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Poco después de la aparición de la vida animal compleja, decenas de millones de años antes de la primera de las "cinco grandes" extinciones masivas, los océanos del mundo se vieron afectados por una serie de extinciones. Después, por razones que los científicos han debatido durante al menos 40 años, las extinciones se ralentizaron.
Un nuevo estudio de la Universidad de Stanford muestra que el aumento de los niveles de oxígeno puede explicar por qué las tasas de extinción global se redujeron a lo largo del Eón Fanerozoico, que comenzó hace 541 millones de años. Los resultados, publicados el 4 de octubre en Proceedings of the National Academy of Sciences, señalan que el 40 por ciento de los niveles actuales de oxígeno atmosférico es un umbral clave a partir del cual el hábitat oceánico viable se expande y la tasa de extinción global desciende bruscamente.
"Hay toda una serie de extinciones de gran magnitud al principio de la historia de la vida animal, y luego van disminuyendo hasta que se producen estas enormes extinciones masivas. Y nunca se ha explicado por qué tenemos todas esas extinciones de gran magnitud al principio", dijo el autor principal del estudio, Erik Sperling, profesor asistente de ciencias geológicas en la Escuela de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford (Stanford Earth).
El nuevo estudio revela que incluso cinco grados de calentamiento -extremo para nuestro clima actual, pero común en el pasado profundo de la Tierra- serían más que suficientes para desencadenar mortandades masivas a principios del Fanerozoico. La investigación demuestra que esto se debe a que, en un mundo con poco oxígeno, los animales marinos ya estaban al límite de su capacidad para respirar y mantener su temperatura corporal. El hallazgo tiene implicaciones para entender el destino de las criaturas oceánicas en el mundo actual, que se está calentando.
Océanos virtuales
Los autores utilizaron modelos informáticos del clima de la Tierra para simular las temperaturas del agua del mar y la cantidad de oxígeno que se disolvería en el océano a medida que el dióxido de carbono y el oxígeno atmosféricos fluctuaran a lo largo del Fanerozoico. Los científicos combinaron estas simulaciones con modelos matemáticos de las interacciones entre la fisiología de los animales y los entornos locales, y luego estimaron la proporción de tipos de animales marinos que se perderían con cada 5 grados centígrados de calentamiento del océano, como cabría esperar con cada cuadruplicación del dióxido de carbono atmosférico. Este tipo de calentamiento es extremo pero no infrecuente a lo largo de la historia de la Tierra.
Este método permitió a los autores poblar los océanos virtuales con organismos realistas y luego aumentar el calor para ver quién sobrevivía. "Se trata de modelos totalmente tridimensionales con la física del agua que circula por los continentes en diferentes configuraciones y toda la biogeoquímica", explica Sperling. "Es un enorme avance computacional".
Amenazas gemelas
Los resultados son consistentes con una serie de grandes eventos de extinción durante los primeros 50 a 100 millones de años del Fanerozoico que fueron consecuencia directa de los bajos niveles de oxígeno y las respuestas fisiológicas al calor. "No necesitamos invocar algo ajeno al cambio climático para explicar estas tasas de extinción anómalamente severas y las extinciones masivas anómalamente comunes a principios del registro fósil animal", dijo el autor principal del estudio, Richard Stockey, estudiante de doctorado en ciencias geológicas de Stanford.
Lo que se necesita, más bien, es considerar cómo la escasez de oxígeno dificultó la capacidad de los animales para hacer frente al calor. Esto se debe a que, a medida que los océanos se calientan, su contenido de oxígeno disminuye, mientras que la necesidad de oxígeno de los animales aumenta. Esto es especialmente cierto en el caso de las especies de sangre fría que dependen del entorno exterior para regular la temperatura corporal y el metabolismo. "La forma en que miramos las cosas pone el cambio de oxígeno y el cambio de temperatura en una moneda común y los evalúa a la vez", dijo Sperling. "Estamos tratando los fósiles como antiguos organismos vivos y pensando en cómo se alimentan, viven y respiran: cómo pasan el día".
Los investigadores descubrieron varios factores adicionales que influyeron en la proporción de especies que se extinguieron durante los períodos más cálidos de los últimos 541 millones de años, como la configuración de los continentes de la Tierra, la eficacia del ciclo del carbono entre el océano y la atmósfera y el estado del clima al comienzo de un determinado evento de calentamiento. Sin embargo, "el oxígeno atmosférico es el factor dominante para predecir la vulnerabilidad a la extinción", escriben los autores. "Los cambios en el oxígeno atmosférico fueron probablemente mucho más importantes que esos otros factores", dijo Stockey.
El estudio refuerza los hallazgos anteriores del grupo de Sperling, que subrayan que el oxígeno y la temperatura son claves interconectadas para entender los patrones de extinción y supervivencia en los océanos antiguos. "El registro geológico y paleontológico nos dice una y otra vez que la combinación de oxígeno y cambios de temperatura son los grandes asesinos de los animales marinos", dijo Sperling.
En las zonas de los océanos actuales que tienen bajos niveles de oxígeno, incluidas las aguas más profundas del margen continental de la costa de California, cualquier nuevo descenso del oxígeno o cambio de la temperatura puede ser catastrófico para los organismos que ya están superando los límites de su capacidad aeróbica. "Esos son algunos de los lugares que están potencialmente en mayor peligro a medida que el cambio climático impulsa un mayor calentamiento y desoxigenación del océano", dijo Sperling. "Durante los primeros cien millones de años, más o menos, de la evolución animal, casi todo el océano era así".
Fuentes, créditos y referencias:
Richard G. Stockey et al, Decreasing Phanerozoic extinction intensity as a consequence of Earth surface oxygenation and metazoan ecophysiology, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2101900118
Imagen: Fósiles de braquiópodos y crinoides del Ordovícico tardío, hace unos 445 millones de años. Crédito: Seth Finnegan