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Aumento de rayos UV por agotamiento de la capa de ozono esteriliza los árboles
Aumento de rayos UV por agotamiento de la capa de ozono esteriliza los árboles...

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El aumento de los rayos UV por el agotamiento de la capa de ozono esteriliza los árboles
La evidencia vincula a los volcanes con la extinción masiva más grande de la Tierra hace 252 millones de años.

Investigadores de UC Berkeley sometieron a los pinos enanos (Pinus mugo) a una mayor radiación UV-B en las cámaras de crecimiento durante dos meses. Los pinos irradiados no solo produjeron polen malformado, sino que también dejaron caer sus conos de semillas, volviéndose temporalmente estériles. El experimento sugiere que el aumento de UV-B al final del Pérmico, causado por el agotamiento de la capa de ozono debido a las erupciones volcánicas, podría haber contribuido a la extinción masiva más grande de la Tierra.
Crédito: Jeffrey Benca, UC Berkeley.

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 extinción masiva más grande del planeta, apoyando la teoría de que el agotamiento del ozono contribuyó a la crisis.

El efecto de la alta radiación UV sobre las coníferas y potencialmente otros árboles también sugiere precaución hoy en la introducción de sustancias químicas que agotan la capa de ozono de la Tierra, que aún no se ha recuperado después de una prohibición global de los refrigerantes clorofluorocarbonos en la década de 1980 después de los agujeros de ozono. Algunos químicos industriales también destruyen el ozono atmosférico, que es el protector solar del planeta, y protege a toda la vida de los excesivos rayos UV, en particular las longitudes de onda UV-B, que causan mutaciones en el ADN.

Los resultados del experimento, que fue realizado por el estudiante graduado de la Universidad de California en Berkeley, Jeffrey Benca, se publicarán el 7 de febrero en la revista en línea Science Advances.

Benca irradió 18 pulgadas de altura, bonsai-como los pinos con dosis de UV-B hasta 13 veces más fuertes que en la Tierra hoy en día, simulando los efectos del agotamiento de la capa de ozono causado por las erupciones volcánicas inmensas 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 unos días después de emerger, dejando los árboles estériles.

Cuando se colocaron afuera, los árboles recuperaron la capacidad de producir conos de semillas sanos 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 del extremo Pérmico, pero no ha quedado claro. La lluvia ácida habría sido un efecto local, pero la extinción de casi el 70 por ciento de los animales terrestres conocidos, el 95 por ciento de la vida marina y muchos linajes de plantas fue global.

Estudios previos de modelado de paleoclima sugieren que los arrebatos volcánicos podrían haber eliminado la capa de ozono en todo el mundo, aunque de manera temporal. Sin embargo, incluso si los árboles antiguos recuperaran su fertilidad, repetidos episodios de esterilidad podrían haber obstaculizado el crecimiento de la población a lo largo del tiempo, llevando al colapso de la biosfera en 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 por completo debido a la mayor exposición a los rayos UV", dijo Benca. "Con los pulsos de erupciones volcánicas ocurriendo, esperaríamos un debilitamiento del escudo de ozono pulsado, lo que podría haber conducido a declinaciones forestales previamente observadas en el registro fósil".

"Si interrumpes repetidamente a varios de los linajes de plantas dominantes a nivel mundial, podrías desencadenar cascadas tróficas al desestabilizar la base de la red trófica, lo que no funciona muy bien para los animales terrestres", agregó.

Los hallazgos sorpresa les dicen a los científicos algo sobre las extinciones pasadas y las perspectivas futuras de la Tierra a medida que el cambio climático, la destrucción del hábitat y la contaminación nos preparan para la sexta extinción masiva de la Tierra.

"Los paleontólogos han ideado varios escenarios de muerte para extinciones masivas, pero la vida de las plantas no se ve afectada al morir repentinamente tanto como al interrumpir una parte del ciclo de vida, como la reproducción, durante un largo período de tiempo, causando que la población menguan y potencialmente desaparecen ", dijo la coautora Cindy Looy, profesora asociada de biología integrativa de la Universidad de California en Berkeley.

