Abbau von Pflanzenskeletten

290 Millio­nen Jahre
oder 71 Meter vor heute

Zeit­al­ter: Paläo­zoi­kum / Perm

Einige Pilze entwi­ckeln die Fähig­keit, Lignin abzu­bauen. Vulkan­aus­brü­che, groß­flä­chige Kohle­brände und der Lignin-Abbau senken den Sauer­stoff- und stei­gern den Kohlen­di­oxid­ge­halt der Atmo­sphäre. Ozeane versau­ern. Es kommt zu einem schnel­len Tempe­ra­tur­an­stieg (Treib­haus­ef­fekt). Das vierte Massen­aus­ster­ben findet statt. Es ist das größte der Erdge­schichte. 95 % der Meeres­be­woh­ner und 75 % der land­le­ben­den Orga­nis­men verschwin­den. Mit dem Perm ist die Ära des Paläo­zoi­kum been­det und das Meso­zoi­kum beginnt.

Das Klima wird immer trocke­ner und konti­nen­ta­ler. Es wird wärmer, die Glet­scher über dem Südpol schmel­zen, der Meeres­spie­gel steigt wieder. Dies geschieht in großen Schwan­kun­gen, die Konti­nente werden wieder­holt über­flu­tet und fallen wieder trocken. Dadurch entste­hen die großen Salz­la­ger­stät­ten.


Über viele Millio­nen Jahre hinweg konnte Lignin, die Stütz­sub­stanz der Land­pflan­zen, nicht abge­baut werden. Es entstan­den mäch­tige Stein­koh­le­la­ger, die einem ganzen Erdzeit­al­ter, dem Karbon, seinen Namen gege­ben haben.

Erst im Perm, dem auf das Karbon folgen­den Zeit­al­ter, entwi­ckel­ten Pilze die Fähig­keit zum Lignin­ab­bau. Diese bezeich­net man als Weiß­fäul­epilze, weil die befal­le­nen Stel­len am Holz eine helle, „weiße“ Verfär­bung zeigen.

Sie gehö­ren zu dersel­ben Fami­lie wie die Braun­fäul­epilze, die jedoch nur die Cellu­lose abbauen können und das Lignin intakt lassen.

Evolu­tion der Lignin-abbau­en­den Enzyme

Die Fähig­keit zum Lignin­ab­bau wurde von gemein­sa­men Vorfah­ren der heuti­gen Weiß­fäule- und Braun­fäul­epilze entwi­ckelt. Dabei waren es die Weiß­fäul­epilze, die zuerst entstan­den. Die erst später evol­vier­ten Braun­fäul­epilze haben die für die ligin­ab­bau­en­den Enzyme codie­ren­den Gene wieder verlo­ren.

Weitere Verluste von Genen führ­ten zu weite­ren Pilz­ar­ten, die über­haupt keine komple­xen Kohlen­hy­drate mehr abbauen können. Diese soge­nann­ten Mykorr­hiza-Arten leben in Symbiose mit den Pflan­zen in deren Wurzel­be­reich, versor­gen die Pflanze mit Mine­ral­stof­fen (v.a. Stick­stoff und Phos­phate), die sie aus dem Boden lösen. Im Gegen­zug erhal­ten sie von den Pflan­zen komplexe Photo­syn­these-Produkte, die sie zum Ener­gie­ge­winn in ihrem Stoff­wech­sel abbauen.

Holz­ab­bau durch Pilze. Durch Weiß­fäule (unten) und Braun­fäule (oben) geschä­dig­tes Holz (Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Braun-_und_Wei%C3%9Ff%C3%A4ule.jpg).

Nach der lange Zeit gängi­gen Theo­rie beruhte das Ende des Karbon-Zeit­al­ters auf Klima­ver­än­de­run­gen, die zu einem Trocken­fal­len der Sümpfe führ­ten, in denen totes Holz wegen des fehlen­den Sauer­stoffs nicht abge­baut werden konnte. Die Erfor­schung der Evolu­tion der Weiß­fäule-Enzyme mit neuen Metho­den der Genana­lyse im Rahmen einer groß­an­ge­leg­ten Unter­su­chung von über 30 Pilz­ge­no­men legte jedoch den Schluss nahe, dass mögli­cher­weise auch die Pilze eine entschei­dende Rolle gespielt haben. Datie­run­gen mithilfe soge­nann­ter „mole­ku­la­rer Uhren“ haben erge­ben, dass die Evolu­tion der lignin­ab­bau­en­den Enzyme tatsäch­lich mit dem Ende der Kohle­bil­dung und damit dem Ende des Karbons einher­ging. Während im Karbon also – mögli­cher­weise auch außer­halb von Sumpf­land­schaf­ten — mäch­tige Kohle­la­ger gebil­det wurden, war dies in den folgen­den Erdzeit­al­tern tatsäch­lich nur noch unter Luft­ab­schluss, also außer­halb der Reich­weite der Weiß­fäul­epilze, möglich. Neue Kohle­la­ger­stät­ten entwi­ckel­ten sich fortan nur noch in sehr gerin­gem Maße.

