La aparición de las raíces de las plantas transformó la biosfera (generando las extinciones más catastróficas)
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Hoy comentaremos tres indagaciones recientes que abundan y expanden nuestra visión de los cambios que se produjeron en la biosfera cuando las plantas superiores colonizaron la Tierra. Las dos primeras conjeturan que la aparición de las raíces de los vegetales y su colaboración en la génesis de suelos profundos, propiciaron serias, rápidas, y posiblemente masivas y episódicas, liberaciones explosivas de nutrientes a aquellos océanos dando lugar rápidas proliferación de las algas y con ello a ingentes floraciones algales y a la postre zonas muertas, causando las extinciones más graves en la evolución de la vida.
Ya os comentamos que, en ausencia de vida, la alteración de las rocas y la formación de protosuelos acaecida fundamentalmente por uno de los tres tipos de la meteorización o alteración de los materiales litológicos. Hablamos de la alteración física o mecánica. Tal proceso disgrega las rocas, pero es poco apta con vistas a desprender los nutrientes de sus minerales. Por el contrario. La alteración química se responsabiliza de tal misión, enriqueciendo los suelos en nutrientes que permiten un desarrollo vegetal que suele ser exuberante en ausencia de déficit hídrico.
Imagínense ahora lo acaecido cuando las raíces de las plantas de aquellos tiempos remotos añadieron la alteración química de los sustratos litológicos y generaron suelos profundos. Ingentes cantidades de nutrientes fueron liberados a los océanos, cambiando tanto estos como el clima. Y conforme a los autores del primer estudio, en dos notas de prensa distintas, tal proceso fue uno de los más catastróficos para la vida de aquel entones, concentrada fundamentalmente en los mares.
Los artículos se encuentran bien redactados por lo que no voy a añadir mucho más. Eso sí, os recuerdo que este tipo de indagaciones paleoecologías, suelen ir cambiando conforme disponemos de mejores tecnologías, instrumentos, así como acumulamos materiales del pasado, por lo que hay en entender sus desideratas con suma precaución. He añadido varios enlaces externos para sitios Web en lengua española, a la primera nota de prensa, con el propósito de aclarar algunos conceptos.
En una tercera nota de prensa se nos informa de lo ocurrido al resto del mundo vegetal, con vistas a poder absorber el agua de los suelos a la par que rigidez a los individuos y más…… Este material, junto con los dos primeros ofrecen una interesante perspectiva de como la evolución, en su propio transcurrir, podría haber autoinfligido catástrofes de un calibre descomunal. Los mayores estragos en la biosfera. No cabe duda de que biosfera y edafosfera evolucionan sincrónicamente. Hermoso paleopaisaje que merece la pena leer, os lo seguro.
Juan José Ibáñez
Continúa………
La evolución de las raíces de los árboles puede haber impulsado extinciones masivas
Los científicos recolectan muestras de rocas en la isla Ymer en el este de Groenlandia, uno de varios sitios cuyo análisis proporcionó información sobre la composición química de los lechos de los lagos en el período Devónico. Crédito: John Marshall, Universidad de Southampton.
La evolución de las raíces de los árboles puede haber desencadenado una serie de extinciones masivas que sacudieron los océanos de la Tierra durante el Período Devónico hace más de 300 millones de años, según un estudio dirigido por científicos de IUPUI, junto con colegas en el Reino Unido.
La evidencia de esta nueva visión de un período notablemente volátil en la prehistoria de la Tierra se informa en el Boletín GSA. El estudio fue dirigido por Gabriel Filippelli, profesor de Ciencias de la Tierra en la Escuela de Ciencias de IUPUI, y Matthew Smart, un estudiante de doctorado en su laboratorio en el momento del estudio.
«Nuestro análisis muestra que la evolución de las raíces de los árboles probablemente inundó los océanos con exceso de nutrientes, causando un crecimiento masivo de algas«, dijo Filippelli. «Estas rápidas y destructivas floraciones de algas habrían agotado la mayor parte del oxígeno de los océanos, desencadenando catastróficos eventos de extinción masiva«.
El Período Devónico, que ocurrió hace 419 millones a 358 millones de años, antes de la evolución de la vida en la tierra, es conocido por eventos de extinción masiva, durante los cuales se estima que casi el 70% de toda la vida en la Tierra pereció.
El proceso descrito en el estudio, conocido científicamente como eutrofización, es notablemente similar al fenómeno moderno, aunque de menor escala, que actualmente alimenta amplias «zonas muertas« en los Grandes Lagos y el Golfo de México, ya que el exceso de nutrientes de los fertilizantes y otras escorrentías agrícolas desencadenan floraciones masivas de algas que consumen todo el oxígeno del agua.
