Los pinos se vuelven temporalmente estériles cuando se exponen a la radiación ultravioleta tan intensa como algunos científicos creen que la Tierra experimentó hace 252 millones de años durante la mayor extinción masiva del planeta, lo que respalda la teoría de que el agotamiento del ozono contribuyó a la crisis.
El efecto de la alta radiación ultravioleta en las coníferas y potencialmente en otros árboles también sugiere precaución al introducir productos químicos que agotan la capa de ozono de la Tierra, que aún no se ha recuperado después de una prohibición global de los refrigerantes de clorofluorocarbono en la década de 1980 instituida después de que se desarrollaron agujeros de ozono sobre los polos.Algunos productos químicos industriales también destruyen el ozono atmosférico, que es el protector solar del planeta, protegiendo toda la vida de los rayos UV excesivos, en particular las longitudes de onda UV-B, que causan mutaciones en el ADN.
Los resultados del experimento, realizado por Jeffrey Benca, estudiante graduado de la Universidad de California en Berkeley, se publicarán el 7 de febrero en la revista en línea Avances científicos .
Benca irradió pinos bonsai de 18 pulgadas de alto con dosis de UV-B hasta 13 veces más fuertes que en la Tierra hoy en día, simulando los efectos del agotamiento del ozono causado por inmensas erupciones volcánicas que ocurrieron al final del Período Pérmico.Durante el experimento de dos meses, ninguno de los árboles murió, pero todos los conos de semillas, o conos de pino, se marchitaron solo unos días después de emerger, dejando los árboles estériles.
Cuando se colocaron afuera, los árboles recuperaron la capacidad de producir conos de semillas saludables en años posteriores.
Los científicos han propuesto que el agotamiento del ozono causado por erupciones volcánicas periódicas durante casi un millón de años fue una de las causas de la extinción final del Pérmico, pero no ha quedado claro. La lluvia ácida habría sido un efecto local, pero la extinción de casi el 70 por cientode los animales terrestres conocidos, el 95 por ciento de la vida marina y muchos linajes de plantas eran globales.
Estudios previos de modelación paleoclimática sugieren que los chorros volcánicos podrían haber eliminado la capa de ozono en todo el mundo, aunque de manera temporal. Sin embargo, incluso si los árboles antiguos recuperaron su fertilidad, los episodios repetidos de esterilidad podrían haber obstaculizado el crecimiento de la población con el tiempo, llevando al colapso de la biosferaen todo el planeta, según Benca.
colapso de la biosfera a largo plazo
"Durante la crisis del final del Pérmico, los bosques pueden haber desaparecido en parte o totalmente debido al aumento de la exposición a los rayos UV", dijo Benca. "Con pulsos de erupciones volcánicas, esperaríamos un debilitamiento del escudo de ozono pulsado, lo que puede haber llevado adisminución de bosques previamente observada en el registro fósil "
"Si interrumpe algunos de los linajes de plantas dominantes en todo el mundo repetidamente, podría desencadenar cascadas tróficas al desestabilizar la base de la red alimentaria, que no funciona muy bien para los animales terrestres", agregó.
Los hallazgos sorpresa le dicen a los científicos algo sobre las extinciones pasadas y las perspectivas futuras de la Tierra, ya que el cambio climático, la destrucción del hábitat y la contaminación nos prepararon para la sexta extinción masiva de la Tierra.
"Los paleontólogos han ideado varios escenarios de muerte para extinciones en masa, pero la vida de las plantas puede no verse afectada por la muerte repentina tanto como por la interrupción de una parte del ciclo de vida, como la reproducción, durante un largo período de tiempo, causandola población disminuirá y potencialmente desaparecerá ", dijo la coautora Cindy Looy, profesora asociada de biología integrativa de UC Berkeley.
"Las catástrofes mundiales de biodiversidad no se tratan de la muerte sino de la poda de ramas evolutivas en el árbol de la vida a un ritmo mucho mayor que el surgimiento de nuevos brotes", agregó el coautor Ivo Duijnstee, profesor adjunto adjunto de biología integrativa."Jeff, quien usó sus cámaras de crecimiento de plantas como una máquina del tiempo para probar el potencial de una hipótesis sobre lo que pudo haber sucedido hace 252 millones de años, ofrece un excelente ejemplo que ilustra cómo la extinción que se desarrolla lentamente en la tierra durante tal vez decenas o cientos de miles delos años pueden haber sido causados por problemas reproductivos en la base de la cadena alimentaria ".
volcanes siberianos
Se cree que la extinción al final del Pérmico fue causada por erupciones volcánicas en Siberia durante cientos de miles, si no un millón de años que produjeron lo que hoy se conoce como Trampas Siberianas: campos de lava que cubren gran parte del norte de Rusia y originalmenteabarca casi 3 millones de millas cuadradas con un grosor promedio de aproximadamente 1,000 pies.
