Devonské vymírání pod ozonovou dírou - Redukce ozonosféry a její dopady na devonské oceány

Jedním z nejčastěji profanovaných globálních problému moderního světa je ozonová díra periodicky se zvětšující a zmenšující nad oblastí současných zemských pólů. Nad Antarktidou se poprvé v novodobé historii objevila ke konci 70. let minulého století a její pozorování počínají 80. lety, kdy také začala nabírat na celkové velikosti a stala se jedním z nejlépe známých přírodních problémů s lidským původem mezi laickou veřejností. Ozonová díra je dozajista skutečný problém, ale o jeho vývoji a účincích víme poměrně dost na to, abychom mohli říct, že po omezení látek či dějů, které produkujeme a ty ji rozšiřují, by se měla vrstva ozonu vrátit do normálního stavu. Současně je ovšem jisté, že i produkce některých přírodních látek, jako je methan či oxidy dusíku, ztenčují vrstvu ozonu v atmosféře zcela přirozenou cestou. Záleží ovšem na podnětu, který začně tyto plyny produkovat, protože může jít o děje opakující se konzistentě každý den a tedy nijak výrazně nebezpečné, zatímco může jít i o události nárazové a mnohem silnější. Plyny narušující ozonosféru vznikají totiž i při sopečných erupcích, náhlé změně klimatu a jiných neobvyklých událostech, a právě toto mohlo vést k závěru, který shledala skupina britských paleontologů jako příčinu velkého vymírání na konci devonského období (tradičně označováno jako frasno-famenské). V minulosti převažované názory o silné sopečné aktivitě, dopadu kosmického tělesa, masivní erozi nebo silnému magnetismu či změně klimatu shledávají jako nesprávná a zařazují mezi ně novou hypotézu podpořenou shromážděnými důkazy - právě ztenčení ozonové vrstvy a průnik nebezpečného UV-B záření mělo mít za následek rozsáhlé vyhynutí mořského a sladkovodního života.

Jeden z devonských živočichů, kteří žili v rozmezí velkého devonského vymírání a zažili jeho důsledky, byl i raný tetrapod rodu Ichthyostega ze středního až svrchní fáze geologického věku famenu. Tento živočich patřil ke druhům, které existovaly v současném Grónsku, kde autoři studie také sbírali své vzorky, v době neustálých změn kvůli rapidním proměnám klimatu a biosféry, které způsobovalo právě velké vymírání na konci devonu. Byl patrně také svědkem poslední velké události, hangenberské, kterou způsobilo patrně nadměrné UV záření prostupující atmosférou. Kredit: Alain Benéteau, převzato z DeviantArt

Velká vymírání se za dobu posledních 542 milionů let, v době trvání fanerozoického eonu, udála celkem pětkrát, a tyto události jsou proto přezdívány jako "Velká pětka", jak většina z nás ví. Vedle nich se samozřejmě existovala menší vymírání svým rozsahem ovšem nesrovnatelná s globálními kvůli svému rozsahu (ať už geografickému nebo celkovému počtu vyhynulých druhů), jejich větší společníci jsou také charakterizováni poměrně rychlým průběhem netrvajícím déle než několik milionů let (ve 3 poslední případech vyhynutí velkého počtu druhů v globálním měřítku šlo dokonce snad pouze o řádově několik statisíciletí). Výjimku mezi nimi tvoří ovšem již výše v úvodu zmíněné frasno-famenské, neboli velké devonské, vymírání trvající přibližně 24 až 25 milionů let a sestávající z několika jednotlivých etap postupného vymírání. Jeho zařazení jako jedno z největších v historii novodobého života na Zemi se řadí pravděpodobně z důvodu jeho pokračování po několik desítek milionů let o sice různě silné intenzitě v jeho jednotlivých částech, ale stále při kontinuitě. Vyčnívají z něj dvě události, dřívější kellwasserská odehrávající se před zhruba 362 miliony let a pozdější hangenberská probíhající před zhruba 359 miliony let a někdy vyčleněna jako samostatné vymírání, kde figuruje největší počet vyhynulých organismů v této době existující.

Právě na výzkum této události pomyslně ukončující velké devonské vymírání se zaměřili paleontologové z Velké Británie, s vedoucím autorem Jamesem Marshallem z Univerzity v Southamptonu, kteří měli za cíl zmapovat a určit přibližně přesnou příčinu tohoto kataklyzmatu. Zatímco v minulosti byl považován za důsledek sopečné činnosti, popřípadě masivního rozvoje vyšších rostlin ve velké lesnaté porosty a z toho pramenící změna klimatu na základě většího množství kyslíku v atmosféře (který nemohl být aktivně spotřebován větším množstvím suchozemských obratlovců či jiných živočichů), tak tato vědecká skupina shledává za jeho nejpravděpodobnější příčinu spíše nepozemský jev. Pravděpodobně šlo o kombinaci vlivů, které se vytvořily v pozdním devonu a přirozeného slunečního záření, které ovšem bylo rozloženo na jeho nejméně životu vhodné části. Tento přenesený význam je označení pro UV-B záření, které je složkou slunečního svitu, ovšem pohlcované ozonosférou a tedy nijak neškodící životu na Zemi kvůli jeho odstínění.

