La superficie de la Tierra es la piel viva de nuestro planeta: conecta los sistemas físico, químico y biológico.
por Tristan Salles, et l.
A lo largo del tiempo geológico , esta superficie evoluciona. Los ríos fragmentan el paisaje en una gama de hábitats ambientalmente diversos. Estos ríos también transfieren sedimentos de las montañas a las llanuras continentales y, en última instancia, a los océanos.
La idea de que los paisajes han influido en la trayectoria de la vida en nuestro planeta tiene una larga historia, que se remonta a las narrativas científicas de principios del siglo XIX del erudito alemán Alexander von Humboldt . Si bien hemos aprendido más desde entonces, muchos aspectos de la evolución de la biodiversidad siguen siendo enigmáticos. Por ejemplo, todavía no está claro por qué hay una brecha de 100 millones de años entre la explosión de la vida marina y el desarrollo de las plantas en los continentes.
En una investigación publicada hoy en Nature , proponemos una nueva teoría que relaciona la evolución de la biodiversidad durante los últimos 540 millones de años con los “pulsos” de sedimentos controlados por paisajes pasados.
10 años de tiempo computacional
Nuestras simulaciones se basan en un código de fuente abierta publicado como parte de un artículo de Science publicado a principios de este año.
Para impulsar la evolución del paisaje a través del espacio y el tiempo en nuestro modelo informático , utilizamos una serie de reconstrucciones de cómo eran el clima y la tectónica en el pasado.
Luego comparamos los resultados de nuestras simulaciones globales con reconstrucciones de la biodiversidad marina y continental durante los últimos 540 millones de años.
Para realizar nuestras simulaciones por computadora , aprovechamos la infraestructura computacional nacional de Australia que se ejecuta en varios cientos de procesadores. Las simulaciones combinadas presentadas en nuestro estudio equivalen a diez años de tiempo computacional.
La vida marina y los sedimentos fluviales estaban estrechamente relacionados
En nuestro modelo, descubrimos que cuanto más sedimentos llevaban los ríos a los océanos, más se diversificaba la vida marina (una correlación positiva). Puede ver esto seguido por la línea roja en el cuadro a continuación.
A medida que los continentes se deterioran, los ríos no sólo transportan sedimentos a los océanos, sino que también aportan una gran cantidad de nutrientes. Estos nutrientes, como el carbono, el nitrógeno y el fósforo, son esenciales para los ciclos biológicos que mueven elementos vitales a través de todos los seres vivos.
Por eso creemos que el hecho de que los ríos aporten más o menos nutrientes al océano (en una escala de tiempo geológica de millones de años) está relacionado con la diversificación de la vida marina.
Quizás lo más sorprendente sea que descubrimos que los episodios de extinciones masivas en los océanos ocurrieron poco después de disminuciones significativas en el flujo sedimentario. Esto sugiere que la falta o deficiencia de nutrientes puede desestabilizar la biodiversidad y hacerla vulnerable a eventos catastróficos (como impactos de asteroides o erupciones volcánicas).
Los paisajes también impulsaron la diversidad de plantas.
En los continentes, diseñamos una variable que integra la cubierta de sedimentos y la rugosidad del paisaje para describir la capacidad de los continentes para albergar diversas especies.
Aquí también encontramos una sorprendente correlación (ver más abajo) entre nuestra variable y la diversificación de plantas durante los últimos 400 millones de años. Esto pone de relieve cómo los cambios en el paisaje también tienen una fuerte influencia en la diversificación de las especies en la tierra.
Nuestra hipótesis es que a medida que la superficie de la Tierra se fue cubriendo gradualmente con un suelo más espeso y rico en nutrientes depositados por los ríos , las plantas pudieron desarrollarse y diversificarse con sistemas de raíces más elaborados.
A medida que las plantas se expandieron lentamente por la tierra, el planeta terminó albergando ambientes y hábitats variados con condiciones favorables para la evolución de las plantas, como la aparición de plantas con flores hace unos 100 millones de años.
Un planeta vivo
En general, nuestros hallazgos sugieren que la diversidad de vida en nuestro planeta está fuertemente influenciada por la dinámica del paisaje . En un momento dado, los paisajes de la Tierra determinan el número máximo de especies diferentes que los continentes y océanos pueden albergar.
Esto demuestra que no es sólo la tectónica o los climas, sino sus interacciones las que determinan la evolución a largo plazo de la biodiversidad. Lo hacen a través de flujos de sedimentos y cambios en los paisajes en general.
Nuestros hallazgos también muestran que la biodiversidad siempre ha evolucionado al ritmo de la tectónica de placas. Se trata de un ritmo incomparablemente más lento que el actual ritmo de extinción causado por la actividad humana.
Más información: Tristan Salles et al, Dinámica del paisaje y diversificación fanerozoica de la biosfera, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06777-z
