De atmosfeer van de aarde bestaat uit veel stikstof (78 procent), een beetje zuurstof (21 procent), een scheutje argon (0, 93 procent), een kleine hoeveelheid koolstofdioxide (0, 038 procent) en sporen van andere gassen . Maar het is niet altijd zo geweest. De samenstelling van gassen in de atmosfeer kan veranderen (en verandert nu als we fossiele brandstoffen verbranden), en het fossielenbestand laat zien hoe zoiets bedrieglijk eenvoudig als lucht de geschiedenis van het leven kan beïnvloeden.
Als je 300 miljoen jaar geleden het huidige Noord-Amerika zou bezoeken, tegen het einde van het Carboon, zou je begroet zijn door een zeer onbekende scène. Het landschap werd gedomineerd door enorme moerassen gevuld met enorme lycopoden (familieleden van clubmossen die zo groot werden als bomen), amfibische gewervelde dieren tot bijna 20 voet lang en enorme geleedpotigen. De Meganeura, een familielid van de libel met een spanwijdte van meer dan twee voet breed, zoemde door de lucht over de gigantische Arthropleura, een duizend meter lange duizendpoot. Nooit eerder of sindsdien zijn terrestrische ongewervelde dieren tot zulke enorme maten gegroeid.
De aanleiding voor dit ongebreidelde gigantisme was een eigenaardig, nieuw ontwikkeld kenmerk van planten die tijdens het laat-Carboon zuurstofniveau tot 35 procent van de atmosfeer brachten. Weelderige equatoriale bossen produceerden een aanzienlijke hoeveelheid zuurstof als bijproduct van fotosynthese, maar dat alleen was niet voldoende om atmosferische zuurstof naar zulke hoge niveaus te drijven. De oorzaak was de chemische verbinding lignine, waarmee planten zich opbouwen. Bacteriën uit die tijd waren zo inefficiënt in het afbreken van lignine in dode planten dat ze een enorme hoeveelheid koolstofrijk plantenmateriaal achterlieten om in de moerassen te worden opgesloten (en uiteindelijk te transformeren in de rijke koolafzettingen die de Carboon zijn naam gaven) . Bacteriën gebruiken zuurstof omdat ze koolstofrijk materiaal afbreken, maar lignine voorkwam dit proces totdat bacteriën het vermogen ontwikkelden om de verbinding te ontleden. Deze biologische gril zorgde ervoor dat het zuurstofniveau omhoog ging.
Door het teveel aan zuurstof konden amfibieën, die een deel van het gas via hun huid opnemen, efficiënter ademen en naar grotere maten groeien. Geleedpotigen ademen op een andere manier: ze bezitten een netwerk van vertakte buizen, tracheae genaamd, die kleine openingen in het exoskelet van een ongewervelde met zijn cellen verbinden, en zuurstof sijpelt door het lichaam via dit systeem. In een zuurstofrijke atmosfeer kon meer zuurstof door dit vertakkingsnetwerk worden verspreid, en dit opende evolutionaire paden waardoor ook geleedpotigen in gigantische proporties konden groeien. Het feit dat de zuurstof ook de luchtdruk zou hebben verhoogd, betekende dat de grote vliegende insecten van die tijd meer lift hadden gekregen voor elke slag van hun vleugels, waardoor vliegende geleedpotigen afmetingen konden bereiken die structureel onmogelijk zijn voor hun huidige familieleden .
Terwijl de gigantische geleedpotigen rondkruipen en zoemen, waren de eerste amniotes - hagedisachtige gewervelde dieren die hun link met het water hadden verbroken door hun vermogen om zich te reproduceren via eieren met schaal - ook diversifiëren. Tijdens het volgende hoofdstuk van de geschiedenis van de aarde, het Perm (ongeveer 299 miljoen tot 251 miljoen jaar geleden), hebben deze vroege verwanten van dinosaurussen en zoogdieren aanleiding gegeven tot een verscheidenheid aan nieuwe vormen, met de verwanten van vroege zoogdieren (gezamenlijk bekend als synapsiden), vooral, ecologische dominantie verwerven. Voor het eerst ondersteunden terrestrische ecosystemen een onderling verbonden netwerk van roofdieren en herbivoren van verschillende grootte, en ongeveer 250 miljoen jaar geleden woonden er ongeveer 40 verschillende families van landwervels op de wereld. Maar aan het einde van de periode werd bijna al die diversiteit uitgedoofd door de grootste natuurramp die deze planeet ooit heeft gekend.
Tijdens de vroege dagen van de paleontologie, afbakenden natuuronderzoekers grenzen in de geologische geschiedenis door de abrupte, massale verdwijning van sommige soorten uit het fossielenbestand, gevolgd door het verschijnen van een nieuwe, andere fauna. Ze wisten het toen nog niet, maar ze waren bezig met het uitsterven van massale uitstervingen, en degene die een einde maakte aan het Perm was misschien wel het ergste in de geschiedenis van de aarde. Tot 95 procent van alle bekende zeedieren werden weggevaagd, evenals 70 procent van de landdieren. Universiteit van Bristol paleontoloog Michael Benton heeft deze gebeurtenis "toen het leven bijna stierf" genoemd.
