Al amanecer de un día de verano en Australia, a una hora en coche de Sidney, trepamos hacia el norte por la base de un acantilado con una misión. Buscábamos rocas que esperábamos que contuvieran pistas sobre el capítulo más oscuro de la historia de nuestro planeta.

En los últimos 4.000 millones de años, la vida en la Tierra ha estado a punto de desaparecer, con acontecimientos catastróficos en los que las especies que se extinguieron fueron más numerosas que las supervivientes. La peor crisis ocurrió hace 252 millones de años, al final del Período Pérmico. Las condiciones de entonces fueron las más sombrías a las que se enfrentaron los animales. Los incendios forestales y la sequía arrasaron la tierra; los océanos se volvieron intolerablemente calientes y asfixiantes.

Muy pocas criaturas podían sobrevivir en este paisaje infernal. Al final se extinguieron más del 70% de las especies terrestres y más del 80% de las oceánicas, lo que llevó a algunos paleontólogos a llamar a este funesto episodio la Gran Mortandad.

Esta calamidad ha quedado grabada en piedra en todo el mundo, pero quizá en ningún lugar con tanta claridad como en las costas rocosas del este de Australia. A media mañana habíamos encontrado nuestro objetivo: un afloramiento de carbón en el interior del acantilado. El sedimentólogo Christopher Fielding, de la Universidad de Connecticut, uno de nuestros antiguos colegas, había identificado recientemente estas rocas como sedimentos fluviales y lacustres depositados durante el final del Pérmico. Siguiendo su ejemplo, habíamos venido a escudriñar los sedimentos en busca de restos fósiles de los pocos supervivientes de la archiextinción.

Desde nuestro punto de vista en el afloramiento, pudimos ver nuestro primer indicio de la antigua devastación: la ausencia de lechos de carbón en los imponentes acantilados de arenisca que teníamos encima. Durante nuestro recorrido al amanecer por las rocas, habíamos visto numerosos yacimientos de carbón intercalados entre las areniscas y las fangolitas de los niveles rocosos inferiores. Estos carbones datan del Pérmico tardío (hace entre 259 y 252 millones de años). Representan los restos compactados de los bosques pantanosos que existieron en un vasto cinturón del supercontinente meridional Gondwana. En cambio, las rocas más jóvenes y suprayacentes que abarcan la primera parte del subsiguiente periodo triásico, hace unos 252 millones a 247 millones de años, carecen de carbón. De hecho, no se ha encontrado ni un solo filón de carbón en las rocas de esta época en ningún lugar del mundo. En su lugar, estos estratos reflejan la pacífica deposición de arena y lodo por parte de ríos y lagos, aparentemente inalterados por la vida.

Históricamente ignorado debido a su escasez de combustibles fósiles para ser explotados por los humanos, este llamado vacío de carbón ha surgido recientemente como una clave para entender la historia de la vida en la Tierra. Ahora sabemos que fue un síntoma de un mundo enfermo. Al final del Pérmico, no sólo se colapsaron los ecosistemas terrestres y marinos, sino también los de agua dulce. Estudios recientes de nuestro equipo han demostrado que, al aumentar las temperaturas globales al final del Pérmico, las floraciones de bacterias y algas asfixiaron ríos y lagos, haciéndolos en gran medida inhabitables. Nuestros hallazgos ayudan a explicar por qué la subsiguiente extinción masiva fue tan devastadora, y plantean la preocupación por el futuro de la biodiversidad en nuestro mundo en calentamiento.

Tierra quemada

A medida que el sol subía en el cielo, su calor nos golpeaba implacablemente. Conseguimos empacar unas cuantas horas productivas de recolección de fósiles y rocas antes de que el afloramiento se volviera insoportablemente caliente. En ese momento, a principios del verano de 2018, parecía más cálido que la temporada de campo anterior. Tal vez realmente hacía más calor, o tal vez era solo porque habíamos llegado recientemente de la fría Estocolmo, donde trabajamos en el Museo Sueco de Historia Natural. En cualquier caso, a media mañana nos retiramos a la sombra durante un par de horas para refrescarnos y reflexionar sobre lo que habíamos visto.


