Bij het slinken van de massa kooldioxide in de atmosfeer ontstonden levensvormen die op zuurstof werken. Wat gebeurt er als de hoeveelheid kooldioxide weer toeneemt ?

TOEN ZICH IN DE OERZEE de eerste levensvormen roerden, hing er over de aarde een dikke lucht. Bij een broeierige hitte van bij de 50 graden celsius, stroomden stortregens neer. Aanhoudende stormen met orkaankracht raasden over land en zee, en uit ontelbare vulkaankraters welden zwavelgassen en zoutzuurdampen op.

Meer dan 3,8 miljard jaar geleden, lag onze dampende planeet onder een drukkende broeikaskoepel. De atmosfeer bestond voor zowat 30 procent uit kooldioxide (CO2). Die gasfilter dompelde het aardse inferno onder in een spookachtig licht : aan het gifgroene firmament gloeide een abrikoosvale zon.

Slechts langzaam, in de loop van vele miljoenen jaren, klaarde de CO2-nevel op. De atmosfeer vulde zich met zuurstof (O2). Een ozonsluier (O3) tegen te harde zonnestralen omhulde de aarde. Onder deze sluier kon een rijkdom aan levensvormen zich vrij ontwikkelen.

Vandaag troepen er over de blauwe planeet opnieuw donkere wolken samen. Sedert het begin van de industriële revolutie stijgt het CO2-gehalte in haar atmosfeer gestaag. Al sedert een paar decennia waarschuwen de wetenschappers voor de klimaatopwarming die daarvan het gevolg is.

Maar de prognosen van de klimatologen het stijgen van de zeespiegel, droogterampen, het verschuiven van de vegetatiegebieden beschrijven slechts de zachte kanten van het nakende onheil. Angstwekkender dan de klimaatschok, meent een groep wetenschappers, is een ander mogelijk gevolg van de drastische CO2-toename. Het is nog vrijwel niet onderzocht. En het bedreigt mensen, dieren en planten met een wereldwijde verstoring van het ecologisch evenwicht.

ZUURSTOF ADEMEN.

Bij hun studie gingen vier Duitse onderzoekers biochemici Hugo Hämmerle en Otto Inacker van de universiteit van Tübingen en Günter Beckmann en Burkhard Klopries uit Marl van twee fundamentele inzichten uit :

Kooldioxide, zeggen Hämmerle en Inacker, grijpt ?beslissend in op de energiehuishouding en stofwisseling van alle levende wezens?. Elke wijziging van het CO2-gehalte in de atmosfeer veroorzaakt bij micro-organismen, planten en dieren tal van werkingen met vaak onvoorspelbare risico’s.

Het in de loop van de aardse geschiedenis aanhoudend gedaalde CO2-gehalte in de lucht is, volgens Beckmann en Klopries, de belangrijkste stimulans geweest voor de evolutie van het leven. Steeds ging een ingrijpende wijziging in de verhouding tussen kooldioxide en zuurstof gepaard met het ontstaan van nieuwe en de ondergang van andere levensvormen.

Tot dit inzicht kwamen die twee aan de hand van computerberekeningen, waarbij ze de geschiedenis van het leven verbonden met de wisselende samenstelling van de lucht. De veranderende atmosfeer joeg de evolutie telkens weer op. Soms als een moeilijk startende motor, die vaak sputterend weer stilviel.

Gedurende zo’n drie miljard jaar was de natuur niet verder geraakt dan de bouw van bacteriën, eencelligen en algen. De primitieve organismen, sommige met, sommige zonder celkern, dobberden in de zeer zure kustwateren van de oeroceaan, waar ze beschutting vonden tegen de ongefilterde en dus moordende zonnestraling. Op de kale, woestijnachtige landmassa’s kon het leven geen wortel schieten.

Tot op het einde van dit troosteloze tijdperk in de geschiedenis van de aarde, het Precambrium, wijzigde de samenstelling van de lucht weinig. De concentratie van kooldioxide bleef hoog, het aandeel van de zuurstof bedroeg minder dan één procent. Pas toen de evolutie de fotosynthese mogelijk maakte, waarbij kooldioxide wordt verbruikt en zuurstof vrijgemaakt wordt, kon het CO2-gehalte dalen. Het leven paste zich aan en leerde ademen met zuurstof.

Toen de zuurstofconcentratie tenslotte tot zo’n twee procent was gestegen, maakte de natuur de grote sprong. Binnen een tijdspanne van enkele miljoenen jaren een oogwenk in de geschiedenis van de aarde breidde zich in de zeeën een overstelpende hoeveelheid diersoorten uit, terwijl het oertijdbroedsel van blauwwieren, eencelligen en zweepdiertjes naar de achtergrond werd verdrongen.

DRAMA’S.

Op deze doorbraak, de ?cambrische omwenteling?, volgden minstens nog vijf even ontwikkelingssprongen. Telkens gaf dit aanleiding tot een explosieve uitbreiding van nieuwe levensvormen en tot het uitsterven van de voorgangers.

De gevaarlijkste zwenking nam de evolutie aan het eind van de Perm-periode meer dan 250 miljoen jaar geleden. Nagenoeg 95 procent van alle dier- en plantensoorten werden van de aardbodem weggeveegd. Het leven zelf ontsnapte ternauwernood aan de totale vernietiging.

