Esporas normales y malformadas del este de Groenlandia. Crédito:John Marshall
Investigadores de la Universidad de Southampton han demostrado que un evento de extinción hace 360 millones de años, que mató a gran parte de la vida vegetal y acuática de agua dulce de la Tierra, fue causado por una breve ruptura de la capa de ozono que protege a la Tierra de la dañina radiación ultravioleta (UV). Este es un mecanismo de extinción recientemente descubierto con profundas implicaciones para el calentamiento del mundo actual.
Ha habido una serie de extinciones masivas en el pasado geológico. Solo uno fue causado por un asteroide que golpeó la Tierra, que fue hace 66 millones de años cuando los dinosaurios se extinguieron. Tres de los otros, incluyendo el final Permian Great Dying, Hace 252 millones de años, fueron causadas por enormes erupciones volcánicas a escala continental que desestabilizaron las atmósferas y los océanos de la Tierra.
Ahora, Los científicos han encontrado evidencia que muestra que fueron los altos niveles de radiación ultravioleta los que colapsaron los ecosistemas forestales y mataron a muchas especies de peces y tetrápodos (nuestros antepasados de cuatro extremidades) al final del período geológico Devónico. Hace 359 millones de años. Este estallido dañino de radiación ultravioleta se produjo como parte de uno de los ciclos climáticos de la Tierra, en lugar de ser causado por una enorme erupción volcánica.
El colapso del ozono se produjo cuando el clima se calentó rápidamente después de una intensa edad de hielo y los investigadores sugieren que la Tierra hoy podría alcanzar temperaturas comparables. posiblemente desencadenando un evento similar. Sus hallazgos se publican en la revista Avances de la ciencia .
El equipo recolectó muestras de rocas durante las expediciones a las regiones polares montañosas del este de Groenlandia. que una vez formó un enorme lecho de lago antiguo en el árido interior del Viejo Continente de Arenisca Roja, compuesto por Europa y América del Norte. Este lago estaba situado en el hemisferio sur de la Tierra y habría sido de naturaleza similar al actual lago Chad en el borde del desierto del Sahara.
Se recolectaron otras rocas de las montañas andinas sobre el lago Titicaca en Bolivia. Estas muestras sudamericanas eran del continente sur de Gondwana, que estaba más cerca del Polo Sur Devónico. Tenían pistas sobre lo que estaba sucediendo al borde de la capa de hielo del Devónico que se estaba derritiendo, permitiendo una comparación entre el evento de extinción cerca del polo y cerca del ecuador.
De vuelta en el laboratorio las rocas se disolvieron en ácido fluorhídrico, liberando esporas de plantas microscópicas (como polen, sino de plantas parecidas a helechos que no tenían semillas ni flores) que se habían conservado durante cientos de millones de años. En examen microscópico, los científicos descubrieron que muchas de las esporas tenían espinas formadas de manera extraña en su superficie, una respuesta a la radiación ultravioleta que dañaba su ADN. También, muchas esporas tenían paredes pigmentadas oscuras, se cree que es una especie de 'bronceado' protector, debido al aumento y los niveles de rayos ultravioleta dañinos.
Los científicos concluyeron que, durante una época de rápido calentamiento global, la capa de ozono colapsó por un período corto, exponer la vida en la Tierra a niveles dañinos de radiación ultravioleta y desencadenar un evento de extinción masiva en la tierra y en aguas poco profundas en el límite Devónico-Carbonífero.
Prof John Marshall (izquierda), tomando muestras en Spitsbergen. Crédito:Sarah Wallace-Johnson
Tras el derretimiento de las capas de hielo, el clima era muy calido, con el aumento de calor sobre los continentes empujando más químicos que destruyen el ozono generado naturalmente a la atmósfera superior. Esto permitió la entrada de altos niveles de radiación UV-B durante varios miles de años.
El investigador principal, el profesor John Marshall, de la Facultad de Ciencias Oceánicas y Terrestres de la Universidad de Southampton, que es un explorador de National Geographic, comenta:"Nuestro escudo de ozono desapareció por un corto tiempo en este período antiguo, coincidiendo con un breve y rápido calentamiento de la Tierra. Nuestra capa de ozono se encuentra naturalmente en un estado de cambio, que se crea y se pierde constantemente, y hemos demostrado que esto también sucedió en el pasado. sin un catalizador como una erupción volcánica a escala continental ".
