¿Qué causó la mayor extinción masiva en la Tierra? ¿Acaso vendrá otra vez?

La evidencia en la escena del crimen es abundante y global: Los restos fósiles muestran que en algún momento hace alrededor de 252 millones años, alrededor del 90 por ciento de todas las especies de la Tierra fueron súbitamente aniquiladas, la mayor de las extinciones masivas conocidas en este planeta. Pero encontrar a los culpables de ésto ha sido controvertido y se han presentado muchas dificultades. Ahora, un equipo de investigadores del MIT puede haber encontrado pruebas suficientes para condenar a los culpables, pero usted necesita un microscopio para ver a los asesinos.

Archaea (Methanosarcina sp.) SEM

Micrografía electrónica de barrido de Archaea Methanosarcina, una arqueobacteria extremófila que puede vivir en condiciones límites que serían muy nocivas para otras formas de vida, es la única arqueobacteria metanógena anaerobia que usa las tres vías metabólicas conocidas para producir metano, y que experimenta cambios morfológicos importantes durante su crecimiento, que implican formas unicelulares y multicelulares. Anteriormente se creía que la causa de la extinción de más del 90% de la vida en el Pérmico-Triásico, una de las más grandes extinciones masivas en la historia de la Tierra, pudo deberse a la actividad volcánica, el cambio climático global, o el impacto de un asteroide. El nuevo estudio ha encontrado evidencias concluyentes que Methanosarcina, que ya vivía hace 252 millones de años, adquirió la capacidad genética de consumir carbono orgánico, que unido al aumento del niquel volcánico, otro factor de su crecimiento, hizo que iniciara una reproducción mucho más explosiva que un factor exponencial, en condiciones de concentración de dióxido de carbono muy semejantes a las concentraciones actuales en el siglo XXI. La exagerada producción y veloz aumento de la concentración de metano, que a la vez habría sido descompuesto por otros organismos en dióxido de carbono, aumentó aún más la concentración atmosférica de dióxido de carbono. La acumulación de estos dos gases provocó la rápida disminución de la concentración de oxígeno, y el mayor aumento de la acidez en los océanos, acentuando el incremento de la temperatura global y un severo cambio climático en el planeta, colateralmente bacterias anaerobias en las profundidades océanicas liberaron masivamente hacia la atmósfera el gas sulfuro de hidrógeno que destruyó la capa de ozono dando lugar al aumento de la radiación ultravioleta, sometiendo así a toda la vida en la Tierra a un estrés de muerte, que causó la desaparición del 95% de la vida en los océanos y el 75% de la vida terrestre.

Esta nueva investigación sugiere que no fueron los asteroides, los volcanes, o los cíclicos cambios climáticos, los que causaron la mas grande masacre de la biósfera jamás nunca soportada por la Tierra. Eran más bien una forma de vida microscópica, invisible a simple vista, las bacterias del género de las arqueas productoras de metano llamadas Methanosarcina las que florecieron de una manera super explosiva en los océanos, liberando enormes cantidades de metano a la atmósfera y cambiando radicalmente el clima y la química de los océanos. El metano es el gas de mayor efecto invernadero en la atmósfera terrestre.

Los volcanes, por supuesto, no están del todo exentos en estos eventos de acuerdo a este nuevo escenario; simplemente han sido reconsiderados como co-autores involuntarios en la masacre. La razón del repentina crecimiento explosivo de los microbios, según muestra la evidencia, puede haber sido su recién adquirida capacidad de utilizar una rica fuente de carbono orgánico, con la ayuda de una afluencia súbita de un nutriente requerido para su crecimiento: el elemento níquel, emitida por vulcanismo masivo en ese preciso momento.

La nueva solución a este misterio se publica esta semana en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) por Daniel Rothman, profesor de Geofísica en el MIT, el postdoctoral Gregorio Fournier, y otros cinco investigadores del MIT y del Programa Nacional de Investigación Básica de China.

Los investigadores han encontrado tres conjuntos independientes de evidencias. En primer lugar, la evidencia Geoquímica muestra un aumento exponencial (o incluso más rápido) de dióxido de carbono en los océanos en el momento de la llamada extinción de finales del Pérmico. En segundo lugar, la evidencia Genética muestra un cambio de genes causado por intercambio de plásmidos (secuencias cortas de genes con información específica liberados al entorno celular) con otras bacterias en Methanosarcina en ese momento, lo que le permitió convertirse en un importante productor de metano a partir de una acumulación de carbono orgánico en el agua. Finalmente, los sedimentos muestran un aumento repentino en la cantidad de níquel depositado exactamente en este momento (sobretodo por las erupciones volcánicas de Siberia en ese período) un elemento muy importante para el desarrollo y reproducción óptima de Methanosarcina.

