Los pinos se vuelven temporalmente estériles cuando se exponen a una radiación ultravioleta tan intensa como algunos científicos creen que experimentó la Tierra hace 252 millones de años durante la extinción masiva más grande del planeta. apoyando la teoría de que el agotamiento del ozono contribuyó a la crisis.

El efecto de los rayos ultravioleta altos en las coníferas y potencialmente en otros árboles también sugiere precaución hoy en día al introducir sustancias químicas que agotan la capa de ozono de la Tierra. que aún no se ha recuperado después de una prohibición mundial de los refrigerantes de clorofluorocarbono en la década de 1980, instituida después de que se formaran agujeros de ozono en los polos. Algunos productos químicos industriales también destruyen el ozono atmosférico, que es el protector solar del planeta, protegiendo toda la vida de los rayos ultravioleta excesivos, en particular longitudes de onda UV-B, que causa mutaciones en el ADN.

Resultados del experimento, que fue realizado por la Universidad de California, Jeffrey Benca, estudiante de posgrado de Berkeley, se publicará el 7 de febrero en la revista en línea Avances de la ciencia .

Benca irradió 18 pulgadas de alto, pinos tipo bonsai con dosis de UV-B hasta 13 veces más fuertes que en la Tierra hoy, simulando los efectos del agotamiento del ozono causado por inmensas erupciones volcánicas ocurridas al final del Período Pérmico. Durante el experimento de dos meses, ninguno de los árboles murió, pero todos los conos de semillas, o piñas, encogido solo unos días después de emerger, dejando los árboles estériles.

Cuando se coloca afuera, los árboles recuperaron la capacidad de producir conos de semillas saludables en años posteriores.

Los científicos han propuesto que el agotamiento del ozono causado por erupciones volcánicas periódicas durante casi un millón de años fue una de las causas de la extinción del final del Pérmico. pero cómo no ha quedado claro. La lluvia ácida habría sido un efecto local, pero la extinción de casi el 70 por ciento de los animales terrestres conocidos, El 95 por ciento de la vida marina y muchos linajes de plantas eran globales.

Estudios previos de modelado del paleoclima sugieren que las erupciones volcánicas podrían haber destruido la capa de ozono en todo el mundo. aunque temporalmente. Sin embargo, incluso si los árboles antiguos recuperaran su fertilidad, repetidos episodios de esterilidad podrían haber obstaculizado el crecimiento de la población con el tiempo, conduciendo al colapso de la biosfera en todo el planeta, según Benca.

Colapso de la biosfera a largo plazo

"Durante la crisis del final del Pérmico, los bosques pueden haber desaparecido en parte o totalmente debido al aumento de la exposición a los rayos UV, "Benca dijo." Con pulsos de erupciones volcánicas sucediendo, esperaríamos un debilitamiento del escudo de ozono pulsado, lo que puede haber llevado a la disminución de los bosques previamente observada en el registro fósil ".

"Si interrumpe repetidamente algunos de los linajes de plantas dominantes a nivel mundial, podría desencadenar cascadas tróficas desestabilizando la base de la red alimentaria, que no funciona muy bien con los animales terrestres, "añadió.

Los sorprendentes hallazgos les dicen a los científicos algo sobre extinciones pasadas y las perspectivas futuras de la Tierra como cambio climático, La destrucción del hábitat y la contaminación nos prepararon para la sexta extinción masiva de la Tierra.

"Los paleontólogos han ideado varios escenarios de muerte para extinciones masivas, pero la vida vegetal puede no verse afectada tanto por la muerte repentina como por la interrupción de una parte del ciclo de vida, como la reproducción, por un largo periodo de tiempo, causando que la población disminuya y potencialmente desaparezca, "dijo la coautora Cindy Looy, profesor asociado de biología integrativa de UC Berkeley.

"Las catástrofes de la biodiversidad global no tienen que ver con la muerte, sino con la poda de las ramas evolutivas del árbol de la vida a un ritmo mucho mayor que el brote de nuevos brotes, "añadió el coautor Ivo Duijnstee, profesor asistente adjunto de biología integrativa. "Jeff, quien usó sus cámaras de crecimiento de plantas como una máquina del tiempo para probar el potencial de una hipótesis sobre lo que pudo haber sucedido hace 252 millones de años, proporciona un excelente ejemplo que ilustra cómo la extinción que se desarrolla lentamente en la tierra durante quizás decenas o cientos de miles de años puede haber sido causada por problemas reproductivos en la base de la cadena alimentaria ".