Durante la extinción, las plantas sobrevivieron selectivamente, pero se vieron enormemente perturbados por el colapso del ecosistema forestal. El grupo dominante de peces blindados se extinguió. Los que sobrevivieron, tiburones y peces óseos, siguen siendo hasta el día de hoy los peces dominantes en nuestros ecosistemas.
Estas extinciones se produjeron en un momento clave para la evolución de nuestros propios antepasados, los tetrápodos. Estos primeros tetrápodos son peces que evolucionaron para tener extremidades en lugar de aletas, pero aún vivía mayoritariamente en el agua. Sus extremidades poseían muchos dedos de manos y pies. La extinción restableció la dirección de su evolución con los supervivientes posteriores a la extinción siendo terrestres y con el número de dedos de manos y pies reducido a cinco.
Caricatura que muestra los procesos de hipótesis que llevaron a la degradación del ozono y la extinción de plantas. Las altas temperaturas del verano continental (A) provocan un mayor transporte de vapor de agua hacia la estratosfera junto con los fluorocarbonos naturales. Estos fluorocarbonos promueven catalíticamente la descomposición del ozono (B), lo que lleva a un aumento de la radiación UV-B que llega a la superficie de la Tierra. Esta radiación UV-B (C) daña el ADN de las células de las esporas y el polen antes de que puedan formar la capa protectora resistente de la pared exterior que son las partes fósiles que podemos recuperar. El daño del ADN se expresa como daño a las espinas que cubren la pared exterior de las esporas. El daño del ADN también hace que las plantas madre no puedan reproducirse con éxito y se extinguen global o localmente colapsando el ecosistema forestal. El colapso del ecosistema expone los paleosoles debajo del bosque a la erosión y hay un flujo de nutrientes a los océanos. El nivel del mar había aumentado rápidamente tras el colapso de las últimas capas de hielo del Devónico y los mares de la plataforma poco profunda (D) se han desarrollado alrededor de las áreas terrestres del Devónico. La productividad del plancton por las algas prasinofitas fue alta en estos mares de plataforma ricos en nutrientes y con la circulación lenta del agua, las columnas de agua se estratificaron. La capa de agua estratificada inferior carecía de oxígeno y, por lo tanto, conservaba cualquier materia orgánica que cayera a través de ella, y el sedimento del lecho marino tenía un alto contenido de carbono orgánico. Este carbono orgánico, en última instancia, procedía de la fotosíntesis que utilizaba dióxido de carbono atmosférico. Este proceso eliminó el dióxido de carbono de la atmósfera y provocó un enfriamiento global. Entonces, a medida que el ciclo del clima cálido posglacial pasaba por su punto máximo, la capa de ozono podía reconstruirse y las plantas y animales supervivientes se restablecían en ecosistemas muy diferentes. Crédito:Marshall, Lakin, Troth y Wallace-Johnson
El profesor Marshall dice que los hallazgos de su equipo tienen implicaciones sorprendentes para la vida en la Tierra hoy:"Las estimaciones actuales sugieren que alcanzaremos temperaturas globales similares a las de hace 360 millones de años, con la posibilidad de que vuelva a producirse un colapso similar de la capa de ozono, exponer la vida marina superficial y poco profunda a una radiación mortal. Esto nos sacaría del estado actual del cambio climático, a una emergencia climática ".
Los lugares remotos visitados en el este de Groenlandia son de muy difícil acceso, con viajes que involucran aviones ligeros capaces de aterrizar directamente en la tundra. El transporte dentro de la vasta área de campo se realizó mediante botes inflables equipados con motores fuera de borda, todo lo cual tenía que caber en el pequeño avión.
Toda la logística de campo fue organizada por CASP, una fundación benéfica independiente con sede en Cambridge que se especializa en trabajo de campo geológico remoto. Mike Curtis, Managing Director of CASP says:"We have a history of assisting research geologists such as John Marshall and colleagues to access remote field areas and we are particularly pleased that their research has proved to have such potentially profound implications."
