Sterker nog; onze CO₂-houdende atmosfeer is net zo belangrijk als vloeibaar water geweest voor het ontstaan van leven, en nog meer voor de vorming van complexe levensvormen.

De geboorte van de atmosfeer

Ongeveer 3,8 miljard jaar geleden koelde de aarde eindelijk af na haar wilde en hete fase, waarna ze zich bedaarde en een jas van oceanen aantrok, in afwachting van het grootste experiment: leven. Vulkanen spuwden vluchtige gassen uit zoals SO₂, NO₃ en CO₂, die vervolgens werden vastgehouden door de zwaartekracht om zo de atmosfeer te vormen. Zonder het magnetische veld, zoals op Mars, zouden deze vervolgens weggestript zijn door zonnestormen, maar hier bleven de broeikasgassen gelukkig in de atmosfeer om de aarde warm en knus te houden. Zo bleven de oceanen vloeibaar, en kon daar volgens de huidige bewijzen het leven in ontstaan.

De Zuurstofcrisis

Geologische vondsten geven aan dat ongeveer 3,5 miljard jaar geleden de eerste levensvormen ontstonden, hoewel er nog steeds discussie bestaat over hoe dit precies gebeurde. Wel weten we dat er op dat moment geen zuurstof in de atmosfeer zat, waardoor deze levensvormen anaeroob waren, ofwel in staat om te groeien zonder zuurstof. Een miljard jaar later vond de zuurstofcrisis plaats. Dit was te danken aan cyanobacteriën die ongeveer 2,7 miljard jaar geleden zijn ontstaan en kunnen fotosynthese doen, waarbij zuurstof ontstaat. Deze zuurstof had grote gevolgen, zoals de vorming van de ozonlaag (O₃) die het leven verder beschermt tegen schadelijke UV-straling. Maar al die zuurstof was helaas ook schadelijk voor de oorspronkelijke, anaerobe organismen. Zuurstof is waarschijnlijk giftig geweest voor de anaerobe organismen. Dus stierf een groot gedeelte van deze organismen en maakte de aarde haar eerste massa-uitsterving mee, waarin meer dan 75% van al het leven binnen 2 miljoen jaar sterft. Hoewel deze specifieke extinctie niet wordt meegeteld bij “de grote vijf”, laat het wel zien hoe de samenstelling van de atmosfeer het leven kan beïnvloeden.

De geboorte van het complexe leven

Gedurende de twee miljard jaar die vooraf aan de eerste “grote” massaextinctie gingen, evolueerden metabolismen om te werken met de nieuwe stof in de lucht. Deze nieuwe manier van stofwisseling zou tot een nieuwe manier van leven leiden: meercellige organismen, die minstens 1 miljard jaar, maar mogelijk al 2 miljard jaar geleden opdoken. Dit brengt ons bij het begin van complex leven: de Cambrische explosie. In deze periode ontstonden en diversifieerde er allemaal nieuwe soorten, allemaal dankzij een extra beetje zuurstof in de atmosfeer. Een deel van deze fascinerende wezens kan je bewonderen hier in Naturalis in Leiden, waar ze een hologram aquarium hebben waar je ze kunt zien zoals ze miljoenen jaren geleden waren.

Het kwetsbare bestaan ​​van het leven met CO₂

Als er te veel leven is, zal er over het algemeen een massa uitsterving plaatsvinden. Bij bijna alle 5 massa-extincties heeft CO₂ een belangrijke rol gespeeld, zelfs als het niet de directe oorzaak was. Het lijkt erop dat er een evenwicht bestaat tussen de hoeveelheid CO₂ en de biodiversiteit van de planeet. Te weinig CO₂ en de aarde koelt af tot een ijstijd zoals tijdens het einde van de Cambrische explosie: het Eind-Ordovicium (444 miljoen jaar geleden (mya)) en het Laat-Devoon (360 mya). Te veel CO₂ maakt niet alleen de atmosfeer warmer, maar verzuurt ook de oceanen. Deze combinatie zorgde tijdens het Eind-Perm (250 mya) voor een verandering in de samenstelling van de atmosfeer met zwavel en methaan (CH₄), en veroorzaakte wat tot nu toe de meest verwoestende massa-extinctie is geweest. Iets soortgelijks gebeurde tijdens het Eind-Trias, maar waar de CO₂ in het Eind-Perm van landvulkanen kwamen, vond de vulkanische activiteit nu plaats onder water. Aan het einde van het Krijt (66 mya) kwam er een welbekende asteroïde op de aarde neer, waarbij bijna alle dinosauriërs omkwamen. Dat kwam echter niet door de initiële impact, maar door de neveneffecten. Door het stof wat opkwam na de landing kwam er geen licht meer op aarde, waardoor fotosynthese niet meer plaats kon vinden. Dit leidde tot een verlies aan bouwstenen voor organismen.