Volcanes siberianos

Se cree que la extinción al final del Pérmico fue causada por erupciones volcánicas en Siberia durante cientos de miles, si no un millón de años, que produjeron lo que se conoce hoy como las Trampas Siberianas:campos de lava que cubren gran parte del norte de Rusia y que originalmente abarcaban casi 3 millones de millas cuadradas con un espesor promedio de aproximadamente 1, 000 pies.

En 2004, Looy y su ex Ph.D. El asesor Henk Visscher propuso una forma en que esto podría haberse desarrollado, Bases en esporas de plantas anormales fosilizadas que se encuentran en todo el mundo:los gases volcánicos (halocarbonos como el cloruro de metilo y el bromuro de metilo) destruyeron gran parte o la totalidad de la capa de ozono de la Tierra. aumentar la exposición a los rayos UV-B que habría afectado la vida y potencialmente aumentado las tasas de mutación genética en el polen y las esporas de las plantas en todo el mundo.

La evidencia de esta hipótesis creció en 2005 cuando un equipo de investigación independiente dirigido por Clinton Foster de Geoscience Australia descubrió granos de polen malformados de plantas de semillas del final del Pérmico. El aumento del porcentaje de polen malformado, que se ve en los hemisferios norte y sur, coincidió con el declive de los bosques a nivel mundial.

Encontrar evidencia de mecanismos de malformación en fósiles de polen de 252 millones de años es imposible, por lo que Looy y otros han buscado otras formas de determinar si el aumento de UV-B interrumpió el ecosistema del final del Pérmico. Benca ideó una serie de experimentos con plantas vivas para probar la hipótesis.

El primer experimento, usando pinos, fue diseñado para descubrir si los altos niveles de UV-B podrían causar granos de polen malformados en las plantas de semillas de hoy en día similares a las descritas por Foster, y si estas malformaciones podrían afectar la reproducción. Exprimir un pino maduro en un laboratorio fue un punto de fricción hasta que Benca encontró una solución novedosa:usar un cultivar enano seleccionado para bonsái que fácilmente produce polen y conos de semillas.

En 2013, transportó en camión 60 pinos clonales enanos a Berkeley desde un vivero de coníferas en Boring, Oregón. Después de aclimatarlos durante un año al aire libre a pleno sol con agua escasa y suelo pobre en nutrientes, condiciones típicas de esta especie alpina, Pinus mugo:realizó un experimento en interiores de 56 días utilizando lámparas que emiten UV-B de alta intensidad.

En tres cámaras UV interiores separadas, Benca expuso los pinos enanos a 7.5, 10 y 13 veces la intensidad UV-B normal de Berkeley, de acuerdo con las estimaciones del impacto que las erupciones de la Trampa siberiana habrían tenido en la capa de ozono si sus emisiones se hubieran producido durante varios períodos de tiempo, que van desde 400, 000 años a menos de 200, 000 años.

En efecto, los pinos producían polen malformado. En las exposiciones medias y extremas, Del 12 al 15 por ciento de los granos de polen estaban deformados, versus 3 por ciento en árboles normales y de baja exposición. El estudio anterior de Foster sugirió que los rendimientos de polen que tienen más del 3 por ciento de granos malformados están asociados con el estrés ambiental en las coníferas modernas. Benca dijo. En total, pasó tres años realizando los experimentos y comparando más de 57, 000 granos de polen producidos por los árboles en las cámaras.

Para asombro de los investigadores, sin embargo, todos los árboles sometidos a mayores niveles de radiación ultravioleta se volvieron estériles. Sus conos de semillas se marchitaron antes de que tuvieran la oportunidad de ser fertilizados. Esto parecía ser una reacción sistémica al estrés UV-B, ya que incluso los conos de semillas escondidos entre el follaje murieron.

"El sistema que usamos fue bastante conservador, ", Dijo Benca." A diferencia de las estructuras portadoras de semillas relativamente desprotegidas de las plantas con semillas del Pérmico final afectadas, los pinos de hoy se han elaborado y muy reforzado, escamas cónicas entrelazadas que protegen sus semillas de los depredadores y del entorno externo. Aún así, estos árboles simplemente abandonaron todos sus conos de semillas. Pinus mugo es una especie alpina que debería ser bastante resistente al aumento de los niveles de radiación ultravioleta ".

"Que el experimento de explosión UV-B de Jeff - algo así como una posibilidad remota calculada - produjo anomalías en el polen en una conífera moderna similares a las anomalías observadas en microfósiles de 252 millones de años fue una de las cosas más emocionantes que he visto en esta década, "Dijo Duijnstee.