La diferencia es que estos eventos pasados probablemente fueron alimentados por las raíces de los árboles, que extrajeron nutrientes de la tierra durante los tiempos de crecimiento, y luego los arrojaron abruptamente al agua de la Tierra en tiempos de descomposición.
La teoría se basa en una combinación de evidencia nueva y existente, dijo Filippelli.
Basándose en un análisis químico de depósitos de piedra de antiguos lechos de lagos, cuyos restos persisten en todo el mundo, incluidas las muestras utilizadas en el estudio de sitios en Groenlandia y frente a la costa noreste de Escocia, los investigadores pudieron confirmar ciclos previamente identificados de niveles más altos y más bajos de fósforo, un elemento químico que se encuentra en toda la vida en la Tierra.
También pudieron identificar ciclos húmedos y secos basados en signos de «meteorización», o formación del suelo, causada por el crecimiento de las raíces, con una mayor meteorización que indica ciclos húmedos con más raíces y menos meteorización que indica ciclos secos con menos raíces.
Lo más significativo es que el equipo descubrió que los ciclos secos coincidieron con niveles más altos de fósforo, lo que sugiere que las raíces moribundas liberaron sus nutrientes en el agua del planeta durante estos tiempos.
«No es fácil mirar más de 370 millones de años en el pasado», dijo Smart. «Pero las rocas tienen una larga memoria, y todavía hay lugares en la Tierra donde se puede usar la química como un microscopio para desbloquear los misterios del mundo antiguo».
A la luz de los ciclos de fósforo que ocurren al mismo tiempo que la evolución de las primeras raíces de los árboles, una característica de Archaeopteris, también la primera planta en crecer hojas y alcanzar alturas de 30 pies, los investigadores pudieron identificar la descomposición de las raíces de los árboles como el principal sospechoso detrás de los eventos de extinción del Período Devónico.
Afortunadamente, dijo Filippelli, los árboles modernos no causan una destrucción similar, ya que la naturaleza ha desarrollado sistemas para equilibrar el impacto de la madera podrida. La profundidad del suelo moderno también retiene más nutrientes en comparación con la delgada capa de tierra que cubría la Tierra antigua.
Pero la dinámica revelada en el estudio arroja luz sobre otras amenazas más nuevas para la vida en los océanos de la Tierra. Los autores del estudio señalan que otros han argumentado (como en Science en 2016) que la contaminación de fertilizantes, estiércol y otros desechos orgánicos, como las aguas residuales, han colocado a los océanos de la Tierra en el «borde de la anoxia», o una falta completa de oxígeno.
«Estos nuevos conocimientos sobre los resultados catastróficos de los eventos naturales en el mundo antiguo pueden servir como una advertencia sobre las consecuencias de condiciones similares que surgen de la actividad humana actual», dijo Fillipelli.
Más información: Matthew S. Smart et al, Enhanced terrestrial nutrient release during the Devonian emergence and expansion of forests: Evidence from lacustrine phosphorus and geochemical records, GSA Bulletin (2022). DOI: 10.1130/B36384.1
Andrew J. Watson, Océanos al borde de la anoxia, Science (2016). DOI: 10.1126/science.aaj2321
Información de la revista:Ciencia
Vinculando las extinciones masivas con la expansión y radiación de las plantas terrestres
por Staff Writers; Boulder CO (SPX) 14 de noviembre de 2022
El Período Devónico, hace 419 a 358 millones de años, fue uno de los tiempos más turbulentos en el pasado de la Tierra y estuvo marcado por al menos seis extinciones marinas significativas, incluida una de las cinco extinciones masivas más grandes que jamás hayan ocurrido.
Además, fue durante el Devónico que los árboles y las plantas terrestres complejas similares a las que conocemos hoy evolucionaron y se extendieron por el paisaje. Este avance evolutivo incluyó el desarrollo de sistemas de raíces significativos y complejos capaces de afectar la biogeoquímica del suelo en una escala que la antigua Tierra aún no había experimentado.
Se ha teorizado que estos dos eventos aparentemente separados, las extinciones marinas y la evolución y expansión de las plantas, estaban intrincadamente vinculados en el Devónico. Específicamente, se ha propuesto que la evolución de las plantas y el desarrollo de las raíces ocurrieron tan rápidamente y en una escala tan masiva que la exportación de nutrientes de la tierra a los océanos antiguos habría aumentado drásticamente.
