En una era de cambios ecológicos rápidos, los científicos están recurriendo a períodos históricos de persistencia para comprender mejor qué impulsa la estabilidad. Un equipo de la Academia de Ciencias de California y el Museo de Historia Natural Field han examinado la complejidad estructural de los ecosistemas antiguos al observaren el número de especies y cómo están organizadas por función, como los principales depredadores o descomponedores. Todos los ecosistemas estables tienen especies agrupadas por función, y el estudio encontró que estos grupos funcionales son más importantes para la estabilidad de un ecosistema que el simple número deespecies presentes. Sorprendentemente, el estudio también encontró que entre los sistemas simulados de igual pero diferente complejidad, los que representan ecosistemas antiguos reales tienden a ser más estables. El equipo ahora está investigando por qué ciertas composiciones funcionales son mejores que otras y cómo esas estructuras surgen con el tiempoComprender la organización de los ecosistemas estables del pasado permite a los científicos una mejor preparación.ct si los impactos humanos modernos han empujado a nuestro sistema planetario actual más allá de un punto de recuperación a su estado original.
Para realizar su análisis, el equipo estudió un gran evento de extinción masiva que tuvo lugar hace 252 millones de años y sus impactos en los antiguos ecosistemas sudafricanos. Sus hallazgos, publicados esta semana en la revista Reseñas de Ciencias de la Tierra , presente uno de los argumentos más fuertes hasta la fecha para salvar sistemas de especies en lugar de individuos en la actualidad.
"Al examinar las comunidades antes y después de este evento de extinción en masa, encontramos que los sistemas de mayor duración no se distinguían por ninguna característica obvia, excepto por tener historias evolutivas más largas", dice el Dr. Peter Roopnarine, autor principal y curador de la Academiaof Geology ". Las estructuras funcionales que surgieron con el tiempo en esos sistemas permitieron a las especies tener menores probabilidades de extinción y coexistir de manera más estable, en condiciones ecológicas variables. Lo contrario era cierto para varias comunidades que surgieron rápidamente después de la extinción en masa, aunqueesas comunidades también eran ricas en especies "
El equipo luego modeló millones de estructuras alternativas en busca de otras formas en que un ecosistema podría soportar una fuerte coexistencia de especies, pero muy pocas estructuras demostraron ser superiores a los sistemas estables que habían identificado en el registro fósil. Las disposiciones funcionales alternativas del equipo variaron;algunos organizaron las especies en diferentes funciones, otros cambiaron la forma en que interactuaban esas especies, y algunos incluso alteraron el flujo de energía entre especies.
"Es poco probable que estos éxitos surgieran por casualidad", dice Roopnarine. "Esto nos dice que hay una fuerte impronta en la historia, una clara repetición, de cómo se construyen los ecosistemas en el tiempo geológico y evolutivo. No sabemos por quélas comunidades estables antes de la extinción y la recuperación fueron mucho mejores que nuestras alternativas modeladas, pero la evolución claramente las favoreció a ellas y a su organización funcional. Descubrir por qué las comunidades estables emergen con el tiempo es una de las siguientes grandes preguntas ".
Entra en el Karoo
El equipo eligió la cuenca Karoo en Sudáfrica para el estudio debido al registro fósil incomparable de la región. El análisis del estudio comienza hace unos 254 millones de años, cuando África, la Antártida y América del Sur rodearon el Karoo en el supercontinente conocido como Gondwana.Los antiguos parientes de los mamíferos dominaban el paisaje entonces boscoso. El Karoo había alcanzado su nivel más alto de diversidad de especies cuando se produjo el cambio climático.
