Eine Studie wirft buchstäblich Licht auf die Frage, welche Faktoren zu dem katastrophalen Massenaussterben am Ende des Perm-Zeitalters geführt haben: Der Nachweis von Lichtschutzsubstanzen in fossilen Pflanzenpollen belegt, dass dabei wohl auch erhöhte UV-Strahlung eine Rolle gespielt hat. Die Belastung war offenbar auf eine Zerstörung der Ozonschicht durch Gase des verstärkten Vulkanismus vor 250 Millionen Jahren zurückzuführen. Neben der starken Klimaerwärmung könnte damals auch die erhöhte UV-Strahlung zum Aus vieler terrestrischer Arten beigetragen haben, sagen die Wissenschaftler.

Das Massenaussterben, das am Ende der Kreidezeit die Dinosaurier von der Bühne der Erdgeschichte fegte, ist wohl das berühmteste. Doch auch schon davor hatte es katastrophale Einbrüche der Artenvielfalt gegeben. Als drastischster Fall gilt dabei das Massenaussterben am Ende des Perm-Zeitalters vor rund 250 Millionen Jahren. Damals verschwanden plötzlich etwa 80 Prozent der marinen und terrestrischen Arten. Aus verschiedenen Hinweisen geht hervor, dass dieser Einbruch auf die Folgen gigantischer Vulkanausbrüche im heutigen Sibirien zurückzuführen war. Sie setzten große Mengen von Kohlendioxid aus dem Erdinneren in die Atmosphäre frei, was in kurzer Zeit zu einer starken globalen Erwärmung führte.

Den Meereslebewesen machte offenbar zudem eine Versauerung durch Einträge von vulkanischen Substanzen stark zu schaffen. Was die Tiere und Pflanzen an Land betrifft, gab es bereits Hinweise darauf, dass sie neben den Klimaveränderungen auch einer erhöhten UV-Strahlung ausgesetzt waren. Denn bestimmte Stoffe, die im Zuge der Vulkanaktivität freigesetzt wurden, könnten damals die Ozonschicht zerstört haben. Als ein Hinweis wurden dabei Funde von fossilen Pollenkörnern aus der Ära interpretiert, die Missbildungen aufwiesen, wie sie durch starke UV-B-Strahlenbelastungen entstehen können. Doch auch bestimmte vulkanische Schadsubstanzen könnten dies verursacht haben, wodurch Unklarheit bestand.

Erhöhter UV-Belastung auf der Spur

Für neue Hinweise auf eine erhöhte UV-B-Belastung hat nun ein internationales Forscherteam gesorgt. Es ist ihnen gelungen, in fossilen Pollenkörnern die Spuren bestimmter phenolischer Substanzen (UACs) nachzuweisen, die Pflanzen bekanntermaßen dazu dienen, ihre Gewebe vor ultravioletter Strahlung zu schützen. “Pflanzen benötigen Sonnenlicht für die Photosynthese, müssen sich aber selbst und insbesondere ihre Pollenkörner vor den schädlichen Auswirkungen der UV-B-Strahlung schützen. Zu diesem Zweck beladen die Pflanzen die Außenwände der Pollenkörner mit Verbindungen, die wie Sonnenschutzmittel wirken, um die empfindlichen Zellen zu schützen und eine erfolgreiche Fortpflanzung zu gewährleisten”, erklärt Co-Autor Barry Lomax von der University of Nottingham.

Die Forscher haben ihr Nachweisverfahren durch Infrarot-Mikrospektroskopie nun im Fall von Pollenkörnern angewendet, die von einem Fundort in Tibet stammen. Sie lassen sich Pflanzen zuordnen, die um die Zeit des Massenaussterbens vor rund 250 Millionen Jahren gewachsen sind. Bestimmte Substanzen in den Schichten zeigen dabei eindeutig die Spuren des damals erhöhten Vulkanismus, erklären die Wissenschaftler. Somit konnten sie die Pollenmerkmale vor und nach den Veränderungen vergleichen. “Wir haben deutlich erhöhte Konzentrationen der phenolischen Substanzen in den fossilen Pollenkörnern aus Tibet gefunden, die während des Massenaussterbens und der Hochphase der vulkanischen Aktivität entstanden sind”, berichtet Erst-Autor Feng Liu von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Nanjing. Das bedeutet, dass die Pflanzen damals diese für die Fortpflanzung wichtigen Gebilde besonders intensiv gegen UV-B-Strahlung schützen mussten. Dabei handelt es sich somit um einen deutlichen Hinweis darauf, dass die Ozonschicht so weit beeinträchtigt war, dass sie die Erdoberfläche nicht mehr wie zuvor vor UV-B-Strahlung abschirmen konnte.

Katastrophale Kaskadeneffekte

Den Forschern zufolge könnte dies zu weitreichenden Folgen für das gesamte Erdsystem geführt haben. Aus Modellsimulationen geht hervor, dass erhöhter UV-B-Stress zu einem deutlichen Rückgang der pflanzlichen Biomasseproduktion führen kann. Dies könnte damals die terrestrische Kohlenstoffspeicherung verringert haben, wodurch die globale Erwärmung im Zuge der Vulkanaktivität noch weiter verstärkt wurde. Außerdem könnte es einen direkten Effekt auf die Tierwelt des späten Perm-Zeitalters gegeben haben: Es ist bekannt, dass erhöhte Konzentrationen von Phenolverbindungen Pflanzengewebe weniger leicht verdaulich machen. Neben den starken Klimaveränderungen könnte dies die Pflanzenfresser zusätzlich stark belastet haben, sagen die Forscher.

Wie sie resümieren, zeichnet sich nun ab, in welch komplexer Weise der Vulkanismus die Lebenswelt der Erde vor 250 Millionen Jahren in eine Katastrophe gestürzt hat. “Vulkanismus von solchem Ausmaß wirkt sich auf alle Aspekte des Erdsystems aus, von direkten chemischen Veränderungen in der Atmosphäre über Veränderungen bei der Kohlenstoffbindung bis hin zur Beeinträchtigung der für Tiere verfügbaren nahrhaften Nahrungsquellen”, sagt Co-Autor Wes Fraser von der Oxford Brookes University.

Quelle: University of Nottingham, Chinese Academy of Sciences, Fachartikel: Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.abo6102

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