Este escenario se ve en los sistemas modernos donde la exportación de nutrientes de origen antropogénico ha aumentado enormemente la carga de nutrientes en áreas como el Golfo de México y los Grandes Lagos, lo que lleva a floraciones de algas a gran escala que finalmente agotan el oxígeno en la columna de agua. Este efecto, conocido como eutrofización, magnificado a escala global, habría sido catastrófico para los océanos antiguos, alimentando las floraciones de algas que habrían agotado la mayor parte del oxígeno del océano.
La clave para vincular las extinciones masivas y la expansión y radiación de las plantas terrestres radica en identificar un flujo de nutrientes elevado por encima de los niveles de fondo, vincular ese flujo de nutrientes con evidencia indirecta o directa de la presencia de plantas terrestres de raíces profundas y, finalmente, mostrar que este fenómeno ocurrió en múltiples lugares y tiempos.
Este estudio, el primero de su tipo, fue capaz de hacer precisamente eso mediante la utilización de registros geoquímicos de antiguos depósitos lacustres en Groenlandia, el norte de Escocia y las Orcadas. Utilizando los registros del lago, se detectaron valores elevados del nutriente fósforo en cinco lugares distintos durante el apogeo de la evolución y expansión de la planta en el Devónico.
En cada caso, los valores elevados de aporte de nutrientes coincidieron con la evidencia de la presencia de árboles tempranos en forma de esporas fosilizadas y, en algunos casos, tallos fosilizados del primer árbol de raíces profundas, Archaeopteris. En dos casos, esa evidencia coincidió con un evento de extinción marina del Devónico, incluida la extinción masiva del Devónico más significativa, la extinción Frasniense-Famenniano (también conocida como la extinción masiva del Devónico Tardío).
Además, este estudio, publicado ayer en el Boletín de la Sociedad Geológica de América, vinculó los ciclos periódicos de clima húmedo / seco que se sabe que existen en la región durante el Devónico con episodios específicos de colonización de plantas. Si bien se observó una elevada exportación de nutrientes durante los ciclos climáticos húmedos y secos, los eventos de exportación más significativos ocurrieron durante los ciclos húmedos, lo que sugiere que la expansión de las plantas fue episódica y estuvo vinculada a la ciclicidad climática.
La naturaleza episódica de la expansión de las plantas podría ayudar a explicar por qué hay al menos seis extinciones marinas significativas en el Devónico. Si bien el alcance de este estudio se limitó a una sola región geográfica, es probable que estos eventos ocurrieran en toda la Tierra Devónica.
La colonización de diferentes tipos de plantas terrestres en diferentes regiones y en diferentes momentos habría resultado en pulsos episódicos de nutrientes lo suficientemente significativos como para mantener la eutrofización y causar (o al menos contribuir) a los numerosos eventos de extinción marina a lo largo del Devónico medio y tardío.
Informe de investigación: Liberación mejorada de nutrientes terrestres durante la emergencia y expansión de los bosques del Devónico: evidencia de fósforo lacustre y registros
geoquímicos
Un enigma centenario en botánica revela la adaptación clave de las plantas a la tierra firme
por Botanicky ustav Akademie ved Ceske republiky
El mundo verde en el que vivimos no habría sido posible sin cambios ocultos en el cuerpo de la planta en los últimos 400 millones de años. Para crecer más allá de los pocos centímetros de altura fuera de los lugares más húmedos de la tierra, las plantas tuvieron que reorganizar sus tejidos conductores de agua para mantenerlos a salvo de la sequía.
Un nuevo estudio realizado por Martin Bouda del Instituto de Botánica de la Academia Checa de Ciencias y coautores, publicado en la revista Science, muestra cómo la solución a un debate centenario en botánica revela una adaptación clave que permitió a las plantas colonizar la tierra firme.
Todas las plantas, excepto las más pequeñas, necesitan tejidos vasculares para suministrar agua a todo su cuerpo y evitar la desecación a medida que capturan carbono del aire circundante. Si una planta está sometida a sequía, la cadena de moléculas de agua que se tiran por el tallo puede romperse, formando una embolia: una burbuja de gas que bloquea el transporte de agua en un conducto vascular completo. Si la embolia se propaga desde este conducto a través del tejido, vascular el suministro de agua de la planta se bloquea efectivamente, la planta se seca y muere.