Op zoek naar de oorzaken van zulke al even brutale als productieve wendingen, ontwerpen de paleontologen sedert geruime tijd wilde ondergangsscenario’s. De inslag van een enorme meteoriet zou destijds de verschillende soorten sauriërs hebben uitgeroeid. Door de inslag werden enorme hoeveelheden stof hoog in de lucht geblazen, waar ze jarenlang het zonlicht verduisterden. En zo zouden de reuzenreptielen door kou en honger zijn omgekomen.

Zo simpel en zo spectaculair, menen Beckmann en Klopries, kan het er met de grote evolutiedrama’s niet zijn toegegaan. Wat uitmuntende soorten, zoals de sauriërs, tot de ondergang bracht, waren onoverkomelijke aanpassingsproblemen aan de zich wijzigende samenstelling van de lucht. De tonnenzware reuzenhagedissen kwamen gewoon zuurstof tekort.

Met dit soort verandering hadden alle levende wezens sedert het begin van de evolutie te kampen. Het continu dalen van het CO2-gehalte en gelijktijdig stijgen van het O2-gehalte of zuurstofgehalte, bracht mee dat soorten met geringe resistentie tegen zuurstof telkens weer hun ondergang tegemoet gingen.

Winnaars in de evolutionaire wedstrijd bleven altijd de wezens die, beter dan hun concurrenten, overweg konden met een hoger zuurstofaandeel in de atmosfeer. Bij de dieren heeft deze selectie de types met ?hogere lichaamstemperatuur, individuele temperatuurregeling, snellere stofwisseling en levendiger hersenfuncties? begunstigd. Een trend die haast onvermijdelijk de homo sapiens moest voortbrengen.

Maar de mens is intussen bij machte om de sedert één miljard jaar heersende ?zuurstoftendens? te keren. Als gevolg van zijn industriële bedrijvigheid stijgt de toevoer van het tot een dieptepunt van 0,03 procent gezonken CO2-gehalte nu opnieuw. Wat de wetenschappers zo verontrust, is het tempo van deze ommekeer. Nooit heeft de scheikundige samenstelling van onze atmosfeer zich met zo’n vaart gewijzigd.

De huidige CO2-toename is adembenemend. Beckmann : ?Met elk jaar dat we aan de atmosfeer de gangbare dosis CO2 toevoegen, worden we 180.000 jaar terug in het verleden geworpen.?

CO2-CRISIS.

De tegen het einde van de volgende eeuw verwachte verdubbeling van het CO2-gehalte, vrezen de biologen Hämmerle en Inacker, zal de stofwisseling van alle levende wezens beïnvloeden. Bij zo’n vijf procent van alle enzymereacties die bij planten, dieren en micro-organismen voorkomen, is kooldioxide betrokken. Een stijging van het CO2-aandeel kan het verloop van de bioreacties in de cellen uit zijn evenwicht brengen.

Vooral planten en micro-organismen worden daardoor getroffen. Doordat het CO2-gehalte wereldwijd stijgt, kunnen ze de verstorende factor niet ontwijken via vluchtbewegingen (migratie van soorten en verschuiving van vegetatiezones). Dit verscherpt de selectiedruk en de dwang tot snelle aanpassing aan het veranderde luchtmilieu.

Wat de CO2-stroom in de natuur verder aanricht, is nog niet duidelijk. Enkele plantensoorten, vermoeden de vorsers, zullen straks sneller gaan groeien en hun concurrenten verdringen ; andere zullen aan een ?verhoogde vatbaarheid voor stress? lijden en weerlozer worden tegen insecten en de sneller groeiende planten. Maar inzake veranderingen in de biosfeer is dit ?nog maar de top van de ijsberg?.

Het grootste gevaar, daarover zijn de wetenschappers het eens, zou van de micro-organismen kunnen uitgaan : bacteriën en virussen, die voor een generatiewissel slechts minuten tot uren nodig hebben, zullen zich door veranderingen van erfelijke eigenschappen (mutaties) het snelst aanpassen aan het toenemende CO2-gehalte.

In evolutionaire crisistijden hebben zij een voorsprong op de planten, dieren en mensen, die zich trager voortplanten. Beckmann en Klopries zien nu al aanwijzingen voor deze tendens. Er dient zich een nauwelijks te overzien aantal nieuwe of veranderde ziekteverwekkers aan, waaronder moordende, zoals de aids- en de ebola-virussen.

Terzelfdertijd worden sinds lang gekende stammen van ziekteverwekkers gevaarlijker. Hun agressiviteit, virulentie en resistentie schijnt toe te nemen. Op de strijd tegen de kwaadaardiger geworden veroveraars is het afweersysteem van de hoger ontwikkelde soorten niet voorbereid.

?Geneeskunde en plantenbescherming,? besluiten de wetenschappers, ?zijn zwakke wapens, die de mens tegen de vloed van nieuwe ziekten kan inzetten.? Of ze toereikend zullen zijn om de wereldwijde aanval van de micro-organismen af te weren, blijft onzeker. ?Zelfs als het zou lukken om de mensen en de belangrijkste nuttige planten te verdedigen, dan nog lijkt het vrijwaren van de hele biosfeer met al haar soorten, een hopeloze zaak.?

Onze schuld ? Wie veroorzaakte dan de CO2-toename en temperatuurstijging zo’n 140.000 jaar geleden. En waarom stijgen CO2-gehalte en temperatuur sinds de jongste 18.000 jaar ? Al lijkt de industriële revolutie het proces te versnellen, toch kunnen we een natuurlijke evolutie niet keren.

Copyright Der Spiegel/Vertaling en bewerking : Lode Willems

De industriële revolutie versnelde het natuurlijke proces van temperatuurstijging en toename van CO2.