Kepunahan terbesar dalam sejarah Bumi menandai berakhirnya periode Permian, sekitar 252 juta tahun yang lalu. Jauh sebelum kemunculan dinosaurus, planet kita dihuni oleh berbagai jenis tumbuhan dan hewan yang sebagian besar lenyap setelah serangkaian peristiwa letusan gunung berapi besar di Siberia.
Fosil-fosil di bebatuan dasar lautan yang telah ditemukan menandakan ekosistem laut yang berkembang dan beraneka ragam. Sekitar 96 persen spesies laut dihancurkan selama “Great Dying” (Peristiwa kepunahan masal Perm-Trias) disusul oleh jutaan tahun kemudian ketika kehidupan harus berkembang biak dan terdiversifikasi lagi.
Apa yang telah diperdebatkan sampai sekarang adalah : apa yang telah menyebabkan lautan begitu kejam terhadap kehidupan saat itu – tingkat keasaman yang tinggi dari air yang beracun, logam dan sulfida, kekurangan oksigen, atau hanya karena suhu yang lebih tinggi.
Sebuah penelitian terbaru kolaborasi dari Universitas Washington dan Universitas Stanford menggabungkan berbagai model dari kondisi lautan dan metabolisme hewan dengan data-data dari laboratorium yang telah dipublikasikan dan catatan paleoseanografi untuk menunjukkan bahwa kepunahan massal Permia di lautan disebabkan oleh pemanasan global yang membuat hewan tidak dapat bernapas. Ketika suhu meningkat dan metabolisme hewan laut melambat, air yang bertambah suhunya tidak bisa menahan oksigen yang cukup bagi mereka untuk bertahan hidup.
Studi ini telah diterbitkan di jurnal Science.
“Ini adalah pertama kalinya kami membuat prediksi mekanistik tentang apa yang menyebabkan kepunahan yang secara langsung dapat diuji melalui catatan fosil, yang kemudian memungkinkan kami untuk membuat prediksi tentang penyebab kepunahan di masa depan,” kata penulis pertama Justin Penn, dari Universitas Washington.
Hasilnya, model tersebut mereproduksi perubahan secara dramatis yang dihasilkan di lautan. Lautan menjadi kehilangan sekitar 80 persen oksigennya. Sekitar setengah dari dasar lautan samudra, sebagian besar pada lokasi yang lebih dalam, menjadi tanpa oksigen sama sekali.
Untuk menganalisis efek yang ditimbulkan terhadap spesies laut, para peneliti mempertimbangkan berbagai sensitivitas oksigen dan suhu dari 61 spesies laut modern – termasuk krustasea, ikan, kerang, karang dan hiu – menggunakan pengukuran laboratorium yang telah dipublikasikan. Toleransi hewan modern terhadap suhu tinggi dan oksigen rendah diharapkan sama dengan hewan-hewan Permia karena mereka berevolusi di bawah kondisi lingkungan yang sama. Para peneliti kemudian menggabungkan ciri-ciri spesies dengan simulasi paleoklimatologi untuk memprediksi geografi kepunahan.
Model ini menunjukkan yang paling terpukul adalah organisme yang paling sensitif terhadap oksigen yang ditemukan jauh dari daerah tropis. Banyak spesies yang hidup di daerah tropis juga punah dalam model tersebut, tetapi diprediksi pada spesies yang berada di lintang tinggi, terutama mereka yang memiliki kebutuhan oksigen tinggi, hampir sepenuhnya musnah.
Untuk menguji prediksi ini, rekan penulis Jonathan Payne dan Erik Sperling dari Stanford University menganalisis distribusi fosil akhir Permian dari Paleoceanography Database, sebuah arsip virtual berupa koleksi dari berbagai fosil yang telah dipublikasikan. Rekaman fosil menunjukkan di mana spesies sebelum kepunahan, dan yang punah sepenuhnya atau terbatas pada sebagian kecil dari habitat mereka sebelumnya.
Rekaman fosil menegaskan bahwa spesies yang berada jauh dari khatulistiwa paling menderita selama peristiwa tersebut.
“Mekanisme pembunuhan yang khas, pemanasan iklim dan kehilangan oksigen, adalah pola geografisnya yang diprediksi oleh model dan kemudian ditemukan pada fosil,” kata Penn. “Kesesuaian antara keduanya menunjukkan mekanisme pemanasan iklim dan kehilangan oksigen adalah penyebab utama dari kepunahan.”
Studi ini didasarkan pada karya sebelumnya yang dipimpin oleh Deutsch yang menunjukkan bahwa ketika lautan hangat, metabolisme hewan laut semakin cepat, artinya mereka membutuhkan lebih banyak oksigen, sementara air yang lebih hangat kurang akan oksigen. Penelitian sebelumnya menunjukkan bagaimana lautan yang lebih hangat mendorong hewan menjauh dari daerah tropis.
Studi baru menggabungkan perubahan kondisi laut dengan berbagai kebutuhan metabolisme hewan pada temperatur yang berbeda. Hasilnya menunjukkan bahwa efek yang paling parah yang disebabkan oleh kekurangan oksigen adalah untuk berbagai spesies yang hidup di dekat kutub.
“Karena metabolisme organisme tropis telah beradaptasi dengan kondisi yang cukup hangat dan rendah oksigen, mereka dapat berpindah dari daerah tropis dan menemukan kondisi yang sama di tempat lain,” kata Deutsch. “Tetapi jika suatu organisme telah beradaptasi pada lingkungan yang dingin, kaya oksigen, maka kondisi tersebut tidak ditemukan lagi di lautan dangkal.”
“Pada akhirnya, ternyata ukuran zona mati sebenarnya bukanlah yang menjadi hal utama dalam kepunahan,” kata Deutsch. “Kami sering berpikir tentang anoksia, sebuah kondisi di mana kekurangan oksigen, karena kondisi yang Anda butuhkan untuk menyebar luas menjadi tidak dapat dihuni. Tetapi ketika Anda melihat toleransi untuk oksigen rendah, sebagian besar organisme dapat dikecualikan dari air laut pada tingkat oksigen yang tidak mendekati anoksia. ”
Pemanasan yang menyebabkan ketidakcukupan oksigen menjelaskan lebih dari separuh berbagai kerugian keragaman lautan. Para penulis mengatakan bahwa perubahan lain, seperti pengasaman atau pergeseran dalam produktivitas organisme fotosintetik, kemungkinan bertindak sebagai penyebab tambahan.
Situasi di akhir Permian – meningkatkan gas rumah kaca di atmosfer yang menciptakan suhu yang lebih hangat di Bumi – mirip dengan saat ini.
“Di bawah skenario emisi ‘kegiatan seperti biasa’ – tanpa upaya terhadap peningkatan gas rumah kaca, maka pada tahun 2100 pemanasan di lautan atas akan mendekati 20 persen pemanasan pada Permian akhir, dan pada tahun 2300 akan mencapai antara 35 hingga 50 persen,” kata Penn. “Studi ini menyoroti potensi kepunahan massal yang timbul dari mekanisme serupa di bawah perubahan iklim antropogenik.”