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Según el Programa Internacional Geósfera-Biósfera (IGBP) sobre el cambio climático global, luego de una investigación científica que finalizó con un informe de 14 de noviembre 2013, que confirma un aumento en la acidificación de los océanos de 26% desde la revolución industrial hasta el presente. Los mismos estudios han proyectado para el 2100 un aumento de 170% de acidificación océanica, causado por el dióxido de carbono antropogénico. Los expertos concluyen además que los ecosistemas marinos y la biodiversidad se predisponen a cambiar, como resultado de la acidificación de los océanos, con consecuencias de gran alcance para la sociedad. La acidificación del océano es provocada directamente por las emisiones de dióxido de carbono de la actividad humana en la atmósfera, las que terminan en el océano. El legado histórico de las emisiones de los combustibles fósiles en la acidificación del océano se hará sentir durante siglos.

Los depósitos de carbono muestran que algo causó un repunte significativo en la cantidad de gases que contienen carbono -dióxido de carbono o metano- producido en el momento de la extinción masiva. Algunos investigadores han sugerido que estos gases podrían haber sido producidos por las erupciones volcánicas que dieron lugar a grandes emisiones de basalto siberiano, una gran formación de roca volcánica producida por erupciones en extensos registros geológicos de la Tierra. Pero los cálculos del equipo MIT han mostrado que estas erupciones no eran lo suficientemente importantes para explicar el carbono observado en los sedimentos. Aún más importante, los cambios observados en la cantidad de carbono en el tiempo no se ajustan al modelo volcánico.

“Una inyección inicial rápida de dióxido de carbono volcánico sería seguido por una disminución gradual de la misma “, dice Fournier. “En cambio, aquí vemos lo contrario: un aumento rápido y constante”.

“Eso sugiere una expansión microbiana de una especie particular”, añade: El crecimiento de las poblaciones microbianas es de los pocos fenómenos capaces de aumentar la producción de carbono de manera exponencial, o incluso mucho más rápido.

Ahí es donde el análisis genómico puede ayudar: Resulta que Methanosarcina había adquirido un medio particularmente rápido de formar metano, a través de la transferencia de genes de otro microbio, y el mapeo genómico detallado muestra ahora que esta transferencia ocurrió alrededor de la época de la extinción a finales del Pérmico. Dadas las adecuadas condiciones, esta adquisición genética preparó el escenario para que el microbio adquiera una etapa de crecimiento espectacular, con un rápido consumo de una gran reserva de carbono orgánico en los sedimentos oceánicos .

Pero hay una pieza final del rompecabezas: Esos organismos no habrían sido capaces de proliferar tan prodigiosamente si no hubiesen tenido la suficiente cantidad de nutrientes minerales adecuados para apoyarlos. Para este microbio en particular, el nutriente limitante es el níquel -que, en un nuevo análisis de sedimentos en China se demostró que aumentó dramáticamente después de las erupciones de Siberia (que ya se sabe que han producido algunos de los depósitos más grandes del mundo en níquel). Ésto proporcionó el combustible para el crecimiento ultra explosivo de Methanosarcina.

La repentina y espectacular producción de metano habría incrementado los niveles de dióxido de carbono en los océanos, lo que resultó en la acidificación océanica -similar a la acidificación de los océanos pronosticada por el cambio climático inducido por el hombre en la actualidad. La evidencia independiente sugiere que los organismos marinos con conchas fuertemente calcificados fueron eliminados preferentemente durante la extinción de finales del Pérmico, que es consistente con la acidificación océanica.

“Mucho de esto se basa en el análisis de isótopos de carbono”, dice Rothman, que es una excepcional, fuerte y clara prueba en esta parte del registro geológico. “Si no hubiera sido una señal tan inusual, sería más difícil de eliminar otras posibilidades”.

John Hayes, investigador del Instituto Oceanográfico Woods Hole, que no participó en la investigación, dice que esta obra es “una notable combinación de Física, Bioquímica y Geoquímica. Esto surge de muchos años de trabajo excepcional y paciente, que han proporcionado una escala de tiempo muy refinada para los eventos que acompañaron a la más severa extinción de la biósfera soportada por la Tierra a través de todas las eras”.

La investigación fue financiada por la NASA, la National Science Foundation, la Fundación de Ciencias Naturales de China, y el Programa Nacional de Investigación Básica de China.

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