Las Causas y Consecuencias

Las extinciones de especies: (1) Las causas. En la Historia Natural se definen 5 grandes extinciones: hace 440 Ma (millones de años); 370 Ma, 245 Ma, 210 Ma y 65 Ma. Ocurrieron otras de menor magnitud y no fueron globales. Respectivamente, se perdieron el 25%, 19%, 54%, 23% y 17% de las familias (grupos de géneros-especies) existentes. La tercera (Pérmico, 245 Ma) fue la más extensa y la última (Cretácico, 65 Ma) la más famosa (incluye la extinción de los dinosaurios excepto las aves). Las causas de las extinciones en masa son varias y actuando en conjunto. <<< >>> (1) Eventos del espacio. Se sugirió que la explosión de biodiversidad marina de hace 471 Ma (explosión del Ordovícico) fue causada por la caída de rocas espaciales. Se pensaba que impulsó la evolución al trastornar los ecosistemas y abrir nuevos nichos ecológicos. Pero hoy se sabe que los meteoritos ocurrieron 3 Ma más tarde (468 Ma). <<<< >>> (2) El vulcanismo. Los volcanes aumentan las emisiones de CO2 con un profundo impacto en el clima global, causando la extinción masiva y la ralentización en la recuperación de la vida. Los volcanes emiten gases de mercurio, que se extienden globalmente, antes de ser depositados en los sedimentos. <<< >>> En 1815 la erupción del Monte Tambora (Indonesia) superó en 10 veces la fuerza de Krakatoa (1883). Arrojó suficiente ceniza volcánica, polvo y residuos a la atmósfera como para arruinar las cosechas y desencadenar hambrunas en las costas del Pacífico Norte. El desastre mató a 90.000 personas por inanición. La temperatura media global se redujo en 0,4-0,7 °C. En Bengala, fueron 3 años de cielos envueltos en un velo de sulfato que impidieron los monzones. Se difundió una nueva cepa del cólera, lo que provocó una epidemia mundial. En Suiza, llovió 130 de 153 días entre abril y agosto. <<< >>> Hay una población de 5.000 parejas de Pingüino Papúa (Pygoscelis papua) en la Isla Ardley (Península Antártica). Cuando se estudió el guano acumulado en capas se encontró que la colonia estuvo cerca de la extinción en varias ocasiones debido a la caída de cenizas de un volcán vecino. El clima fue favorable en los últimos 7.000 años, pero un volcán en la Isla Decepción tuvo un impacto dramático. Se estimó las cifras de población durante 7.000 años y en al menos 3 ocasiones una población similar a la actual fue casi eliminada en forma local por erupciones. Les llevó 400-800 años restablecer en forma sostenible la población de pingüinos. <<< >>> En la isla Zavodovski (Sándwich del Sur), hay más de 1 millón de Pingüinos Barbijo (Pygoscelis antarctica), sobre un total de 8 millones. Una erupción volcánica en el Pacífico Sur llevó cenizas hasta la zona de cría. Estos pingüinos se alimentan en el mar desde marzo hasta noviembre, y regresan a sus colonias para reproducirse. La erupción se inició en marzo y algunos pingüinos rezagados no tenían la muda de plumas completada y no fueron capaces de salir de la isla. <<< >>> 3) Las fluctuaciones de carbono. Una recopilación sobre la geoquímica identificó 31 eventos en 542 Ma en los que se produjo un cambio significativo en el ciclo de carbono (medido como concentración atmosférica de CO2). Se analizó la abundancia relativa de los 2 isótopos del carbono (C-12 y C-13). La tasa crítica de carbono que produce una extinción en masa se correlaciona con el proceso en bucle entre fotosíntesis y respiración. Existe una fuga de carbono en este ciclo que corresponde al carbono que se entierra en el fondo del océano. Hay procesos que pueden llevar el ciclo del carbono a un territorio inestable. Existe un umbral en 10.000 años donde, para cambios rápidos importa la cantidad de carbono agregado al ciclo. Para cambios lentos importa la velocidad a la que se agrega carbono y no el volumen. <<< >>> En el Carbonífero-Pérmico, cuando morían los bosques el carbono