Durante la Gran Mortandad desaparecieron el 96% de las especies marinas
Un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Stanford ofrece la imagen más clara hasta la fecha de cómo sobrevivieron algunas especies marinas a la mayor extinción masiva de nuestro planeta, mientras que la mayoría de los animales no lo hicieron.
Hace aproximadamente 252 millones de años, el 96% de las especies marinas y el 70% de los animales terrestres desaparecieron durante la extinción masiva del Pérmico-Triásico, conocida como la "Gran Mortandad". Sin embargo, no todas las ramas del árbol evolutivo se vieron afectadas por igual.
En los océanos primitivos, la extinción acabó con casi todos los braquiópodos, parecidos a las almejas, y con ciertos tipos de organismos que habitaban el fondo marino, como los lirios de mar (crinoideos). Estos animales dominaron los fondos marinos durante aproximadamente los primeros 280 millones de años de la vida animal en la Tierra. Sin embargo, solo se extinguió alrededor de la mitad de los moluscos, como las almejas y los caracoles.
Desde entonces, los océanos de la Tierra han estado dominados por moluscos, peces y equinodermos como estrellas de mar y erizos de mar que sobrevivieron.
El nuevo estudio incorpora por primera vez las respuestas biológicas de los grupos de animales que fueron diezmados en la extinción y de aquellos que tuvieron mejor suerte.
Los grupos más afectados fueron aquellos cuyos metabolismos toleraban peor el agua caliente y poco oxigenada. Estas condiciones prevalecieron en gran parte de los océanos del mundo durante la Gran Mortandad, causada por un repentino aumento de la actividad volcánica que liberó a la atmósfera descomunales cantidades de gases de efecto invernadero, como dióxido de carbono y metano.
Imagen: Erizos de mar en cámaras de respirometría, que monitorizan el consumo de oxígeno (cambios en el metabolismo) a medida que aumenta la temperatura del agua. Crédito: Murray Duncan
"Con este estudio, queríamos resolver esencialmente el misterio de por qué, cuando vas a la playa, recolectas conchas de almejas y caracoles en lugar de braquiópodos", dijo el autor principal del estudio, José Andrés Márquez, ex estudiante de doctorado en el laboratorio de Erik Anders Sperling en Stanford.
"Nuestros hallazgos demuestran que, en diferentes grupos de organismos, las extinciones se produjeron a tasas mucho más elevadas en aquellos más vulnerables a los aumentos de la temperatura del agua y a la disminución de la disponibilidad de oxígeno".
Los hallazgos sirven como una especie de advertencia. Las condiciones previas al evento de extinción son muy similares al clima de las últimas decenas de millones de años, que está siendo alterado por las emisiones derivadas de la quema de combustibles fósiles y otras actividades humanas.
"Este estudio supone la prueba definitiva de lo que causó la extinción masiva del Pérmico-Triásico", afirmó Sperling, autor principal del estudio y profesor asociado de ciencias de la Tierra y planetarias en la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford.
"La mayor extinción masiva de todos los tiempos comenzó en un mundo muy similar al actual, con un océano relativamente frío y bien oxigenado, al que siguió una gigantesca inyección de dióxido de carbono en el sistema terrestre. Comprender cómo respondieron la Tierra y su biota en aquel entonces podría darnos pistas sobre lo que está por venir".
Imagen: El estudio del metabolismo de braquiópodos vivos como estos, recolectados en la isla de San Juan, Washington, permitió a los investigadores de Stanford comprender cómo pudo haber diferido la fisiología de la fauna moderna y la fauna paleozoica, y cómo estos grupos se habrían visto afectados de manera diferente por los cambios de oxígeno y temperatura durante la extinción masiva del Pérmico-Triásico. (Crédito de la imagen: Erik Sperling)
Metabolismo antiguo vs. metabolismo moderno
El metabolismo se refiere a todos los procesos químicos que ocurren dentro del cuerpo de un organismo para obtener energía y mantener la vida. Durante el período Paleozoico, que terminó con la Gran Extinción, gran parte de la vida oceánica consistía en animales filtradores, bentónicos, en su mayoría inmóviles y de lento metabolismo, como los braquiópodos, los crinoideos (lirios de mar, emparentados con las estrellas de mar) y ciertos corales y anémonas marinas.
En cambio, los grupos de animales que sobrevivieron al Paleozoico presentan mayor movilidad y un comportamiento depredador, lo que requiere metabolismos más rápidos. Entre estas criaturas marinas más modernas se incluyen peces —obviamente, rápidos y frecuentes—, así como caracoles, erizos de mar y bivalvos, como almejas, ostras y mejillones, que son lentos pero móviles.
En comparación con los braquiópodos, los bivalvos tienen metabolismos mucho más rápidos y mayores necesidades energéticas, ya que suelen tener cuerpos más robustos y extensiones musculares en forma de pie para excavar y arrastrarse. "Por eso comemos sopa de almejas y no sopa de braquiópodos", explicó Sperling. "Los braquiópodos prácticamente no tienen carne".
