El aumento de oxígeno desaceleró antiguas extinciones masivas

Un nuevo estudio de la Universidad Stanford ha demostrado que hace entre unos 540 y 440 millones de años las extinciones masivas se ralentizaron como consecuencia del aumento de los niveles de oxígeno. Los investigadores han llegado a la conclusión de que por debajo del 40% del umbral de oxígeno atmosférico que la Tierra tiene en la actualidad aumentaría considerablemente la mortalidad de especies marinas.

Restos del Paleozoico

Restos del Paleozoico

Fósiles de braquiópodos y crinoideos hallados en estratos datados del Ordovícico tardío (hace unos 445 millones de años) en la formación de  Ellis Bay, en Québec, Canadá.

Foto: Cortesía de Seth Finnegan.

Tras la aparición de las primeras formas de vida hace aproximadamente unos 3.500 millones de años, la Tierra ha sufrido hasta cinco grandes extinciones masivas. Pero más allá de estos acontecimientos largamente estudiados, otros episodios de grandes extinciones también podrían arrojar nueva luz sobre el pasado y el futuro de la vida en nuestro planeta. Uno de ellos se produjo poco después de la aparición de las primeras formas de vida complejas, decenas de millones de años antes de la primera de las cinco grandes extinciones.

En aquel momento, los océanos del mundo se vieron afectados por una serie de episodios de alta mortalidad de especies marinas, un fenómeno que se ralentizó inexplicablemente poco después. Este capítulo ha desconcertado durante décadas a la comunidad científica, incapaz de entender qué pudo causar esos fenómenos de grandes extinciones, y, sobre todo, qué factor podría explicar por qué estos se desaceleraron posteriormente.

Las extinciones se agravarían por debajo del 40% de los actuales niveles de oxígeno atmosférico, según las conclusiones de los científicos.

Ahora, un nuevo estudio dirigido por la Universidad Stanford ha demostrado que los niveles de oxígeno podrían tener algo que ver con aquellos fenómenos. Los resultados, publicados recientemente en la revista especializada Proceedings of the National Academy of Sciences, han llegado a la conclusión de que el 40% de los actuales niveles de oxígeno sería el umbral a partir del cual se expandiría el hábitat oceánico viable.

Cinco grados de calentamiento serían suficientes para desencadenar grandes extinciones

El nuevo estudio revela que incluso cinco grados de calentamiento -un escenario extremo para nuestro clima actual, pero común en el pasado geológico de la Tierra- serían más que suficientes para desencadenar extinciones masivas hace entre unos 540 y 440 millones de años.

El equipo científico investigó los episodios de extinciones masivas producidas en los períodos Cámbrico y Ordovícico (hace entre unos 541 y unos 444 millones de años)."Tras estos períodos, las tasas de extinción disminuyeron, y a partir de allí los episodios de extinción intensa se limitan principalmente los llamados "cinco grandes" sucesos masivos, incluidas las extinciones del Pérmico (hace unos 210 millones de años), y del Cretácico (la que acabó con los dinosaurios, hace unos 65 millones de años), explica el autor principal del estudio, Richard Stockey, estudiante de doctorado en ciencias geológicas de Stanford, a National Geographic España a través del correo electrónico.

Rocas sedimentarias

Rocas sedimentarias

Estas rocas sedimentarias calizas  del Ordovícico medio de Ibex, Utah, incluyen calizas fosilíferas. Su estudio es fundamental para reconstruir las tendencias de extinción en el pasado geológico.

Foto: cortesía de Richard Stockey.

Según los investigadores, esto se debe a que, en un mundo con muy poco oxígeno, los animales marinos ya estaban al límite de su capacidad para respirar y mantener su temperatura corporal. El hallazgo, afirman los científicos, podría ayudar a entender cómo podría afectar a las criaturas marinas el aumento de la temperatura del agua como consecuencia del cambio climático.

Océanos virtuales

Según explica Erik Sperling, profesor asistente de ciencias geológicas de la Escuela de la Tierra, Energía y Ciencias Medioambientales de la Universidad Stanford y coautor del estudio, los investigadores llegaron a esta conclusión usando modelos matemáticos del clima del planeta que les permitieron simular las temperaturas del agua del mar y la cantidad de oxígeno que se disolvió en el océano a medida que el CO2 y el oxígeno atmosférico fluctuaba. Después combinaron estas simulaciones con modelos matemáticos de las interacciones entre la fisiología de los animales y los entornos locales, y realizaron estimaciones de qué tipos de animales marinos sucumbirían por cada 5 grados centígrados de calentamiento oceánico.

Técnica de respirometría

Técnica de respirometría

Los científicos realizaron experimentos de respirometría en animales marinos modernos (incluyendo vieiras parecidas a las de la imagen), para comparar los efectos de la falta de oxígeno en la fauna marina.

Foto: Andrés Márquez

Esta técnica científica permitió a los autores poblar los océanos virtuales con simulaciones de organismos y para luego aumentar el calor para ver quién sobrevivía. "Se trata de un enorme avance en el ámbito de la computación que nos permite obtener modelos totalmente tridimensionales y observar el agua que circula por los continentes", explica Sperling.

Dos amenazas paralelas

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. En concreto, la investigación desveló hasta qué punto la escasez de oxígeno dificultaba la capacidad de los animales para adaptarse a las temperaturas al alza. Y es que, a medida que los océanos se calientan, su contenido de oxígeno disminuye, mientras que la necesidad de oxigenación de las criaturas marinas aumenta. Un hecho que afecta especialmente a los animales de sangre fría, que dependen del entorno exterior para regular la temperatura corporal y el metabolismo.

"La combinación de la ausencia de oxígeno y los cambios de temperatura son los grandes asesinos de la fauna marina"

El estudio refuerza los hallazgos anteriores del grupo de Sperling que subrayan que el oxígeno y la temperatura como factores interconectados que nos permiten entender los patrones de extinción y supervivencia en los océanos en el pasado. "El registro geológico y paleontológico nos dice una y otra vez que la combinación de la ausencia de oxígeno y los cambios de temperatura son los grandes asesinos de la fauna marina", afirma el investigador.

¿Qué efectos tendría un episodio de calentamiento tan profundo en la época actual?, preguntamos a Stockey. "Un calentamiento de cinco grados centígrados tendría un impacto dramático en los ecosistemas marinos actuales. De hecho, cinco grados es un calentamiento mayor que el previsto en los escenarios de cambio climático antropogénico, que se prevé causen estragos en la vida marina -explica el científico-. Nuestros estudios demostraron que durante el Fanerozoico temprano, cuando los niveles de oxígeno atmosférico eran más bajos que en la actualidad, cualquier episodio de calentamiento se traducía en un impacto aún más severo en la fauna marina".

¿Qué ecosistemas sufrirían más en nuestros días? Las regiones oceánicas que tienen niveles bajos de oxígeno, como las aguas más profundas del margen continental de la costa de California, señalan los autores del estudio, un lugar en el que cualquier descenso adicional del oxígeno o cambio de temperatura puede ser catastrófico para los organismos que ya están al límite de su capacidad aeróbica.

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