era enterrado y convertido en carbón. La concentración de CO2 debió disminuir y enfriar el planeta. Las estimaciones basadas en suelos antiguos y hojas fósiles muestran que el CO2 descendió debajo de 100 ppm. Una glaciación global ocurre cuando cae por debajo de 40 ppm. <<< >>> En el Eoceno (56-34 Ma) los primeros 10 Ma fueron muy cálidos, los caimanes llegaban al ártico y las palmeras estaban en la Antártida. En sedimentos marinos profundos en Nigeria se estudiaron los isótopos de carbono y oxígeno en las conchas marinas. Estos registros bióticos muestran que los organismos se extinguían en la medida que el clima se calentaba. Los foraminíferos del plancton marino registran la composición química del agua de mar en sus conchas. Con esto se calcula el nivel de acidez del océano y desde allí el CO2 en la atmósfera. Al final del período el planeta se enfrió y la Antártida tomó una capa de hielo debido a una reducción del CO2 de 1.400 ppm a 770 ppm. La temperatura se midió con otros “proxys” diferentes, como las hojas fosilizadas o los microfósiles marinos, contabilizado los cambios en la vegetación, la posición de los continentes, y la falta de placas de hielo. Esto entregó un valor de sensibilidad climática de 2,1 y 4,6 °C por cada duplicación del CO2. Para el siglo 21 se calculó un aumento similar de 1,5 a 4,5 °C para la duplicación de CO2. <<< >>> (4) Las especies exóticas. El estudio de 247 especies extintas desde 1500 entregó que las especies invasoras son la segunda amenaza más común asociado con las pérdidas, detrás de la caza, la pesca y la cosecha. Para anfibios, mamíferos y reptiles, las especies invasoras son la primera amenaza. Pocas especies son los principales culpables (gatos, ratas y cabras) junto con microorganismos. El 86% de las extinciones por invasoras fue en islas, sobre poblaciones pequeñas y poco adaptadas a cambios. En los continentes las extinciones son rara vez son causados por especies introducidas. <<< >>> (5) El tamaño de las poblaciones. Cuando se expusieron Moscas de la Fruta al olor de su depredador Mantis Religiosa, se encontró que el riesgo de extinción aumentó hasta 7 veces. El mayor riesgo ocurrió en poblaciones pequeñas donde las moscas pasaron más tiempo vigilando y menos comiendo. A medida que las poblaciones de moscas disminuyen, los depredadores deben cambiar el alimento, pero si el olor es suficiente el declive continúa. Entonces, aun quitando el olor la población de moscas no se repone. El tamaño de la población genera la “dependencia de la densidad”. A medida que aumenta la población, la competencia aumenta, y el éxito reproductivo y supervivencia disminuyen. Se podría suponer que lo contrario también sería cierto. Es decir, que las poblaciones más pequeñas tendrían las tasas vitales (o de crecimiento) más altas. Sin embargo, en algunos casos sucede lo contrario y las poblaciones pequeñas tienen las tasas vitales más bajas. Las causas (efecto Allee) se atribuyeron a parámetros intrínsecos: dificultad para encontrar un compañero, endogamia o disfunción social en poblaciones pequeñas. <<< >>> (6) La fluctuación de minerales. Un estudio analizó el zinc, cobre, manganeso y selenio contenido en los océanos. Concluyó que la concentración de minerales coincidía con la productividad. Una alta concentración ocurre durante la explosión del Cámbrico. También la caída se correlaciona con las extinciones. Por ejemplo, en las 5 extinciones los niveles de selenio en el océano cayeron 2 órdenes de magnitud respecto de los niveles actuales. Una causa es el aumento de oxígeno que produjo la oxidación de los minerales en el suelo y se lavaron hacia el océano. Otra causa es que la actividad tectónica arrojaba más sedimentos ricos en minerales en el océano. El agotamiento de selenio comienza millones de años antes de una extinción masiva. <<< >>> (7) La biodiversidad reducida. El análisis de diversidad de helechos durante 400 Ma (datos fósiles y ADN de especies vivientes), entregó la diversidad comparada con otras plantas; el ambiente; la deriva continental y el cambio climático. Se encontró que los cambios ambientales influyeron en las extinciones, pero no en el origen de una explosión de diversidad posterior. La explosión de helechos se aceleró cuando la diversidad es baja después de una extinción. Una extinción en masa puede estar favorecida cuando hay baja diversidad. <<< >>>