El nuevo descubrimiento muestra que la disposición original de los tejidos vasculares, un cilindro en el centro del tallo, se vuelve cada vez más vulnerable a la embolia que se propaga con el tamaño. «Si los conductos están todos agrupados, la planta puede enfrentarse a una propagación exponencial de la embolia en la red vascular resultante. Si están encadenados en una forma larga y estrecha, la embolia tiene que superar muchas paredes celulares sucesivas para llegar muy lejos, lo que puede salvar la vida de la planta en una sequía«, dice el Dr. Bouda, autor principal del estudio
Las primeras plantas vasculares tenían solo centímetros de altura y estaban obligadas a vivir donde había agua fácilmente disponible. Para crecer más y comenzar a explorar el paisaje, primero tuvieron que encontrar alternativas a su disposición vascular ancestral. «Nos llamó la atención el hecho de que muy pocas plantas vivas han mantenido el diseño original del tallo, lo que coloca el tejido vascular en un cilindro justo en el centro. Ese detalle aparente en realidad era la clave para descifrar todo este episodio evolutivo«. agrega Bouda.
Un tallo fosilizado de Dernbachia brasiliensis, un helecho arborescente del Pérmico (hace 250-300 millones de años). El tejido del xilema conductor de agua está resaltado en azul. Crédito: Ludwig Luthardt, Museum für Naturkunde, Berlín.
El registro fósil muestra una creciente diversidad en la forma en que se ensambla el tallo al igual que las plantas irradian desde las fuentes de agua. Los arreglos de tejidos vasculares se diversifican para tomar una amplia gama de formas en el tallo, desde elipses y correas a través de estrellas hasta anillos, divergentes en forma probablemente convergentes en función. Los linajes de plantas que tuvieron éxito en la tierra tuvieron que encontrar cada uno su propia solución al problema de la embolia. La fuerza de esta presión evolutiva aumenta con el tamaño de la planta.
La investigación resuelve un enigma centenario en botánica. La observación de que los tejidos vasculares asumen formas cada vez más complejas en plantas más grandes fue hecha por primera vez por F. O. Bower (presidente de la Royal Society de Edimburgo) y su estudiante C. W. Wardlaw. Bower presentó sus resultados en su discurso de apertura en la reunión de la Sociedad en 1920, pero no pudo explicar el hallazgo.
Un siglo de debate finalmente se estableció en el incómodo consenso de que la complejidad de los arreglos de xilema simplemente aumentaba casualmente a medida que los cuerpos de las plantas crecían y se ramificaban. El nuevo estudio muestra que las plantas mantienen arreglos vasculares resistentes a la sequía al restringir el ancho del tejido. Con el aumento de tamaño, el tejido debe asumir formas alargadas, estrechas y cada vez más complejas, lo que proporciona una respuesta al acertijo de Bower y Wardlaw.
La investigación fue un esfuerzo de colaboración dirigido por el Dr. Bouda y el profesor Craig Brodersen de la Universidad de Yale (Escuela de Medio Ambiente). Otros miembros del equipo fueron Kyra Prats (Yale School of the Environment), Brett Huggett (Bates College), Jay Wason (U. of Maine) y Jonathan Wilson (Haverford College).
Para evaluar su hipótesis, el equipo de científicos tomó muestras de las hebras de xilema de plantas vasculares vivas y extintas sin semillas que abarcan más de 400 millones de años de evolución. Examinaron el empaquetamiento de células conductoras en diferentes formas de cadena vascular y analizaron la topología de las redes de conductos resultantes. Las simulaciones numéricas de cómo la embolia inducida por la sequía se propaga a través de las redes vasculares de plantas reales e idealizadas para volverse letal confirmaron que la falla hidráulica debería seleccionar formas más estrechas y cada vez más complejas.
Las aplicaciones de este avance fundamental incluyen el potencial de asegurar la resistencia a la sequía en los programas de mejoramiento de cultivos para un clima cambiante. «Ahora que tenemos una mejor comprensión de cómo se unen los sistemas vasculares y cómo eso influye en la capacidad de una planta para tolerar la sequía, ese es el tipo de cosas que podrían usarse como objetivo para los programas de mejoramiento», dice el profesor Brodersen.
La investigación de seguimiento preguntará cómolas plantasevadieron las limitaciones recién descubiertas para lograr formas de crecimiento leñoso.
Más información: Martin Bouda et al, Fallo hidráulico como impulsor primario de la evolución de la red de xilema en plantas vasculares tempranas, Science (2022). DOI: 10.1126/science.add2910. www.science.org/doi/10.1126/science.add2910
Información de la revista:Ciencia
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