Jordens atmosfære består av mye nitrogen (78 prosent), litt oksygen (21 prosent), en skvett argon (0, 93 prosent), en liten mengde karbondioksid (0, 038 prosent) og spormengder av andre gasser . Men det har ikke alltid vært slik. Sammensetningen av gasser i atmosfæren kan endre seg (og endres nå når vi forbrenner fossilt brensel), og fossilprotokollen avslører hvordan noe så villedende enkelt som luft kan påvirke livets historie.
Hvis du besøkte det som nå er Nord-Amerika for 300 millioner år siden, nær avslutningen av karbonperioden, ville du blitt møtt av en veldig ukjent scene. Landskapet ble dominert av enorme sumper fylt med enorme lykopoder (slektninger av klubbmoser som vokste til størrelsen på trær), amfibiske virveldyr med en lengde på nesten 20 fot og enorme leddyr. Meganeura, en slektning av øyenstikkeren som hadde et vingespenn mer enn to meter på tvers, surret gjennom luften over den gigantiske Arthropleura, en ni meter lang tusenbein. Aldri før eller siden har terrestriske virvelløse dyr vokst til så vidunderlige størrelser.
Utløseren for denne voldsomme gigantismen var en særegen, nyutviklet karakteristikk av planter som drev oksygennivået til så høyt som 35 prosent av atmosfæren i løpet av den sene karbon. Frodige ekvatorialskoger produserte en betydelig mengde oksygen som et biprodukt av fotosyntesen, men det alene var ikke nok til å føre atmosfærisk oksygen til så høye nivåer. Årsaken var den kjemiske forbindelsen lignin, som planter bruker for å bygge seg opp. Datoens bakterier var så ineffektive til å bryte ned lignin i døde planter at de etterlot seg en enorm mengde karbonrikt plantemateriale for å bli bundet i sumpene (og til slutt omforme seg til de rike kullforekomstene som ga karbonbenet sitt navn) . Bakterier bruker oksygen når de bryter ned karbonrikt materiale, men lignin forhindret denne prosessen til bakterier utviklet evnen til å spalte forbindelsen. Denne biologiske skjemmen fikk oksygennivået til å sveve.
Overskuddet av oksygen tillot amfibier, som tar inn noe av gassen gjennom skinnene, å puste mer effektivt og vokse til større størrelser. Leddyr puster på en annen måte: de har et nettverk av forgreningsrør kalt luftrør som forbinder små åpninger i et virvelløst eksoskelett til cellene, og oksygen siver gjennom kroppen via dette systemet. I en oksygenrik atmosfære kunne mer oksygen bli diffundert gjennom dette forgreningsnettverket, og dette åpnet evolusjonsveier som gjorde at leddyr også kunne vokse til gigantiske proporsjoner. Det faktum at oksygenet også hadde økt lufttrykket, betydde at datidens store flygende insekter ville fått mer løft for hver takt av vingene sine, slik at flygende leddyr kunne nå størrelser som er strukturelt umulige for deres nåværende slektninger .
Mens de gigantiske leddyrene krøp og surret rundt, diversifiserte de første fostervannene - øgdelignende virveldyr som hadde brutt forbindelsen til vannet gjennom evnen til å reprodusere seg med skallede egg - også. I løpet av det neste kapittelet i jordens historie, Permian (for ca. 299 millioner til 251 millioner år siden), ga disse tidlige slektningene til dinosaurer og pattedyr opphav til en rekke nye former, med slektninger til tidlige pattedyr (samlet kjent som synapsider), spesielt ved å oppnå økologisk dominans. For første gang støttet terrestriske økosystemer et sammenkoblet nettverk av rovdyr og planteetere i forskjellige størrelser, og for rundt 250 millioner år siden var det omtrent 40 forskjellige familier av hvirveldyr som bodde i verden, som bodde på kloden. Men ved periodens nærhet ble nesten alt dette mangfoldet slukket av den største naturlige katastrofen denne planeten noensinne har kjent.
I løpet av de tidlige dagene av paleontologien markerte naturforskere grensene i geologisk historie av den brå, masse forsvinningen av noen arter fra fossilprotokollen etterfulgt av utseendet til en ny, annen fauna. De var ikke klar over det den gangen, men det de gjorde var å merke av masseutryddelser, og den som endte permen var kanskje den verste i jordens historie. Opptil 95 prosent av alle kjente sjødyr ble utslettet, og det samme var 70 prosent av landdyr. Paleontolog Michael Benton fra University of Bristol har kalt denne hendelsen "da livet nesten døde."