El último depósito de carbón del Período Pérmico, que aparece como una banda negra en las capas de roca expuestas, está superpuesto por acantilados de arenisca del Triásico Temprano, carente de fósiles. Crédito: Chris Mays

Encontramos que los carbones estaban formados casi en su totalidad por hojas compactadas, raíces y madera pertenecientes a árboles del género Glossopteris. Glossopteris Los árboles florecieron en los humedales y formaron fácilmente turba, un precursor del carbón. Directamente sobre el carbón no vimos ningún fósil al principio. Todos los afloramientos de edad similar en los alrededores de Sydney parecían contener una zona muerta de fósiles. No había hojas ni raíces y apenas un fósil de ningún tipo, con una excepción crítica: simples madrigueras curvas llenas de arena de hasta dos metros de longitud. Basándonos en el tamaño y la forma de estas madrigueras, llegamos a la conclusión de que lo más probable es que fueran excavadas por pequeños reptiles parecidos a los mamíferos, del tamaño aproximado de las ardillas o ratas topo modernas. Los ocupados excavadores habían hecho sus hogares en la zona muerta de barro, lo que implica que estos animales habían sobrevivido a la catástrofe del final del Pérmico. Además, su estrategia de madriguera fue probablemente la clave de su éxito: les proporcionó un refugio de la abrasadora superficie.

Todos los organismos deben plegarse a las fuerzas de la naturaleza. Al igual que nuestros antepasados que sobrevivieron al final del Pérmico, nosotros buscamos un respiro para las temperaturas extremas durante nuestro trabajo de campo. Afortunadamente, sólo tuvimos que escondernos durante unas horas antes de poder emerger. Pero, ¿y si el insufrible calor hubiera durado meses -o milenios-?

Al poco tiempo, el sol se deslizó hacia el oeste, dejándonos a la sombra del acantilado, y concluimos el trabajo del día recogiendo más muestras de roca para analizarlas en el laboratorio. Para la mayoría de los paleontólogos, la ausencia de fósiles observables, como ocurre en la zona muerta de una extinción masiva, hace que la expedición sea corta. Pero nosotros sospechábamos que la historia completa se escondía en fósiles que no podían verse a simple vista.

Combinamos las muestras del día con las que habíamos recogido en otras rocas de la misma edad en los alrededores de Sydney, y luego las dividimos en tres lotes. Enviamos un lote a Jim Crowley, de la Universidad Estatal de Boise, y a Bob Nicoll, de Geoscience Australia, para obtener estimaciones precisas de la edad del evento de extinción. El segundo lote se envió a nuestra colega Tracy Frank, de la Universidad de Connecticut, para que calculara las temperaturas que reinaban a finales del Pérmico. Llevamos el tercer lote al Museo Sueco de Historia Natural, donde examinamos las muestras en busca de fósiles microscópicos de esporas de plantas y polen, así como de algas y bacterias microbianas, para elaborar un informe detallado del colapso ecológico y la recuperación.

Como era de esperar, nuestros análisis de los microfósiles mostraron que la abundancia de esporas de plantas y polen disminuyó precisamente en la cima del último depósito de carbón del Pérmico, lo que refleja la deforestación casi total del paisaje. Sin embargo, para nuestra sorpresa, también descubrimos que las algas y las bacterias habían proliferado poco después de la extinción, infestando los ecosistemas de agua dulce con un limo nocivo. De hecho, alcanzaron concentraciones típicas de las floraciones microbianas modernas, como las que batieron récords en el lago Erie en 2011 y 2014. Dado que el crecimiento microbiano explosivo conduce a aguas poco oxigenadas, y muchos microbios producen subproductos metabólicos que son tóxicos, estos eventos pueden causar la muerte masiva de animales. Tras la devastación del final del Pérmico, los organismos más humildes habían heredado los lagos y ríos y establecido un nuevo régimen de agua dulce. Nos preguntamos cómo estos microbios llegaron a florecer en tan gran medida y cuáles fueron las consecuencias de su florecimiento. Para responder a estas preguntas, necesitábamos más contexto.

Los análisis de las otras dos muestras nos aportaron información. Las estimaciones de edad revelaron que el colapso del ecosistema coincidió con los primeros estruendos de tremendas erupciones volcánicas en una «gran provincia ígnea» conocida como las Trampas Siberianas, en lo que hoy es Rusia. El término «volcánico» parece inadecuado en este contexto; el volumen de magma en las Trampas Siberianas era la friolera de varios millones de kilómetros cúbicos. Por tanto, la provincia de las Trampas Siberianas es a un volcán lo que un tsunami es a una onda en la bañera. Los estudios han implicado sistemáticamente al evento ígneo de las Trampas Siberianas como el instigador final de la extinción masiva del Pérmico, en gran parte debido a la composición de las rocas de la zona. Antes de este acontecimiento, las rocas del subsuelo de Siberia eran ricas en carbón, petróleo y gas. Cuando las Trampas Siberianas entraron en erupción, el calor del magma intrusivo vaporizó estos hidrocarburos hasta convertirlos en gases de efecto invernadero, que fueron emitidos a la atmósfera. Como consecuencia, los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera se multiplicaron por seis.

