Fuente: STANFORD EARTH MATTERS - 06 de diciembre de 2018
POR HANNAH HICKEY, UNIVERSIDAD DE WASHINGTON
¿Qué hizo que los océanos de la Tierra fueran tan inhóspitos para la vida que un 96% de las especies marinas se extinguieron a finales del periodo Pérmico?. Una nueva investigación demuestra que la "Gran Mortandad" fue causada por el calentamiento global que dejó a los animales del océano sin poder respirar.
La mayor extinción de la historia de la Tierra marcó el final del periodo Pérmico, hace unos 252 millones de años. Mucho antes de los dinosaurios, nuestro planeta estaba poblado de plantas y animales que fueron borrados en su mayoría tras una serie de enormes erupciones volcánicas en Siberia.
Los fósiles de las antiguas rocas del fondo marino muestran un ecosistema marino próspero y diverso, y luego una franja de cadáveres. Alrededor del 96% de las especies marinas fueron eliminadas durante la "Gran Mortandad", a la que siguieron millones de años en los que la vida tuvo que multiplicarse y diversificarse de nuevo.
Lo que se ha debatido hasta ahora es qué fue exactamente lo que hizo que los océanos fueran inhóspitos para la vida: la elevada acidez del agua, el envenenamiento por metales y sulfuros, la falta total de oxígeno o, simplemente, el aumento de las temperaturas.
Una nueva investigación de la Universidad de Washington y la Universidad de Stanford combina modelos de las condiciones oceánicas y el metabolismo animal con datos de laboratorio publicados y registros paleoceanográficos para demostrar que la extinción masiva del Pérmico en los océanos fue causada por un calentamiento global que dejó a los animales sin poder respirar. Al aumentar las temperaturas y acelerar el metabolismo de los animales marinos, las aguas más cálidas no pudieron retener suficiente oxígeno para que sobrevivieran. El estudio se publica en Science.
"Es la primera vez que hacemos una predicción mecanicista sobre lo que causó la extinción que se puede comprobar directamente con el registro fósil, lo que nos permite hacer predicciones sobre las causas de la extinción en el futuro", dijo el primer autor Justin Penn, estudiante de doctorado en oceanografía de la UW.
Nunca habíamos podido obtener una visión tan clara de cómo y por qué los distintos factores de estrés afectaron a diferentes partes del océano global".
Los investigadores ejecutaron un modelo climático con la configuración de la Tierra durante el Pérmico, cuando las masas de tierra se combinaron en el supercontinente de Pangea. Antes de que las continuas erupciones volcánicas en Siberia crearan un planeta de gases de efecto invernadero, los océanos tenían temperaturas y niveles de oxígeno similares a los actuales. A continuación, los investigadores aumentaron los gases de efecto invernadero en el modelo hasta el nivel necesario para que las temperaturas de los océanos tropicales en la superficie fueran unos 10 grados Celsius (20 grados Fahrenheit) más altas, igualando las condiciones de aquella época.
El modelo reproduce los drásticos cambios resultantes en los océanos. Los océanos perdieron cerca del 80% de su oxígeno. Alrededor de la mitad de los fondos marinos, sobre todo en las profundidades, quedaron completamente libres de oxígeno.
Para analizar los efectos en las especies marinas, los investigadores tuvieron en cuenta las distintas sensibilidades al oxígeno y a la temperatura de 61 especies marinas modernas -entre ellas crustáceos, peces, mariscos, corales y tiburones- utilizando mediciones de laboratorio publicadas. Se espera que la tolerancia de los animales modernos a las altas temperaturas y al bajo nivel de oxígeno sea similar a la de los animales del Pérmico, ya que han evolucionado en condiciones ambientales similares. Los investigadores combinaron entonces los rasgos de las especies con las simulaciones paleoclimáticas para predecir la geografía de la extinción.
"Muy pocos organismos marinos permanecieron en los mismos hábitats en los que vivían: era huir o perecer", dijo el segundo autor, Curtis Deutsch, profesor asociado de oceanografía de la UW.
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Según el coautor del estudio, Jonathan Payne, profesor de ciencias geológicas de la Escuela de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford (Stanford Earth), "la opinión generalizada en la comunidad paleontológica ha sido que la extinción del Pérmico fue especialmente grave en las aguas tropicales". Sin embargo, el modelo muestra que los más afectados fueron los organismos más sensibles al oxígeno que se encuentran lejos de los trópicos. Muchas especies que vivían en los trópicos también se extinguieron en el modelo, pero éste predice que las especies de altas latitudes, especialmente las que tienen una gran demanda de oxígeno, fueron eliminadas casi por completo.