Nejen, že tato část spektra sluečního svitu může způsobit například rakovinu kůže, ale nese s sebou i jiné negativní účinky. Rozvoj vyšších rostlin ve svrchním středním a pozdním devonu přinesl jasné ochlazení klimatu a to především na jižní polokouli se zde rozkládajícím se superkontinentem Gondwana. Můžeme zde sledovat fosilní ložiska poukazující na chladný klimat po mořské regresi, který ovšem patrně nebyl doprovázen vznikem velkých kontinentálních ledovců. Právě toto ochlazení a následné rychlé oteplení na konci devonského geologického útvaru mělo mít, podle autorů, za následek oslabení ozonosféry a následné doprovodné efekty podrobněji rozepsány níže.

Vzorky pro tento výzkum byly získány na 2 lokalitách světa s poměrně velkých geografických rozptylem, ve východním Grónsku, kde se v dobu ukládání sedimentů Old Red nacházelo patrně tropické jezero se suchým klimatem autory srovnané s dnešním Čadským jezerem na pomezí saharské a subsaharské Afriky, a také v devonských uloženinách nad jezerem Titicaca na jeho bolivijské straně. Jejich přeprava byla přitom zajištěna jak letecky, tak pomocí vodní dopravy. Šlo o sedimenty, jak bylo zmíněno, Old Red, které jsou pro svrchní fázi devonu typické pro sladkovodní fácie a terestrické uloženiny, kde také nacházíme časté zbytky různých druhů rostlin.

Po rozpuštění hornin v kyselině fluorovodíkové, v laboratorních podmínkách, byly analyzovány vzorky pylu těchto někdejších devonských rostlin, které byly následně podrobeny výzkumu. Na jejich povrchu se totiž nacházela velmi zvláštní utváření malých výběžků splývající do jakési mozaiky, které byly nepřirozené a zrna stejného typu ze starších fází devonu je nevlastní. Autoři při práci shledali, že velmi připomínaly rostlinné degenerace na úrovni DNA, tedy degradaci jejich genů podobné těm, které nacházíme například u organismů vystavených kupříkladu radiaci. Právě tyto degenerace mohou být ale i způsobeny vystavení ultrafialovému záření, které se projevuje po oslabení vrstvy ozonu. Naznačovaly by to také tmavé svrchní části na těchto zrnech.

Rychlé vystřídání chladného a horkého klimatu, které se odehrálo ve velmi krátkém geologickém časovém úseku, mělo za následek nadměrnou tvorbu chemických látek lehčích než vzduch, jako je methan, oxidy dusíku, sloučeniny halogenů, a ty začaly velmi rychle narušovat ozonosféru. Stejné plyny mohou produkovat i sopečné erupce, ale autoři shledávají za pravděpodobnější možnost rapidní změny klimatu a s tím související produkci těchto plynů a rychlé oslabení ozosnoféry. Redukce ozonu a vytvoření patrně obrovské ozonové díry nad velkou většinou jižní polokoule posléze započalo likvidaci sladkovodních i terestrických ekosystémů kvůli přílivu UV záření.

Hangenberská událost (patrně nejlépe označena pod anglickým pojmem Hangenberg event) je oproti kellwasserské charakteristická právě postižením i sladkovodních a suchozemských ekosystémů vedle mořských, zatímco v předchozí bylo výrazně zasaženo téměř výhradně mořské prostředí, a také většina předchozích prací se zabývala dopadem vymírání na mořské ekosystémy a z toho vyvozovala i možné příčiny jejich oslabení. U suchozemských a sladkovodních ekosystémů byly tyto příčiny následně srovnány a korelovány, zda by mohly být účinky na život v nich srovnatelné s mořským.

Tato studie ovšem ukazuje poměrně pravděpodobný a dobře dokazatelný scénář, který se opírá o údaje získané na základě studie paleoklimatologie, botaniky a geologie nejpozdnějšího devonu. Navíc redukce ozonu a propuštění ultrafialového záření vysvětluje zasažení terestrických a sladkovodních oblastí, protože zde nebyly chráněny vodou bohatou na rozpuštěné látky a vzduchový obal paprsky bez problému propustil. Řetězová reakce spuštěná průnikem UV záření krz atmosféru na Zemi započala devastaci mělkovodních ekosystémů, vymírání na souši působením ničení DNA organismů a zánik oslabených skupin pomocí stejných jevů.

Ačkoliv potřebuje tato studie ještě více podrobného výzkumu, který zhodnotí nálezy i z jiných míst světa, lze ji brát jako jednu z pravděpodobných. Autoři také dodávají, že po ní jasně vymírají veškeří zbylí zástupci pancéřnatců (Placodermi) a primitivních zástupců ryb, po nich se dominantní skupinou staly veškeré současné druhy.

Jednohlasně také přidávají další velice zajímavý a také do určité míry podpůrný argument pro jejich výzkum, po této údalosti se u přeživších tetrapodů (Tetrapoda) objevují výhradně končetiny, které mají 5 prstů a nejsou tedy polydaktylní, jak bylo u dřívějších druhů časté. Tento jev mohl být způsobem právě genetickými mutacemi, které způsobilo u přeživších tetrapodů UV záření a jejich geny byly modifikovány. Ve stejné době se také pravděpodobně objevují předci moderních druhů ryb (Neopterygii) a je tedy pravděpodobné, že tyto genetické mutace a evoluční radiace mohlo v mělkovodních ekosystémech UV záření prostupující přes téměř chybějící ozonosféru způsobit.