La cronología coincidió con las nuevas estimaciones geoquímicas de temperatura de Tracy, que revelaron un aumento de 10 a 14 grados centígrados en la región de Sidney. Las estimaciones de la edad también determinaron la duración de los cambios observados en la zona de Sídney: el pico de temperatura y el colapso del ecosistema se produjeron en decenas de miles de años. Este cambio geológicamente rápido de las condiciones llevó a los animales de las zonas templadas a la extinción o los obligó a vivir a tiempo parcial en las temperaturas más frías del subsuelo. También desencadenó las floraciones microbianas generalizadas que detectamos en nuestros estudios de microfósiles: la revolución del limo había comenzado.

La antigua receta de esta sopa tóxica se basaba en tres ingredientes principales: alto nivel de dióxido de carbono, altas temperaturas y altos nutrientes. Durante el evento de finales del Pérmico, las Trampas Siberianas proporcionaron los dos primeros ingredientes. La repentina deforestación creó el tercero: cuando los árboles fueron eliminados, los suelos que antes anclaban se desangraron libremente en los ríos y lagos, proporcionando todos los nutrientes que los microbios acuáticos necesitaban para multiplicarse. En ausencia de animales «chupadores de escoria», como los peces y los invertebrados, que de otro modo mantendrían su número bajo, estos microbios proliferaron a trompicones durante los 300 milenios siguientes. Una vez que esta nueva dinastía de limo estableció su reinado, las concentraciones de microbios llegaron a ser a veces tan altas que hicieron que el agua fuera tóxica, impidiendo que los animales recuperaran su diversidad anterior a la extinción durante quizás millones de años. Acabábamos de descubrir que el agua dulce, el último refugio posible durante esa época apocalíptica, no era ningún refugio.

Un síntoma recurrente

El escritor Terry Pratchett escribió una vez sobre las revoluciones: «Siempre vuelven a aparecer. Por eso se llaman revoluciones». Aunque el final del Pérmico fue singularmente ruinoso para la vida, probablemente fue sólo el final de un espectro de eventos de extinción impulsados por el calentamiento en la historia de la Tierra. Si las condiciones ambientales que condujeron a las floraciones microbianas del final del Pérmico son típicas de las extinciones masivas, entonces otros desastres ecológicos del pasado deberían revelar levantamientos similares. De hecho, casi todas las extinciones masivas del pasado se han relacionado con un calentamiento rápido y sostenido impulsado por el CO2. Por lo tanto, es de esperar que se observen firmas microbianas similares, aunque menos dramáticas, en muchos otros acontecimientos.

A partir de los escasos datos publicados anteriormente que encontramos sobre los sistemas de agua dulce durante otras extinciones masivas, el patrón se mantuvo. Hasta aquí, todo bien. Pero la mejor señal de que habíamos dado con algo importante llegó cuando situamos el evento de finales del Pérmico, junto con los demás, en un espectro de menor a mayor gravedad. Las extinciones parecían mostrar una «relación dosis-respuesta». Este término se utiliza a menudo para describir la reacción de un organismo a un estímulo externo, como un medicamento o un virus. Si el estímulo es realmente la causa de una reacción, entonces se esperaría que una dosis mayor del mismo provocara una respuesta más fuerte. Cuando aplicamos este razonamiento, vimos que la gravedad global de estas «infecciones» microbianas de los ecosistemas de agua dulce realmente parecía haber aumentado con dosis más altas de calentamiento climático. Los episodios de calentamiento relativamente suaves apenas provocaron una respuesta microbiana, mientras que el grave cambio climático de finales del Pérmico dio lugar a una metafórica pandemia de microbios acuáticos.