Paleo
Esta ilustración muestra el porcentaje de animales marinos que se extinguieron a finales del Pérmico por latitud, a partir del modelo (línea negra) y del registro fósil (puntos azules). Un mayor porcentaje de animales marinos sobrevivió en los trópicos que en los polos. El color del agua muestra el cambio de temperatura, siendo el rojo el de mayor calentamiento y el amarillo el de menor. En la parte superior está el supercontinente Pangea, con enormes erupciones volcánicas que emiten dióxido de carbono. Las imágenes debajo de la línea representan parte del 96% de las especies marinas que murieron durante el evento. (Crédito de la imagen: Justin Penn y Curtis Deutsch, Universidad de Washington)
El estudio se basa en un trabajo anterior dirigido por Deutsch en el que se demuestra que, a medida que los océanos se calientan, el metabolismo de los animales marinos se acelera, lo que significa que necesitan más oxígeno, mientras que el agua más caliente retiene menos. Ese estudio anterior muestra cómo los océanos más cálidos alejan a los animales de los trópicos.
Para comprobar esta predicción, Payne y el coautor Erik Sperling, profesor adjunto de ciencias geológicas en Stanford Earth, analizaron las distribuciones de fósiles de finales del Pérmico de la Base de Datos de Paleobiología, un archivo virtual de colecciones de fósiles publicadas. El registro fósil muestra dónde se encontraban las especies antes de la extinción, y cuáles fueron eliminadas por completo o restringidas a una fracción de su antiguo hábitat.
El registro fósil confirma que las especies alejadas del ecuador fueron las que más sufrieron durante el evento. "La firma de ese mecanismo de extinción, el calentamiento del clima y la pérdida de oxígeno, es este patrón geográfico que predice el modelo y que luego se descubre en los fósiles", dijo Penn. "La concordancia entre ambos indica que este mecanismo de calentamiento del clima y pérdida de oxígeno fue la causa principal de la extinción".
"Nunca habíamos sido capaces de obtener una visión tan clara de cómo y por qué los diferentes factores de estrés afectaron a diferentes partes del océano global", dijo Sperling, profesor asistente de ciencias geológicas en Stanford Earth. "Esto fue realmente emocionante de ver".
El nuevo estudio combina las condiciones cambiantes del océano con las necesidades metabólicas de varios animales a diferentes temperaturas. Los resultados muestran que los efectos más graves de la falta de oxígeno son para las especies que viven cerca de los polos.
"Como los metabolismos de los organismos tropicales ya estaban adaptados a condiciones bastante cálidas y con menos oxígeno, podían alejarse de los trópicos y encontrar las mismas condiciones en otro lugar", explica Deutsch. "Pero si un organismo estaba adaptado para un entorno frío y rico en oxígeno, entonces esas condiciones dejaban de existir en los océanos poco profundos".
Las llamadas "zonas muertas", completamente desprovistas de oxígeno, se encontraban en su mayoría por debajo de las profundidades en las que vivían las especies, y desempeñaban un papel menor en las tasas de supervivencia.
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"A fin de cuentas, resultó que el tamaño de las zonas muertas no parece ser la clave de la extinción", dijo Deutsch. "A menudo pensamos en la anoxia, la falta total de oxígeno, como la condición que se necesita para conseguir una inhabitabilidad generalizada. Pero si nos fijamos en la tolerancia a la falta de oxígeno, la mayoría de los organismos pueden quedar excluidos del agua de mar a niveles de oxígeno que no se acercan a la anoxia."
El calentamiento que conduce a la insuficiencia de oxígeno explica más de la mitad de las pérdidas de diversidad marina. Los autores dicen que otros cambios, como la acidificación o los cambios en la productividad de los organismos fotosintéticos, probablemente actuaron como causas adicionales.
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La situación a finales del Pérmico -el aumento de los gases de efecto invernadero en la atmósfera que crean temperaturas más cálidas en la Tierra- es similar a la actual.
"En un escenario de emisiones sin cambios, para el año 2100 el calentamiento de la parte superior del océano se habrá acercado al 20% del calentamiento de finales del Pérmico, y para el año 2300 alcanzará entre el 35% y el 50%", dijo Penn. "Este estudio pone de manifiesto la posibilidad de una extinción masiva derivada de un mecanismo similar en el marco del cambio climático antropogénico".
La investigación fue financiada por la Fundación Gordon y Betty Moore y la National Science Foundation.