"Hace unos 252 millones de años, ocurrieron grandes erupciones volcánicas en lo que ahora es Siberia", dice el Dr. Kenneth Angielczyk, curador asociado de paleomammalogía en el Museo de Historia Natural de Field. "En el proceso de estas erupciones, el magma se quemó a través del carbóndepósitos en las rocas circundantes, liberando gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono. La lava en erupción liberó gases de efecto invernadero adicionales, y juntos estos procesos comenzaron a alterar el clima global. Fue esencialmente una quema masiva de combustibles fósiles, con paralelos a lo que estamosviendo hoy, pero durante decenas de milenios "
Siguieron varias oleadas de extinción, reduciendo el ecosistema de Karoo a una fracción de lo que era. Eventualmente, un rebote en la diversidad formó un nuevo ecosistema que incluía sobrevivientes de la extinción más especies que habían migrado desde las áreas circundantes. A pesar del aumento enEn cuanto a la cantidad de especies, el sistema fue geológicamente de corta duración. A medida que la recuperación continuó durante los siguientes millones de años, surgió un sistema que tenía una característica familiar: una organización funcional que apoyaba la estabilidad de la coexistencia de especies por encima del promedio.
"Cuando tienes especies en movimiento debido a la agitación ambiental, o las fuerzas juntas en comunidades en las que no evolucionaron, esos sistemas son casi siempre menos exitosos que los sistemas donde las especies han compartido historias", dice Roopnarine."Hoy, no podemos jugar con los ecosistemas, hacer que se desmoronen funcionalmente y esperar que la vida continúe y se recupere de una manera que normalmente toma decenas de miles de años. El registro fósil muestra que este enfoque no es sostenible"."
Considerando historias alternativas
El equipo modeló millones de historias alternativas para comprender mejor el colapso y la recuperación del Karoo. Basaron sus modelos en evidencia directa e indirecta de interacciones del registro fósil: el contenido fosilizado del estómago y el daño esquelético indican signos de depredación, mientras que el tamaño del cuerpo, el cráneoel tamaño y el hábitat indican posibles interacciones entre especies. El equipo también hizo analogías con animales modernos que son ecológicamente similares o estrechamente relacionados en el árbol evolutivo. Utilizando modelos matemáticos computarizados, realizaron millones de "experimentos de pensamiento" en cada comunidad para probar el efectode cambiar la organización funcional de una comunidad en su tasa de extinción.
Una estructura alternativa que el equipo modeló elimina toda organización funcional, de modo que las especies son libres de interactuar sin una jerarquía establecida de quién se come a quién. Otra alternativa conserva el número original de agrupaciones funcionales y el número de especies, pero cambia las interacciones entre ellaspara que la energía fluya de manera diferente entre las especies. Una tercera alternativa cambia el número de especies en cada grupo funcional por completo, como la proporción de depredadores a presas, pero esto hizo una diferencia insignificante en la estabilidad de la comunidad.
"Encontramos que cualquier tipo de organización de especies es mejor que ninguna organización, pero algunos patrones son definitivamente superiores a otros", dice Angielczyk. "Exactamente cómo la evolución de las especies conduce al ensamblaje de comunidades estables a partir de la amplia gama de posibles alternativas,y las razones matemáticas de por qué esas alternativas difieren en estabilidad, son algunas de nuestras próximas grandes preguntas ".
El equipo espera que una mejor comprensión de los períodos de persistencia informará qué tan avanzada está la sociedad moderna en el desmantelamiento de los sistemas planetarios actuales. "Los puntos de partida para las especies y las comunidades ecológicas no son necesariamente los mismos", dice Roopnarine. "La pregunta essi nuestro planeta entero ya ha rechazado por completo un nuevo camino ecológico y evolutivo o si todavía estamos operando en la capacidad de nuestro sistema actual ".
Los resultados del estudio destacan la importancia del registro fósil para ayudar a pronosticar el futuro.
"Los sistemas ecológicos que tenemos hoy son productos documentados de la historia geológica y evolutiva; no son fáciles de hacer ni de recuperar", dice Roopnarine. "Tenemos una opción en historias alternativas aquí, y espero que elijamospara cuidar el sistema planetario que ha sostenido la vida tal como la conocemos durante milenios ".
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Materiales proporcionado por Academia de Ciencias de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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