Antes de la Gran Extinción, los braquiópodos superaban en número a los bivalvos. Hoy en día, solo existen alrededor de 400 especies de braquiópodos, en comparación con aproximadamente 10.000 a 15.000 especies de bivalvos. Sperling afirmó que este drástico cambio se compara con la extinción de los dinosaurios no aviares hace 65 millones de años, durante la que probablemente sea la extinción masiva más famosa, "en la que los mamíferos esencialmente tomaron el control y nunca más cedieron ese nicho a los reptiles".
Imagen derecha: El autor principal del estudio, J. Andres “Andy” Marquez, realiza experimentos en el Instituto Hakai, que forma parte de la Fundación Tula, con sede en la Columbia Británica, Canadá. (Crédito de la imagen: Erik Sperling)
Patrones mundiales de extinción
Esta nueva investigación se basa en un estudio de 2018 liderado por investigadores de Princeton y Stanford —entre ellos Sperling y Jon Payne, también coautor del nuevo estudio— que halló evidencia que indicaba que la pérdida de oxígeno y el calentamiento de los océanos de la Tierra fueron la causa principal de la Gran Extinción.
Sin embargo, los datos fisiológicos de ese estudio provinieron sólo de especies oceánicas modernas medidas por otros científicos, lo que sesgó los resultados hacia peces y crustáceos económicamente importantes versus los tipos de animales que se extinguieron a tasas más altas durante la extinción masiva.
"En nuestro nuevo estudio, hemos subsanado esta laguna en el conocimiento sobre la fisiología de la fauna paleozoica para ver si podíamos explicar no solo la biogeografía de la extinción, sino también la selectividad taxonómica de la misma", dijo Sperling.
A lo largo de los años transcurridos desde el estudio anterior, se llevó a cabo trabajo de campo para recopilar información sobre los grupos de organismos afectados, incluso en las islas San Juan de Washington, donde los braquiópodos todavía son comunes. Los investigadores recopilaron un conjunto diverso de grupos de animales oceánicos representativos de aquellos que dominaron los océanos antes y después de la Gran Mortandad.
Realizaron experimentos en estaciones de campo y en el laboratorio de Sperling en Stanford para monitorear el consumo de oxígeno de los organismos en una cámara y cómo este variaba con la temperatura del agua. A medida que aumenta la temperatura, las tasas metabólicas de los animales se incrementan, ya que la energía adicional acelera las reacciones y, por lo tanto, requieren más oxígeno.
Los estudios de laboratorio demostraron que la fauna paleozoica puede vivir en aguas con menos oxígeno, en condiciones que asfixiarían a los animales marinos de los grupos modernos. Sin embargo, cuando la temperatura aumenta, el lento metabolismo de la fauna paleozoica no puede seguir el ritmo, y sus necesidades de oxígeno aumentan mucho más rápido que las de la fauna moderna.
Este resultado está relacionado, en última instancia, con sus diferentes planes corporales: la fauna moderna, más activa y atlética, requiere como mínimo más oxígeno, pero cuando aumentan las necesidades de oxígeno (como durante el calentamiento global), tienen los músculos y las branquias necesarios para satisfacerlas.
"El calentamiento global y la pérdida de oxígeno son los principales factores determinantes", afirmó Sperling.
Otras investigaciones también han señalado con fuerza la acidificación de los océanos, mediante la cual las reacciones con el dióxido de carbono atmosférico hacen que el agua del océano sea más ácida, lo que dificulta que los organismos desarrollen sus conchas. Sin embargo, si bien los nuevos hallazgos sugieren que la acidificación pudo haber contribuido a la extinción, no fue ni mucho menos el factor más devastador, añadió Sperling.
El actual calentamiento global
Los investigadores de Stanford planean examinar más grupos de animales marinos para comprender mejor los impactos interrelacionados de los tres factores de estrés: el calentamiento global, la falta de oxígeno y la acidificación, que se están agravando en la actualidad.
Los investigadores destacan que la historia bien podría repetirse, ya que las condiciones cambiantes de los océanos amenazan a las especies modernas que son vulnerables a las aguas más cálidas y con menor contenido de oxígeno.
"La mala noticia es que, según las proyecciones del peor escenario, vamos camino de alcanzar niveles de calentamiento similares a los del Pérmico-Triásico", dijo Sperling.
Las temperaturas aumentaron entre 8 y 12 °C a lo largo de miles de años, provocando la Gran Mortandad, y hoy en día, en tan solo 100 a 200 años, se prevé que las temperaturas sean entre 1,5 y 4 °C más cálidas que en la época preindustrial para el año 2100.
"Pero la buena noticia es que todavía estamos en un punto en el que podemos cambiar las cosas y hacer algo al respecto".
El estudio se ha publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences: Differences in physiological tolerance to global warming caused the Permian–Triassic transition between the Paleozoic and Modern faunas