Las extinciones de especies: (2) las causas actuales. Nunca ocurrió la pérdida total de la vida, pero las extinciones parciales eliminan “enciclopedias genéticas” que tardaron millones de años en evolucionar y por eso la recuperación es lenta. Otro problema es la desaparición de eslabones en la cadena trófica (de un eslabón a otro pasa solo el 10% de la energía). Por orden de impacto las causas conocidas de la pérdida actual de especies son: destrucción de los hábitats (agricultura y deforestación); especies invasoras; contaminación; superpoblación humana y sobreexplotación de los recursos naturales (caza, pesca y minería). Una causa importante es la desestabilización de la cadena trófica. <<< >>> Se identificaron 6 umbrales en la trayectoria de extinción de las plantas: (1) las plantas mueren más rápido de lo que pueden ser sustituidas; (2) las plantas desaparecen de algunas localidades, pero el potencial permanece en semillas o esporas; (3) se pierden las plantas individuales y semillas o esporas en esas localidades; (4) Las plantas o semillas, están en extinción localizada; (5) Los últimos lugares de albergue pierden sus plantas individuales, pero hay semillas o esporas en el suelo; (6) La especie se perdió en la naturaleza, sin individuos, semillas o esperas y los únicos sobrevivientes están en colecciones botánicas. <<< >> Mucho antes de que las especies se extingan, su rareza puede provocar profundos cambios en el ecosistema. La rareza puede ser suficiente para impulsar los cambios permanentes en la biosfera. La ecología indica que los ecosistemas pueden colapsar en escalas de tiempo desde 100 a 10.000 años, un proceso que no se conserva en el registro fósil. Se dice que los océanos están llenos de “fantasmas” ecológicos, especies muy raras pero que aún no son fósiles. <<< >>> Desde un punto de vista estadístico, las especies se extinguieron en su totalidad. Hoy vive una fracción casi insignificante de todas las especies generadas por la evolución natural. ¿Cuántas especies existen hoy día? La respuesta es difícil e imprecisa. Un estudio que extrapola desde datos conocidos entregó 8,7 millones de especies eucariotas (compuestas de células con núcleo), con error de 1,3 millones. Donde solo 1,2 millones fueron catalogados en 250 años de historia de la clasificación taxonómica. Falta aún el 86% de especies terrestres y 91% de las marinas. <<< >>> La base de datos de paleobiología posee datos de casi 100.000 colecciones de fósiles. Se estudiaron 20.181 géneros de animales marinos de 50 períodos de tiempo. Se encontró que es imposible predecir lo que sucederá con la biodiversidad luego de una gran extinción, puesto que es imposible predecir que grupos desaparecerán. Una gran diversidad dentro de un grupo no garantiza la supervivencia posterior. <<< >>>
