Jordens atmosfære består af en masse nitrogen (78 procent), en smule ilt (21 procent), en sprøjt med argon (0, 93 procent), en lille mængde kuldioxid (0, 038 procent) og spormængder af andre gasser . Men det har ikke altid været sådan. Sammensætningen af gasser i atmosfæren kan ændre sig (og ændres nu, når vi forbrænder fossile brændstoffer), og fossilregistreringen afslører, hvordan noget så vildledende enkelt som luft kan påvirke livets historie.
Hvis du besøgte det, der nu er Nordamerika for 300 millioner år siden, nær slutningen af kulstofperioden, ville du have været mødt af en meget ukendt scene. Landskabet blev domineret af store sumpe fyldt med enorme lycopoder (slægtninge til klubmoser, der voksede til størrelsen af træer), amfibiske hvirveldyr op til næsten 20 meter i længden og enorme leddyr. Meganeura, en slægtning af slægten, der havde et vingespænde mere end to fod på tværs, surrede gennem luften over den gigantiske Arthropleura, en ni meter lang tusinder. Aldrig før eller siden er jordiske hvirvelløse dyr vokset til så vidunderlige størrelser.
Udløseren til denne voldsomme gigantisme var en ejendommelig, nyudviklet karakteristik af planter, der kørte iltniveauer til så højt som 35 procent af atmosfæren under den sene kulstof. Frodige ækvatorialskove producerede en betydelig mængde ilt som et biprodukt af fotosyntesen, men det alene var ikke nok til at føre atmosfærisk ilt til så høje niveauer. Årsagen var den kemiske forbindelse lignin, som planter bruger til at opbygge sig selv. Tidens bakterier var så ineffektive til at nedbryde lignin i døde planter, at de efterlod en enorm mængde kulstofrig plantemateriale til at blive bundfældet i sumpene (og til sidst omdanne til de rige kulaflejringer, der gav Carboniferous navnet) . Bakterier bruger ilt, da de nedbryder kulstofrige materiale, men lignin forhindrede denne proces, indtil bakterier udviklede evnen til at nedbryde forbindelsen. Dette biologiske sind fik iltniveauer til at stige.
Overskuddet af ilt gjorde det muligt for amfibier, der tager nogle af gassen gennem deres skind, at trække vejret mere effektivt og vokse til større størrelser. Leddyr ånder på en anden måde: de har et netværk af forgreningsrør kaldet luftrør, som forbinder små åbninger i et hvirvelløse eksoskelet til dets celler, og ilt siver gennem kroppen via dette system. I en iltrig atmosfære kunne mere ilt diffunderes gennem dette forgreningsnetværk, og dette åbnede evolutionære veje, der også gjorde det muligt for leddyr at vokse til gargantuanske proportioner. Det faktum, at iltet også ville have øget lufttrykket, betød, at datidens store flyvende insekter ville have fået mere løft for hvert slag af deres vinger, hvilket gjorde, at flyvende leddyr kunne nå størrelser, der er strukturelt umulige for deres nutidige slægtninge .
Mens de gigantiske leddyr krybede og summede rundt, diversificerede de første fostervand også - firbenlignende hvirveldyr, der havde brudt deres forbindelse med vandet gennem deres evne til at formere sig via skaldede æg. I løbet af det næste kapitel i jordens historie, Permian (for ca. 299 millioner til 251 millioner år siden), frembød disse tidlige slægtninge til dinosaurier og pattedyr forskellige nye former med slægtninge til tidlige pattedyr (samlet kendt som synapsider), især ved at få økologisk dominans. For første gang understøttede terrestriske økosystemer et sammenkoblet netværk af rovdyr og planteædere i forskellige størrelser, og for omkring 250 millioner år siden var der cirka 40 forskellige familier af jordboende hvirveldyr, der beboer kloden. Men i periodens nærhed blev næsten al denne mangfoldighed slukket af den største naturlige katastrofe, som denne planet nogensinde har kendt.
I løbet af paleontologiens tidlige dage markerede naturforskere grænser i den geologiske historie af den pludselige, masse forsvinden af nogle arter fra fossilprotokollen efterfulgt af udseendet af en ny, anden fauna. De var ikke klar over det på det tidspunkt, men hvad de gjorde var at afmærke masseudryddelser, og den, der sluttede Perm, var måske det værste i jordens historie. Op til 95 procent af alle kendte havdyr blev udslettet, ligesom 70 procent af landdyrene. Paleontolog fra University of Bristol Michael Benton har kaldt denne begivenhed "da livet næsten døde."
