Sebuah penelitian baru yang dipimpin oleh Stanford telah memberikan bukti terkuat mengapa beberapa hewan laut selamat dari kepunahan massal terbesar di Bumi sementara banyak lainnya menghilang selamanya. Temuan ini tidak hanya menjelaskan bagaimana ekosistem laut modern terbentuk, namun juga memberikan wawasan tentang bagaimana pemanasan laut saat ini dapat mempengaruhi kehidupan laut.
Sekitar 252 juta tahun yang lalu, kepunahan Permian-Trias, yang sering disebut “Kematian Besar”, memusnahkan sekitar 96% spesies laut dan 70% hewan darat. Namun kehancuran yang terjadi tidak merata di seluruh pohon kehidupan.
Sebelum kepunahan, dasar laut purba selama sekitar 280 juta tahun didominasi oleh brakiopoda, yang menyerupai kerang, serta lili air (crinoids) dan hewan penghuni dasar laut lainnya. Setelah bencana, kelompok-kelompok yang tadinya dominan hampir tersingkir. Sebaliknya, hanya sekitar separuh moluska, termasuk kerang dan siput, yang punah. Hewan-hewan yang selamat, bersama ikan dan echinodermata seperti bintang laut dan bulu babi, terus mendominasi lautan di bumi, sebuah pola yang berlanjut hingga saat ini.
Diterbitkan pada 6 Juli di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan NasionalPenelitian ini merupakan penelitian pertama yang menggabungkan data biologis dari kelompok yang hancur akibat kepunahan dan kelompok yang selamat. Hasilnya menyoroti perbedaan besar: Spesies yang metabolismenya kurang mampu menghadapi perairan yang lebih hangat dan kekurangan oksigen mengalami tingkat kepunahan tertinggi.
Kondisi laut yang buruk ini, yang terjadi setelah letusan gunung berapi besar-besaran, memompa sejumlah besar karbon dioksida dan metana ke atmosfer, sehingga menyebabkan pemanasan global secara signifikan.
“Dengan penelitian ini, pada dasarnya kami ingin memecahkan misteri mengapa, ketika Anda pergi ke pantai, Anda mengambil cangkang kerang dan siput, bukan cangkang brakiopoda,” kata penulis utama studi tersebut, Jose Andres Marquez, mantan mahasiswa doktoral di laboratorium Erik Anders Sperling di Stanford. “Hasil kami menunjukkan bahwa, di berbagai kelompok organisme, kepunahan terjadi pada tingkat yang jauh lebih tinggi pada kelompok organisme yang paling rentan terhadap peningkatan suhu air dan penurunan ketersediaan oksigen.”
Kepunahan kuno memberikan peringatan iklim modern
Menurut para peneliti, pekerjaan ini juga memiliki implikasi penting untuk masa kini. Kondisi lingkungan sebelum Kepunahan Besar menyerupai lautan yang relatif sejuk dan kaya oksigen yang telah ada selama jutaan tahun sebelum aktivitas manusia mulai mengubah iklim bumi dengan cepat melalui emisi bahan bakar fosil.
“Studi ini benar-benar merupakan paku terakhir dari penyebab kepunahan massal Permian-Triassic,” kata Sperling, penulis utama studi tersebut dan profesor ilmu bumi dan planet di Stanford Doerr School of Sustainability. “Kepunahan massal terbesar sepanjang masa dimulai di dunia yang sangat mirip dengan saat ini, dengan lautan yang relatif dingin, oksigen yang relatif baik, dan kemudian terjadi suntikan karbon dioksida dalam jumlah besar ke dalam sistem bumi. Memahami bagaimana bumi dan biota bereaksi pada saat itu dapat memberi tahu kita apa yang akan terjadi.”
Mengapa metabolisme menentukan kelangsungan hidup
Metabolisme mencakup semua proses kimia yang memungkinkan organisme hidup menghasilkan energi dan tetap hidup. Selama Era Paleozoikum, yang berakhir dengan Kematian Besar, banyak hewan laut bergerak perlahan dan memakan filter dasar, termasuk brakiopoda, crinoid (lili laut, berkerabat dengan bintang laut), dan beberapa karang serta anemon laut.
Hewan laut yang berkembang biak pada umumnya jauh lebih aktif. Ikan, siput bergerak, bulu babi, dan kerang seperti kerang, tiram, dan remis semuanya membutuhkan metabolisme yang lebih cepat untuk mendukung pergerakan mereka dan, dalam banyak kasus, gaya hidup predator.
Dibandingkan dengan brakiopoda, bivalvia memiliki kebutuhan energi yang lebih besar karena tubuhnya yang lebih besar dan “kaki” berotot yang memungkinkan mereka menggali dan merangkak.