"Las catástrofes mundiales de biodiversidad no son sobre la muerte sino sobre la poda de ramas evolutivas en el árbol de la vida a un ritmo mucho más alto que el brote 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, proporciona un ejemplo excelente que ilustra cómo la extinción que se desarrolla lentamente en la tierra sobre quizás decenas o cientos de miles de 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 o incluso un millón de años que produjeron lo que hoy se conoce como las trampas siberianas: campos de lava que cubren gran parte del norte de Rusia y originalmente abarcaron casi 3 millones de millas cuadradas con un espesor promedio de alrededor de 1,000 pies.

En 2004, Looy y su ex Ph.D. El asesor Henk Visscher propuso una forma en que esto podría haber funcionado, basado en esporas de plantas anormales fosilizadas encontradas en todo el mundo: gases volcánicos - halocarbonos como cloruro de metilo y bromuro de metilo - destruyeron gran parte o toda la capa de ozono de la Tierra, aumentando la exposición a UV-B han afectado la vida y potencialmente han 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 liderado 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 deformado, que se observa en los hemisferios norte y sur, coincidió con la disminución de los bosques en todo el mundo.

Encontrar evidencia de mecanismos de malformación en fósiles de polen de hace 252 millones de años es imposible, por lo que Looy y otros han buscado otras maneras de determinar si el aumento del UV-B interrumpió el ecosistema del Pérmico final. A Benca se le ocurrió una serie de experimentos utilizando plantas vivas para probar la hipótesis.

El primer experimento, usando pinos, se diseñó para descubrir si los niveles altos de UV-B podrían causar granos de polen mal formados en las plantas de semillas de hoy en día, similares a las descritas por Foster, y si estas malformaciones podrían afectar la reproducción. Exprimir un pino maduro en un laboratorio fue un punto de fricción hasta que Benca llegó a una solución novedosa: utilizar un cultivar enano seleccionado para bonsai que produce polen y conos de semillas fácilmente.

En 2013, transportó 60 pinos clónicos enanos a Berkeley desde un vivero de coníferas en Boring, Oregón. Después de aclimatarlos durante un año al aire libre a pleno sol con escasa agua y suelo pobre en nutrientes, condiciones típicas de esta especie alpina, Pinus mugo, realizaron un experimento de interior de 56 días utilizando lámparas de emisión de alta intensidad de UV-B.

En tres cámaras UV interiores independientes, Benca expuso los pinos enanos a 7.5, 10 y 13 veces la intensidad normal de UV-B 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 ocurrieron en varias longitudes de tiempo, que van desde 400,000 años a menos de 200,000 años.

De hecho, los pinos sí produjeron polen malformado. En las exposiciones medias y extremas, del 12 al 15 por ciento de los granos de polen estaban deformados, frente al 3 por ciento en los árboles normales y de baja exposición. El estudio anterior de Foster sugirió que los rendimientos de polen que tienen más del 3 por ciento de granos malformados están asociados 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 árboles en las cámaras.

Para sorpresa de los investigadores, sin embargo, todos los árboles sometidos a niveles de UV aumentados se volvieron estériles. Sus conos de semillas se marchitaron antes de que tuvieran la oportunidad de ser fertilizados. Esto pareció ser una reacción sistémica al estrés UV-B, ya que incluso los conos de semillas escondidos entre el follaje murieron.

"El sistema que utilizamos fue realmente bastante conservador", dijo Benca. "A diferencia de las estructuras semilleras relativamente desprotegidas de las plantas de semillas del Pérmico final afectadas, los pinos actuales tienen escamas de cono entrelazadas muy elaboradas y muy reforzadas que protegen sus semillas de los depredadores y el ambiente externo. Aun así, estos árboles abandonaron todas sus semillas conos. Pinus mugo es una especie alpina que debería ser bastante resistente al aumento de los niveles de UV ".

"Ese experimento Jeff's B-Blasto UV - algo así como un tiro largo calculado - produjo anormalidades de polen en una conífera moderna similar a las anormalidades observadas en microfósiles de hace 252 millones de años fue una de las cosas más emocionantes que he visto. 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 una Sociedad Paleontológica Premio Richard Bambach.


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