En 2004, Looy y su ex asesor de doctorado Henk Visscher propusieron una forma en que esto podría haber funcionado, las bases de esporas de plantas anormales fosilizadas que se encuentran en todo el mundo: gases volcánicos - halocarbonos como cloruro de metilo y bromuro de metilo - destruyeron mucho otoda la capa de ozono de la Tierra, lo que aumenta la exposición a los rayos UV-B que habría afectado la vida y potencialmente aumentado las tasas de mutación genética en el polen y las esporas de las plantas en todo el mundo.
La evidencia de esta hipótesis creció en 2005 cuando un equipo de investigación independiente dirigido por Clinton Foster de Geoscience Australia descubrió granos de polen malformados de plantas de semillas del Pérmico final. El aumento en el porcentaje de polen malformado, que se observa tanto en el norte como en el surHemisferios, coincidió con la disminución de los bosques a nivel mundial.
Es imposible encontrar evidencia de mecanismos de malformación en fósiles de polen de 252 millones de años, por lo que Looy y otros han buscado otras formas de determinar si el aumento de UV-B interrumpió el ecosistema final del Pérmico. A Benca se le ocurrieron una serie de experimentos usando vidaplantas para probar la hipótesis.
El primer experimento, usando pinos, fue diseñado para descubrir si los altos niveles de UV-B podrían causar granos de polen malformados en las plantas de semillas de hoy en día, similares a los descritos por Foster, y si estas malformaciones podrían afectar la reproducción. Exprimir un pino maduroentrar en un laboratorio fue un punto de fricción hasta que Benca encontró una solución novedosa: usar un cultivar enano seleccionado para bonsai que produce fácilmente polen y conos de semillas.
En 2013, transportó 60 pinos clonales enanos a Berkeley desde un vivero de coníferas en Boring, Oregon. Después de aclimatarlos durante un año al aire libre a pleno sol con agua escasa y suelo pobre en nutrientes, condiciones típicas para esta especie alpina, Pinusmugo: realizó un experimento en interiores de 56 días utilizando lámparas de alta intensidad que emiten UV-B.
En tres cámaras UV interiores separadas, Benca expuso los pinos enanos a 7.5, 10 y 13 veces la intensidad UV-B normal de Berkeley, en línea con las estimaciones del impacto que las erupciones de la trampa siberiana habrían tenido en la capa de ozono si sus emisiones hubieran ocurridovarios períodos de tiempo, que van desde 400,000 años a menos de 200,000 años.
De hecho, los pinos produjeron polen malformado. En las exposiciones medias y extremas, del 12 al 15 por ciento de los granos de polen estaban deformes, frente al 3 por ciento en árboles normales y de baja exposición. El estudio anterior de Foster sugirió que los rendimientos de polen tienen más de 3El porcentaje de granos malformados está asociado con el estrés ambiental en las coníferas modernas, dijo Benca. En total, pasó tres años realizando los experimentos y comparando más de 57,000 granos de polen producidos por los árboles en las cámaras.
Sin embargo, para asombro de los investigadores, todos los árboles sometidos a mayores niveles de UV se volvieron estériles. Sus conos de semillas se marchitaron antes de que pudieran ser fertilizados. Esto parecía ser una reacción sistémica al estrés de los rayos UV-B, ya que inclusolos conos de semillas escondidos entre el follaje murieron.
"El sistema que utilizamos fue realmente bastante conservador", dijo Benca. "A diferencia de las estructuras portadoras de semillas relativamente desprotegidas de las plantas de semillas del Pérmico del final afectadas, los pinos de hoy tienen escamas de cono entrelazadas muy elaboradas y muy fuertemente reforzadas que protegen sus semillas dedepredadores y el ambiente externo. Aun así, estos árboles acaban de deshacerse de todos sus conos de semillas. Pinus mugo es una especie alpina que debería ser bastante resistente al aumento de los niveles de UV ".
"Ese experimento de explosión UV-B de Jeff, algo así como un tiro largo calculado, produjo anormalidades en el polen en una conífera moderna similar a las anormalidades observadas en microfósiles de 252 millones de años fue una de las cosas más emocionantes que hevisto esta década ", dijo Duijnstee.
La investigación fue apoyada por la National Science Foundation 1000135655, 1457846, el Consejo de Investigación de Noruega a través del Centro de Evolución y Dinámica de la Tierra CEED 223272.L., Y el Premio Richard Bambach de la Sociedad Paleontológica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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