“Itulah mengapa kami makan clam chowder dan kami tidak makan brachiopod chowder,” kata Sperling. “Brachiopoda hampir tidak memiliki daging.”
Sebelum kepunahan, jumlah brakiopoda jauh lebih banyak daripada bivalvia. Saat ini, hanya tersisa sekitar 400 spesies brakiopoda, sementara terdapat sekitar 10.000 hingga 15.000 spesies bivalvia.
Sperling membandingkan perubahan ekologi yang dramatis ini dengan kepunahan dinosaurus non-unggas 65 juta tahun yang lalu, “di mana mamalia pada dasarnya mengambil alih dan tidak lagi menyerahkan wilayah tersebut kepada reptil.”
Menciptakan kembali krisis laut kuno
Penelitian ini didasarkan pada penelitian Princeton dan Stanford pada tahun 2018, yang menyimpulkan bahwa pemanasan laut dan hilangnya oksigen kemungkinan besar bertanggung jawab atas Kematian Besar. Namun, penelitian sebelumnya ini sangat bergantung pada data fisiologis yang dikumpulkan dari spesies laut modern, khususnya ikan dan krustasea yang penting secara ekonomi, sehingga meninggalkan kesenjangan yang signifikan dalam pengetahuan tentang hewan mana yang paling terkena dampaknya.
“Dalam studi baru kami, kami mengisi kesenjangan mengenai fisiologi fauna Paleozoikum untuk melihat apakah kami dapat menjelaskan tidak hanya biogeografi kepunahan tetapi juga selektivitas taksonomi dari kepunahan,” kata Sperling.
Untuk menutup kesenjangan ini, tim melakukan kerja lapangan selama bertahun-tahun, termasuk mengumpulkan brakiopoda hidup dari Kepulauan San Juan di negara bagian Washington, tempat mereka masih relatif umum. Para peneliti mengumpulkan berbagai macam hewan laut yang mewakili ekosistem laut purba dan modern.
Di stasiun lapangan dan laboratorium Stanford, para ilmuwan mengukur jumlah oksigen yang dikonsumsi oleh setiap organisme pada suhu air yang berbeda. Saat air menghangat, aktivitas metabolisme meningkat, sehingga meningkatkan kebutuhan hewan akan oksigen.
Eksperimen tersebut mengungkapkan bahwa hewan Paleozoikum dapat bertahan hidup dalam kondisi oksigen yang lebih rendah dibandingkan banyak spesies modern. Namun, ketika suhu meningkat, metabolisme mereka yang lambat tidak dapat lagi mengimbanginya. Kebutuhan oksigen mereka meningkat jauh lebih cepat dibandingkan kebutuhan hewan laut modern.
Menurut para peneliti, perbedaan struktur tubuh membantu menjelaskan hasil ini. Spesies modern yang lebih aktif membutuhkan lebih banyak oksigen dalam kondisi normal, namun mereka juga memiliki otot dan insang untuk memenuhi kebutuhan oksigen yang meningkat selama pemanasan.
“Pemanasan dan hilangnya oksigen adalah penyebab utamanya,” kata Sperling.
Penelitian lain juga mengidentifikasi pengasaman laut, yang disebabkan oleh karbon dioksida yang membuat air laut lebih asam, sebagai pemicu stres lain karena mempersulit pembentukan cangkang. Sperling mengatakan temuan baru ini menunjukkan bahwa pengasaman kemungkinan besar berkontribusi terhadap kepunahan, namun tidak sepenting pemanasan dan penipisan oksigen.
Pelajaran untuk lautan saat ini
Tim Stanford berencana untuk memperluas penelitian mereka ke kelompok hewan laut lainnya untuk lebih memahami bagaimana pemanasan, kehilangan oksigen, dan pengasaman berinteraksi, terutama karena ketiga fenomena tersebut menjadi semakin parah di lautan saat ini.
Para peneliti memperingatkan bahwa sejarah bisa terulang kembali jika spesies laut modern menghadapi perairan yang semakin hangat dan kekurangan oksigen.
“Kabar buruknya adalah kita berada di jalur yang tepat untuk mencapai tingkat pemanasan Permian-Trias dalam proyeksi skenario terburuk,” kata Sperling. Suhu meningkat 8 hingga 12° Celcius selama ribuan tahun yang menyebabkan Kematian Besar, dan saat ini, hanya dalam 100 hingga 200 tahun, suhu diperkirakan akan menjadi 1,5 hingga 4° Celcius lebih tinggi dibandingkan masa pra-industri pada tahun 2100. “Tetapi kabar baiknya adalah kita masih berada pada titik di mana kita dapat mengubah keadaan dan melakukan sesuatu.”
Pendanaan disediakan oleh US National Science Foundation, NASA, Palaeontological Association dan Stanford Woods Institute for the Environment.