A continuación, comparamos este patrón con la extinción masiva más famosa de todas: el evento de finales del Cretácico que tuvo lugar hace 66 millones de años y que provocó la pérdida de la mayoría de los grupos de vertebrados de gran tamaño, incluidos los dinosaurios no aviares. En cuestión de días se extinguieron algunos de los animales más impresionantes que caminaban por la tierra, nadaban por los mares o volaban por los cielos. Aunque se sabe que en esta época se produjeron enormes erupciones volcánicas, la mayoría de las extinciones de este evento se atribuyen generalmente al impacto de un asteroide de al menos 10 kilómetros de diámetro que golpeó una zona de la costa del actual México a una velocidad de hasta 20 kilómetros por segundo. La nube global resultante de polvo, hollín y aerosoles puede haber inhibido la proliferación de microbios fotosintéticos en el período inmediatamente posterior al evento. Una vez que el sol se abrió paso, algunos microbios se multiplicaron, pero su reinado fue efímero y relativamente restringido, probablemente debido a los modestos aumentos del CO2 y la temperatura globales.

Fuente:



Fuente: «Lethal Microbial Blooms Delayed Freshwater Ecosystem Recovery following the End-Permian Extinction», por Chris Mays et al., en Nature Communications, Vol. 12; 17 de septiembre de 2021 (material de referencia). Crédito: Gráfico de Jen Christiansen

Sin una Tierra en ebullición que los apuntale, descubrimos que un nuevo orden mundial para los microbios se rompe rápidamente. Las respuestas microbianas contrastadas a los sucesos de extinción provocados por el magma y los asteroides ponen de manifiesto la importancia del CO2 y la temperatura elevados para alimentar las floraciones de algas y bacterias nocivas. Este vínculo entre el calentamiento impulsado por los gases de efecto invernadero y las floraciones microbianas tóxicas es satisfactorio y alarmante a la vez: está surgiendo una elegante teoría de la extinción masiva de agua dulce, pero puede ser más sencillo de lo que pensábamos causar una pérdida generalizada de biodiversidad, y todo parece empezar con las rápidas emisiones de CO2.

En auge

Hoy en día, los seres humanos están proporcionando los ingredientes de la sopa microbiana tóxica en cantidades generosas. Los dos primeros componentes -el CO2 y el calentamiento- son subproductos de la alimentación de nuestra civilización moderna durante casi 200 años. Nuestra especie ha estado convirtiendo industrialmente los hidrocarburos subterráneos en gases de efecto invernadero con mucha más eficiencia que cualquier volcán. El tercer ingrediente -nutrientes- lo hemos introducido en nuestras vías fluviales en forma de escorrentía de fertilizantes procedentes de la agricultura, suelo erosionado por la tala de árboles y residuos humanos por la mala gestión de las aguas residuales. Las floraciones tóxicas han aumentado considerablemente como resultado. Sus costes anuales para la pesca, los servicios de los ecosistemas, como el agua potable, y la salud se miden en miles de millones de dólares y están destinados a aumentar.

Los incendios forestales pueden agravar este problema. En un mundo que se calienta, las sequías se intensifican y los brotes de fuego se vuelven más comunes incluso en entornos ricos en humedad, como los bosques de turba de Indonesia y los humedales del Pantanal de Sudamérica. Los incendios forestales no sólo aumentan los niveles de nutrientes en el agua al exponer el suelo y potenciar la escorrentía de nutrientes hacia los arroyos, sino que también lanzan a la atmósfera inmensas cantidades de hollín y micronutrientes, que luego llegan a los océanos y a los cursos de agua. Estudios recientes han identificado floraciones de algas en los arroyos de agua dulce del oeste de Estados Unidos tras los grandes incendios. Más lejos, tras los incendios forestales del Verano Negro de Australia de 2019-2020, se detectó una floración generalizada de algas marinas a sotavento del continente en el Océano Austral.

Los incendios forestales podrían haber ayudado a nutrir los microbios acuáticos en el pasado profundo, también. Nuestra investigación de los sedimentos por encima de las vetas de carbón alrededor de Sidney reveló abundante carbón vegetal, un claro signo de quema generalizada en los últimos vestigios de los pantanos de carbón del Pérmico. Al igual que en los ejemplos modernos, una combinación de escorrentía superficial y cenizas de incendios forestales puede haber provocado la entrada de nutrientes en los cursos de agua de finales del Pérmico y la proliferación de bacterias y algas mortales.

Estas antiguas extinciones masivas ofrecen lecciones para el presente y el futuro. Consideremos las siguientes dos premisas de la ciencia del sistema terrestre. En primer lugar, la atmósfera, la hidrosfera, la geosfera y la biosfera están vinculadas. Si una de ellas se modifica significativamente, las otras reaccionarán de forma predecible. En segundo lugar, este principio es tan cierto hoy como lo fue en el pasado de la Tierra. El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) aplicó esta lógica en su última evaluación de las causas e impactos del calentamiento global.