Het is een balans

CO₂ kan dus een positief effect hebben op het leven. Het is zelfs mogelijk de reden dat complex leven kon ontstaan. Er lijkt een evenwicht te bestaan tussen CO₂ en biodiversiteit, en als dat evenwicht uit balans raakt, kan dat rampzalige gevolgen hebben voor minstens 80% van alle levende soorten. Er bestaat zelfs een theorie over een mogelijke CO₂-cyclus die constant daalt en stijgt en het soortenaantal meeneemt. Als CO₂ niveaus blijven stijgen zullen wij de zesde cyclus in gaan en een massa-extinctie bereiken rond het jaar 2100. Het zou het einde van het Antropoceen betekenen, allemaal omdat we met de samenstelling van de atmosfeer hebben geknoeid.

De atmosfeer gaf ons leven, maar ze kan het gemakkelijk weer afnemen. Het is belangrijk dat we onthouden hoe belangrijk de atmosfeer, en zeker de CO₂-balans, voor ons is. CO₂ is geen slecht molecuul, maar de reden voor het complexe leven, ons leven.

Bronnen

Davis, W. J. (2023). Mass Extinctions and Their Relationship With Atmospheric Carbon Dioxide Concentration: Implications for Earth’s Future. Earth’s Future, 11(6), e2022EF003336. https://doi.org/10.1029/2022EF003336

Environment, F. of. (2018, juli 20). The evolution of early animals caused global warming more than 500 million years ago. https://environment.leeds.ac.uk/faculty/news/article/343/the-evolution-of-early-animals-caused-global-warming-more-than-500-million-years-ago

Erwin, D. H. (2009). Climate as a Driver of Evolutionary Change. Current Biology, 19(14), R575-R583. https://doi.org/10.1016/j.cub.2009.05.047

Evolution of the atmosphere—Earth’s History, Oxygenation, Greenhouse Gases | Britannica. (z.d.). Geraadpleegd 16 februari 2025, van https://www.britannica.com/topic/evolution-of-the-atmosphere-1703862/Biological-carbon-cycle

Extinction event. (2025). In Wikipedia. https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Extinction_event&oldid=1274589870

Lundin, R., Lammer, H., & Ribas, I. (2007). Planetary Magnetic Fields and Solar Forcing: Implications for Atmospheric Evolution. Space Science Reviews, 129(1), 245-278. https://doi.org/10.1007/s11214-007-9176-4

Ritchie, H. (2022a). There have been five mass extinctions in Earth’s history. Our World in Data. https://ourworldindata.org/mass-extinctions

Geraadpleegd 16 februari 2025, van https://www.southampton.ac.uk/news/2024/07/small-change-in-earths-oxygen-levels-may-have-sparked-huge-evolutionary-leap.page

Solar wind. (2025). In Wikipedia. https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Solar_wind&oldid=1273474295

Taverne, Y. J., Merkus, D., Bogers, A. J., Halliwell, B., Duncker, D. J., & Lyons, T. W. (2018). Reactive Oxygen Species: Radical Factors in the Evolution of Animal Life. BioEssays, 40(3), 1700158. https://doi.org/10.1002/bies.201700158

The Cambrian explosion’s spark. (z.d.). Geraadpleegd 18 februari 2025, van https://news.stanford.edu/stories/2024/07/revisiting-the-cambrian-explosion-s-spark