger mycket av det syre vi andas, stödjer näringsvävar och binder kol i havsbottensediment. Coccolitoforer producerar hårda plattor gjorda av kalciumkarbonat, så kallade coccoliter. Dessa är ofta extremt rikliga i fossilregistret och är vad paleontologer i allmänhet letar efter när de studerar nannoplankton.

Under tre tidigare globala uppvärmningshändelser, för ~183, ~120 och ~94 miljoner år sedan, har betydande minskningar av mängden coccoliter och andra typer av nannoplankton dokumenterats i fossilregistret. Dessa signaler har därför tolkats som kriser för det levande nannoplanktonet, som svar på global uppvärmning och havsförsurning. En ny studie publicerad den 20 maj 2022, i tidskriften Science, utmanar denna uppfattning.

I studien presenterar forskarna en global förekomst av en nästan helt förbisedd form av fossilbevarande: avtryck, eller spökfossil, av nannoplankton bevarade på organiskt material. Fossilen hittades i stenar från intervaller i den geologiska lagerföljden där normala coccoliter är sällsynta eller frånvarande.

”Detta var en total överraskning!” säger doktor Sam Slater, från Naturhistoriska riksmuseet. "Dessa ovanliga fossil är utsökt bevarade och avslöjar gömda förekomster av nannoplanktonsamhällen under flera tidigare globala uppvärmningshändelser, vilket visar att dessa plankton var mer motståndskraftiga än vad de traditionella fossilen har visat."

Helt synliga med kraftfulla mikroskop

Forskarna upptäckte spökfossilen med hjälp av kraftfulla mikroskop, i stenar från tre perioder med snabb uppvärmning som ägde rum under perioderna jura och krita, i dinosauriernas tidsålder. I det internationella teamet av forskare ingick forskaren Sam Slater och professorn Vivi Vajda vid Naturhistoriska riksmuseet, professor Paul Bown (University College London), professor Silvia Danise (University of Florence) och professor Richard Twitchett (Londons Naturhistoriska Museum).

Trots sin mikroskopiska storlek kan coccolitoforer bli så rikliga att de bildar blomningar i havet som kan ses från rymden. Efter att planktonet dör sjunker de hårda plattorna i deras exoskelett till havsbotten och ackumuleras i stora mängder och bildar stenar som krita.

"Bevarandet av dessa spöknannofossiler är verkligen anmärkningsvärt", säger professor Paul Bown. "Spökfossilerna är extremt små - deras längd är ungefär fem tusendelar av en millimeter, 15 gånger mindre än bredden på ett människohår! ‒ men detaljerna i originalplattorna är fortfarande perfekt synliga, även om själva plattorna har lösts upp, så vi kan lätt se vilka arter som fanns”.

Upplösta fossil lämnade avtryck

Spökfossilerna bildades när sedimenten vid havsbotten begravdes och förvandlades till sten. Allt eftersom mer lera gradvis avsattes ovanpå, pressade det ökade trycket ihop coccolitplattorna och andra organiska rester, och de hårda coccoliterna pressades in i ytorna på pollen, sporer och annat mjukt organiskt material i sedimenten. Senare löste surt vatten inuti bergets porutrymmen bort de hårda kokkoliterna och lämnade bara deras avtryck efter sig – ”spökena”.

"Normalt letar paleontologer bara efter de fossila coccoliterna själva, och om de inte hittar några antar de ofta att dessa forntida planktonsamhällen kollapsade", förklarar Prof. Vivi Vajda. "Dessa spökfossiler visar oss att ibland spelar fossilregistret oss ett spratt och det finns andra sätt att bevara dessa kalkhaltiga nannoplankton, som måste tas i beaktande när man försöker förstå reaktioner på tidigare klimatförändringar.

Användbart idag

Prof. Silvia Danise säger, "Spöknannofossil är sannolikt vanliga i fossilregistret, men de har förbisetts på grund av sin lilla storlek och kryptiska bevarandesätt. Vi tror att denna speciella typ av fossilisering kommer att vara användbar i framtiden, särskilt när man studerar geologiska intervall där de ursprungliga coccoliterna saknas i fossilregistret”.

Studien fokuserade på Toarcian Oceanic Anoxic Event (T-OAE), ett intervall av snabb global uppvärmning i tidig jura (~183 miljoner år sedan), orsakad av en ökning av CO2-nivåer i atmosfären från massiv vulkanism i södra hemisfären. Forskarna hittade spöknannofossil associerade med T-OAE från Storbritannien, Tyskland, Japan och Nya Zeeland, men också från två liknande globala uppvärmningshändelser i krita: Oceanic Anoxic Event 1a (~120 miljoner år sedan) i Sverige och Oceanic Anoxic Event 2 (~94 miljoner år sedan) från Italien.

"Spökfossilen visar att nannoplankton var rikliga, mångsidiga och att de blomstrade under tidigare uppvärmningshändelser i jura och krita, där tidigare uppgifter har antydde att plankton kollapsade på grund av havets försurning", förklarar prof. Richard Twitchett. "Dessa fossil ändrar vår förståelse av hur det kalkrika nannoplanktonet svarar på uppvärmningshändelser."

Studien tyder också på att spridningen av plankton under uppvärmningshändelserna bidrog till utvecklingen av marina döda zoner, regioner där syrehalten är för låg för att de flesta arter ska överleva. När planktonalger blommat, dött och sjunkit till botten, förbrukar deras nedbrytning syre från vattnet. Under extrema omständigheter kan detta leda till utvecklingen av döda zoner. Idag gör klimatförändringar och ökad tillförsel av näringsämnen till kusthaven från mänsklig aktivitet, att döda zoner expanderar.

Dr. Sam Slater förklarar, "Spökfossilen indikerar att nannoplankton, såväl som andra typer av alger, underblåste utvecklingen av marina döda zoner under uppvärmningen av jura och krita. Men dessa fossiler tyder också på att nannoplankton troligen på lång sikt hjälpte till att kyla klimatet efter uppvärmningen, genom att dra ner CO2 från atmosfären. Upptäckten av detta globala register över spökfossil visar oss att det kan finnas många fler kryptiska fossilfynd som väntar på att bli hittade!”

Kontaktuppgifter:

Dr Sam Slater

Forskare vid Naturhistoriska riksmuseet

Telefon: +46 (0)733 115 563

E-post: sam.slater@nrm.se

Professor Paul Bown

Professor, Institutionen för geovetenskaper, University College London

Telefon: +44 (0)20 3108 6360

E-post: p.bown@ucl.ac.uk

Professor Richard Twitchett

Forskningsledare, Natural History Museum, London

Telefon: +44 (0)20 79425335

E-post: r.twitchett@nhm.ac.uk

Professor Silvia Danise

Docent, universitetet i Florens, Italien

Telefon: +39 (0)3488582010

E-post: silvia.danise@unifi.it

Professor Vivi Vajda

Professor vid Naturhistoriska riksmuseet

Telefon: +46 (0)733 861195

E-post: vivi.vajda@nrm.se

Relates to article: S.M. Slater, P. Bown, R.J. Twitchett, S. Danise, V. Vajda. Global record of “ghost” nannofossils reveals plankton resilience to high CO₂ and warming. Science 376 (2022). doi:10.1126/science.abm7330