At identificere en begivenhed med masseudryddelse er imidlertid ikke det samme som at forklare den, og katastrofen i slutningen af Perm er måske tidenes mest forundrende mordmysteri. Forskere har foreslået en liste over mulige udryddelsesudløsere, herunder global afkøling, bombardement med kosmiske stråler, forskydning af kontinenter og asteroide påvirkninger, men mange paleontologers største mistanke nu er de intense udbrud af de sibiriske fælder, vulkaner, der dækkede næsten 800.000 kvadrat miles af hvad der nu er Rusland med lava.
Jorden var meget varmere i slutningen af Perm, end den er i dag. Atmosfæren var relativt rig på kuldioxid, som brændstof til en drivhusverden, hvor der næsten ikke var gletsjere. Udbruddet af de sibiriske fælder ville have tilføjet store mængder drivhusgasser i atmosfæren og forårsaget yderligere global opvarmning, øget havets surhedsgrad og sænket atmosfærisk iltniveauer. Disse drastiske ændringer i atmosfæren og de deraf følgende miljøeffekter ville have fået mange organismer til at kvæle af manglen på ilt, mens andre ville være døde af et overskud af kuldioxid i blodet eller på anden måde omkomme, fordi de fysiologisk ikke var i stand til at klare disse nye betingelser. Hvor rige, forskellige samfund af organismer engang trivedes, efterlod udryddelsen kun "kris" samfund af et par arter, der spredte sig i de ledige levesteder.
Selvom disse ændringer i atmosfæren beskåret det evolutionære træ for 251 millioner år siden, gjorde de ikke planeten permanent ugjestmild. Livet fortsatte med at udvikle sig, og niveauerne af ilt, kuldioxid og andre gasser fortsatte med at svinge, hvilket ansporer klimaet fra "varmehus" til "ishus" tilstande adskillige gange.
Jorden er muligvis nu på vej ind i en ny hothouse-æra, men det, der er unikt med nutiden, er, at mennesker tager en aktiv rolle i at forme luften. Appetitten for fossile brændstoffer er at ændre atmosfæren på en måde, der vil ændre klimaet, tilføje mere kuldioxid og andre drivhusgasser til blandingen, og disse udsving kan have store konsekvenser for både udryddelse og udvikling.
Jordens nuværende forhold er forskellige nok fra dem i den sene perm, at en lignende katastrofe er usandsynlig, men jo mere vi lærer om gamle klimaer, jo mere klart er det, at pludselige ændringer i atmosfæren kan være dødbringende. En nylig undersøgelse ledet af biogeokemiker Natalia Shakhova fra International Arctic Research Center antyder, at vi muligvis nærmer os et vippepunkt, der hurtigt kan rampe op den globale opvarmning, der allerede ændrer økosystemer rundt om i verden. En enorm opbevaring af metan, en af de mest potente drivhusgasser, ligger under permafrosten i den østsibirske arktiske hylde. Permafrosten fungerer som en frosset hætte over gassen, men Shakhova fandt ud af, at hætten har en lækage. Videnskabsmænd er ikke sikre på, om metanlækagen er normal eller et nyligt produkt af global opvarmning, men hvis de nuværende fremskrivninger er korrekte, når det globale klima opvarmes, vil havniveauet stige og oversvømme den østsibiriske arktiske hylde, der vil smelte permafrosten og frigør endnu mere af gassen. Efterhånden som flere drivhusgasser opbygges, inches planeten stadig tættere på dette og andre mulige vippepunkter, der kunne udløse hurtige ændringer i levesteder over hele verden.
Måske vil de ejendommelige forhold, der gjorde det muligt for gigantiske leddyr at flyve gennem luft sammensat af 35 procent ilt aldrig blive gentaget, og vi kan håbe, at jorden ikke afspiller katastrofen ved slutningen af Perm, men ved at fremme et drivhusklima er vores art aktivt at ændre livets historie på jorden. Hvordan disse ændringer vil påvirke os såvel som resten af verdens biodiversitet, vil i sidste ende blive registreret i den stadigt voksende fossilrekord.