FLORES TÓXICAS de microbios en ecosistemas de agua dulce como el lago Erie (izquierda) están aumentando a medida que se incrementan el dióxido de carbono, las temperaturas y la escorrentía de nutrientes. Incendios forestales como los de los humedales del Pantanal de Brasil (derecha) puede empeorar el problema. Crédito: Andy Morrison/The Blade/AP Photo

Basándose en los registros de hielo, rocas y fósiles, este consorcio de más de 200 científicos llegó a la conclusión de que el mundo no ha experimentado los niveles actuales de CO2 en más de dos millones de años. En períodos con tales niveles de CO2 en el pasado, ¿cuál era el nivel del mar? ¿Cómo afectaron estas condiciones a las tasas de meteorización del suelo? ¿Cómo se distribuían los bosques? En otras palabras, ¿cómo afectó esta diferencia en el aire a los océanos, a la tierra y a la vida? Nuestra sociedad debería estar desesperada por responder a estas preguntas en relación con nuestros niveles modernos de CO2 de 415 partes por millón (ppm), por no hablar de 800 o 900 ppm, que es donde el IPCC estima que estaremos en el año 2100 si el mundo sigue quemando combustibles fósiles al ritmo actual. Como el CO2 sigue aumentando, tenemos que mirar más atrás en el tiempo para encontrar pistas sobre lo que podemos esperar. Los registros de eventos de calentamiento extremo del pasado son cada vez más relevantes.

La analogía entre el evento de finales del Pérmico y la actualidad se rompe al menos en dos aspectos importantes, aunque estas discrepancias pueden no ser tan reconfortantes como podríamos esperar. Por un lado, el ritmo de calentamiento fue probablemente diferente. La vida se esfuerza por hacer frente a grandes cambios ambientales en escalas de tiempo cortas, por lo que tal vez el evento del final del Pérmico, la peor lucha de la historia, se produjo mucho más rápidamente que el calentamiento moderno. Sin embargo, es más probable que el calentamiento moderno sea mucho más rápido. Nuestro equipo y otros han demostrado que la sextuplicación del CO2 durante el colapso del final del Pérmico se produjo en el transcurso de quizás decenas de miles de años. Si el ritmo es el mismo, el IPCC prevé el mismo aumento de la concentración de CO2 en cientos, no miles, de años.

Un segundo punto en contra de la analogía es el elemento humano. Los humanos se están convirtiendo en una fuerza de la naturaleza, como una pluma de magma o una roca del espacio, pero la diversidad de factores de estrés ecológico que ejercen es única en la historia de la Tierra. Por esta razón, sostenemos que los eventos de calentamiento extremo del pasado, como el ocurrido a finales del Pérmico, proporcionan potencialmente una clara señal de las consecuencias del cambio climático. Si escuchamos con suficiente atención, los fósiles y las rocas pueden indicarnos los resultados del calentamiento por sí solos, sin influencias adicionales, posiblemente confusas, de los seres humanos, como la afluencia de nutrientes por la agricultura, la deforestación por la tala o las extinciones por la caza furtiva.

Este es el mensaje que estos sucesos pasados nos transmiten con creciente claridad: se puede provocar la extinción de un gran número de especies simplemente liberando rápidamente una gran cantidad de gases de efecto invernadero. No importa de dónde procedan los gases: ya sean volcanes, aviones o centrales eléctricas de carbón, los resultados acaban siendo los mismos. Cuando añadimos a esa mezcla la miríada de otros factores de estrés generados por el ser humano, el pronóstico a largo plazo para la biodiversidad parece sombrío.

Sin embargo, hay una tercera forma en la que nuestra especie podría romper la analogía, una mucho más esperanzadora. A diferencia de las especies que sufrieron las extinciones masivas del pasado, podemos evitar la pérdida de biodiversidad mediante la aplicación inteligente de nuestras ideas y nuestras tecnologías. Por ejemplo, podemos evitar una invasión microbiana manteniendo limpias nuestras vías fluviales y frenando nuestras emisiones de gases de efecto invernadero.

Cada vez está más claro que estamos viviendo la sexta gran extinción masiva. Las floraciones microbianas de agua dulce, los incendios forestales, la decoloración de los corales y los picos de temperatura de los océanos son cada vez más frecuentes e intensos en nuestro mundo que se calienta. En qué lugar del espectro de eventos de extinción nos situará el actual calentamiento depende, por primera vez en la historia de la Tierra, de una sola especie.

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