Las extinciones de especies: (3) la resistencia a la extinción. La especie Tardigrade es un candidato que sobrevivir a las extinciones en masa. Puede soportar la deshidratación completa y resucitar cuando hay agua disponible. Sobrevivieron a 30 años sin comida ni agua. Además de desecados, fueron congelados en hielo, expuestos a radiación, soportaron temperaturas de 150 °C, las presiones del mar profundo e incluso el vacío congelado del espacio. Vive en el agua hasta 60 años, y crece hasta 0,5 mm. No tenemos fósiles, pero el genoma dice que son parientes de los artrópodos (insectos, arañas y sus aliados) y nematodos (gusanos redondos). Se identificaron los genes que le dan la resistencia a la desecación. Hay un conjunto de proteínas que parecen reemplazar el agua ayudando a preservar la estructura microscópica. Otras proteínas parecen proteger el ADN para sobrevivir a la radiación. <<< >>> En momentos de extinciones, las células bacterianas crecen una cáscara dura y se convierten en esporas latentes. Su metabolismo se reduce hasta el punto en que bien podría estar muerto, lo que significa que no tienen manera de reparar el daño que el tiempo de exposición a la radiación ambiental harán a su ADN. En condiciones ideales (frío y seco) el ADN tiene una vida media de 160.000 años (la mitad del ADN queda degradado). No quedan cromosomas intactos después de millones de años. Como estrategia de supervivencia las células con forma de varilla se compactan en formas pequeñas y esféricas, que necesitan menos energía y mejora la proporción de absorción de nutrientes. Los microbios atrapados en el hielo aprovechan las condiciones físicas de solidificación. Cuando el agua se congela, las impurezas se expulsan hacia afuera de los cristales de hielo en pequeñas bolsas de salmuera que permanecen líquidas hasta -15 °C. Al igual que las algas en los cristales de sal, los nutrientes concentrados podrían permitir a las células en el hielo sobrevivir al borde de la inanición. Se encontraron condiciones en el lodo debajo del fondo del mar, donde las células sobreviven enterradas durante millones de años. La energía disponible es apenas suficiente para llevar a cabo reparaciones básicas, sin reproducirse. <<< >>> Cuando se estudiaron cristales de sal en un núcleo de sedimento del Valle de la Muerte (California), se observó que contenían pequeñas bolsas de líquido. En ese ambiente de 22.000-34.000 años podían crecer colonias vivas de Archeaea. Un reporte señala un caso similar con 250 Ma de antigüedad, aunque los resultados fueron puestos en duda porque los cristales de sal podrían haberse disuelto y recristalizado, atrapando microbios más modernos. En el caso del Valle de la Muerte, los microbios son tan antiguos como el cristal. Lograron mantenerse con vida porque el cristal contenía células muertas de un alga (Dunaliella). Como contienen altas concentraciones de glicerol se había filtrado fuera de las células, y las arqueas vivían del glicerol. Se calculó que una sola célula de Dunaliella contiene glicerol para satisfacer las necesidades mínimas de una archaean durante 12 Ma. <<< >>> Un estudio analizó el ADN microbiano obtenido debajo del fondo marino, donde algunas bacterias fueron enterradas hace 5000 años. El ADN recuperado fue muy similar al ADN microbiano actual, sin pruebas de evolución. Otro estudio analizó crustáceos Daphnia (plancton de agua dulce). Sus huevos se asientan en el suelo y los que no eclosionan se entierran en el fango. Así que la eclosión de los antiguos huevos ayuda a recuperar animales antiguos de hasta 600 a 700 años. La comparación entre Daphnia antes de los colonos europeos y los actuales muestra como el uso de fertilizantes llevó al aumento de nutrientes en los lagos, y como los crustáceos evolucionaron una respuesta. Los Daphnia antiguos tenían la particularidad de acumular el fósforo porque era raro, los actuales han perdido esta capacidad. Cuando se enfrentaron ambas generaciones a las mismas condiciones, las modernas superaron a las antiguas. Puede ser que los huevos antiguos eran de mala calidad; después de todo, no pudieron eclosionar. Se cree que las bacterias bloqueadas en hielo puedan revivir cuando el hielo se derrita. Algunos piensan que la velocidad de la evolución se acelera después de una edad del hielo por el acceso a nuevo material genético. <<< >>>

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