Å identifisere en masseutryddelseshendelse er imidlertid ikke det samme som å forklare den, og katastrofen på slutten av Perm er kanskje det mest puslende mordmysteriet gjennom tidene. Forskere har foreslått en liste over mulige utryddelsesutløsere, inkludert global avkjøling, bombardement av kosmiske stråler, forskyvning av kontinenter og asteroide påvirkninger, men mange paleontologers viktigste mistenkt nå er de intense utbruddene av de sibirske fellene, vulkaner som dekket nesten 800 000 kvadrat miles av det som nå er Russland med lava.
Jorden var mye varmere på slutten av Perm, enn den er i dag. Atmosfæren var relativt rik på karbondioksid, noe som drev et drivhusverden der det nesten ikke var noen breer. Utbruddet av de sibirske fellene ville ha lagt enorme mengder klimagasser inn i atmosfæren, forårsaket ytterligere global oppvarming, økt havets surhet og senket atmosfærens oksygennivå. Disse drastiske endringene i atmosfæren og de resulterende miljøeffektene ville ha fått mange organismer til å kveles på grunn av mangel på oksygen, mens andre ville ha dødd av et overskudd av karbondioksid i blodet eller på annen måte omkommet fordi de fysiologisk ikke var i stand til å takle disse nye forhold. Der rike, mangfoldige samfunn av organismer en gang trivdes, etterlot utryddelsen bare "krise" -samfunn av noen få arter som spredte seg i de ledige naturtypene.
Selv om disse endringene i atmosfæren beskjærte det evolusjonære treet for 251 millioner år siden, gjorde de ikke planeten permanent ugjestmild. Livet fortsatte å utvikle seg, og nivåene av oksygen, karbondioksid og andre gasser fortsatte å svinge, og ansporet klimaet fra "varmehus" til "ishus" tilstander flere ganger.
Jorden er nå i ferd med å komme inn i en ny varmehus-epoke, men det som er unikt med samtiden, er at mennesker tar en aktiv rolle i å forme luften. Appetitten for fossilt brensel er å endre atmosfæren på en måte som vil endre klimaet, legge til mer karbondioksid og andre klimagasser til blandingen, og disse svingningene kan ha store konsekvenser for både utryddelse og evolusjon.
Jordens nåværende forhold er forskjellige nok fra Late Permian til at en lignende katastrofe er usannsynlig, men jo mer vi lærer om gamle klima, desto tydeligere er det at plutselige forandringer i atmosfæren kan være dødelige. En fersk studie ledet av biogeokjemisten Natalia Shakhova fra International Arctic Research Center, antyder at vi kanskje nærmer oss et tippepunkt som raskt kan øke den globale oppvarmingen som allerede endrer økosystemer rundt om i verden. Under permafrosten til den arktiske sokkelen i Øst-Sibir, er det en enorm metanlager, en av de kraftigste klimagassene. Permafrosten fungerer som en frossen hette over gassen, men Shakhova fant ut at hetten har en lekkasje. Forskere er ikke sikre på om metanlekkasjen er normal eller et nylig produkt av global oppvarming, men hvis nåværende anslag er riktig, når det globale klimaet varmer, vil havnivået stige og oversvømme den østsibirske arktiske sokkelen, som vil smelte permafrosten og slipp enda mer av gassen. Etter hvert som flere klimagasser bygger seg, kommer planeten stadig nærmere dette og andre mulige tippepunkter som kan utløse raske endringer i naturtyper over hele verden.
Kanskje de særegne forholdene som gjorde at gigantiske leddyr kan fly gjennom luft sammensatt av 35 prosent oksygen, aldri vil bli gjentatt, og vi kan håpe at jorden ikke spiller på nytt katastrofen på slutten av permen, men i å fremme et drivhusklima er arten vår aktivt å endre livets historie på jorden. Hvordan disse endringene vil påvirke oss, så vel som resten av verdens biologiske mangfold, vil etter hvert bli registrert i den stadig voksende fossile posten.