Durch den unmit­tel­ba­ren Abbau der Stütz­sub­stan­zen des Holzes nach dem Tod der Pflanze wurde auch das zuvor von der Pflanze gebun­dene CO2 wieder in die Atmo­sphäre zurück­ge­führt.

Rasante Klima­er­wär­mung und Massen­aus­ster­ben

Der erneute Anstieg des Treib­haus­ga­ses im Perm, haupt­säch­lich bedingt durch inten­si­ven Vulka­nis­mus und tekto­ni­sche Verän­de­run­gen, führte zu einer rasan­ten Erwär­mung des Klimas, die an der Wende vom Perm zur Trias mit einem vier­ten Massen­aus­ster­ben einher ging – dem größ­ten der Erdge­schichte.

Wich­tigste Ursa­che für die dras­ti­sche Ände­rung des Erdkli­mas zum Ende des Perm waren, wie man annimmt, Vulkan­aus­brü­che im urzeit­li­chen Sibi­rien. Belege für diesen über etwa eine Million Jahre andau­ern­den Vulka­nis­mus sind soge­nannte Flut­ba­salte (auch Trappe genannt) aus dieser Zeit. Sie finden sich in teils sehr mäch­ti­gen Schich­ten im gesam­ten Gebiet des dama­li­gen Sibi­rien, das sich heute über Europa, West­afrika und, nach dem Durch­bruch des Atlan­tik, auch über die Ostküste Nord­ame­ri­kas erstreckt. Dabei wurden riesige Kohle­la­ger­stät­ten entzün­det und erheb­li­che Mengen an CO2, Schwe­fel­di­oxid und Schwer­me­tal­len frei­ge­setzt. Die Vege­ta­ti­ons­de­cke wurde stark dezi­miert, und durch den Rück­gang der Photo­syn­these-Akti­vi­tät sank der Sauer­stoff­ge­halt zeit­wei­lig auf unter 15 %. Etwa 75 % der land­le­ben­den Arten star­ben aus, auch die Insek­ten waren betrof­fen. Die extreme Tempe­ra­tur­zu­nahme in den oberen Meeres­schich­ten führ­ten zur Bildung anoxi­scher Zonen (Sauer­stoff löst sich in warmem Wasser schlech­ter als in kaltem) und einer zuneh­men­den Versaue­rung des Wassers. Die ozea­ni­schen Lebens­for­men wurden damals nahezu völlig ausge­löscht, darun­ter auch die Leit­fos­si­lien des Erdal­ter­tums, die Conodon­ten („Kegel­zähne“) und die letz­ten Trilo­bi­ten.

Die im Karbon noch vorherr­schen­den amphi­bi­en­ähn­li­chen Tiere büßten ihre Domi­nanz ein, während die Gruppe der Amnio­ten sich anschlie­ßend stark entwi­ckelte. Im mitt­le­ren Perm kamen erste Therap­si­den auf, noch recht repti­li­en­ar­tige Vorläu­fer der heuti­gen Säuge­tiere.

Ausster­be­quo­ten im Verlauf der letz­ten 542 Millio­nen Jahre. Darge­stellt ist der prozen­tuale Schwund an Gattun­gen meeres­be­woh­nen­der, fossil gut erhal­tungs­fä­hi­ger Orga­nis­men an den Gren­zen der geolo­gi­schen Zeit­ab­schnitte. Die stärks­ten Ausschläge markie­ren jene Ereig­nisse, die gemein­hin als Massen­aus­ster­ben gelten. Das größte Massen­ster­ben der Erdge­schichte markierte den Über­gang vom Perm ( P ) zur Trias ( Tr ). (Quelle:  https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Extinction_intensity.svg)

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