Het identificeren van een massa-uitstervingsgebeurtenis is echter niet hetzelfde als het verklaren ervan, en de catastrofe aan het einde van het Perm is misschien wel het meest raadselachtige moordmysterie aller tijden. Wetenschappers hebben een lijst met mogelijke uitroeiingstriggers voorgesteld, waaronder wereldwijde koeling, bombardementen door kosmische stralen, het verschuiven van continenten en asteroïde-inslagen, maar veel hoofdverdachten van paleontologen zijn nu de intense uitbarstingen van de Siberische vallen, vulkanen die bijna 800.000 vierkante mijl aflegden van wat nu Rusland is met lava.
De aarde was aan het einde van het Perm veel warmer dan vandaag. De atmosfeer was relatief rijk aan koolstofdioxide, wat een broeikaswereld voedde waarin bijna geen gletsjers zaten. De uitbarsting van de Siberische valstrikken zou enorme hoeveelheden broeikasgassen in de atmosfeer hebben toegevoegd, waardoor de aarde verder is opgewarmd, de zuurgraad in de oceaan is toegenomen en de zuurstof in de lucht is verlaagd. Deze drastische veranderingen in de atmosfeer en de daaruit voortvloeiende milieueffecten zouden ervoor gezorgd hebben dat veel organismen verstikken door het gebrek aan zuurstof, terwijl anderen zouden zijn gestorven aan een teveel aan koolstofdioxide in het bloed of anderszins waren omgekomen omdat ze fysiologisch niet in staat waren om met deze nieuwe voorwaarden. Waar rijke, diverse gemeenschappen van organismen ooit bloeiden, liet het uitsterven alleen 'crisisgemeenschappen' van een paar soorten achter die zich in de lege habitats verspreidden.
Hoewel deze veranderingen in de atmosfeer de evolutieboom 251 miljoen jaar geleden sterk hebben gesnoeid, hebben ze de planeet niet permanent onherbergzaam gemaakt. Het leven bleef zich ontwikkelen en de niveaus van zuurstof, koolstofdioxide en andere gassen bleven fluctueren, waardoor het klimaat vele malen van "broeikas" naar "ijskas" werd opgedreven.
De aarde kan nu een nieuw broeikas-tijdperk ingaan, maar wat uniek is aan het heden is dat mensen een actieve rol spelen in het vormgeven van de lucht. De honger naar fossiele brandstoffen verandert de atmosfeer op een manier die het klimaat zal veranderen, waardoor meer kooldioxide en andere broeikasgassen aan de mix worden toegevoegd, en deze schommelingen kunnen grote gevolgen hebben voor zowel uitsterven als evolutie.
De huidige omstandigheden op aarde zijn verschillend genoeg van die van het Late Perm, dat een soortgelijke ramp onwaarschijnlijk is, maar hoe meer we leren over oude klimaten, hoe duidelijker het is dat plotselinge veranderingen in de atmosfeer dodelijk kunnen zijn. Een recente studie onder leiding van biogeochemist Natalia Shakhova van het International Arctic Research Centre, suggereert dat we mogelijk een omslagpunt naderen dat de opwarming van de aarde die de ecosystemen over de hele wereld al verandert, snel zou kunnen versnellen. Een enorme opslag van methaan, een van de krachtigste broeikasgassen, ligt onder de permafrost van het oostelijke Siberische noordpoolplateau. De permafrost fungeert als een bevroren dop over het gas, maar Shakhova ontdekte dat de dop een lek heeft. Wetenschappers weten niet zeker of het methaanlek normaal is of een recent product van de opwarming van de aarde, maar als de huidige projecties correct zijn, zal het zeeniveau stijgen en het Oost-Siberische noordpoolplateau overstromen en de permafrost smelten. laat nog meer gas vrij. Naarmate meer broeikasgassen zich ophopen, komt de planeet steeds dichter bij dit en andere mogelijke omslagpunten die snelle veranderingen in habitats over de hele wereld kunnen veroorzaken.
Misschien zullen de bijzondere omstandigheden waardoor gigantische geleedpotigen door lucht konden vliegen met 35 procent zuurstof nooit worden herhaald, en we kunnen hopen dat de aarde de ramp aan het einde van het Perm niet opnieuw speelt, maar bij het bevorderen van een broeikasklimaat is onze soort actief de geschiedenis van het leven op aarde veranderen. Hoe deze veranderingen ons zullen beïnvloeden, evenals de rest van de biodiversiteit in de wereld, zal uiteindelijk worden vastgelegd in het zich steeds verder uitbreidende fossielenbestand.
