En un estudio pionero en su tipo, investigadores de la Universidad de Stanford han medido cómo ha cambiado la abundancia de vida oceánica a lo largo de los últimos 500 millones de años de historia de la Tierra.
En general, la masa total de organismos marinos ha aumentado en general durante los últimos 500 millones de años, mostró el estudio, aunque con retrocesos después de grandes eventos de extinción.
Los hallazgos coinciden con la evidencia de un aumento similar de la biodiversidad marina (la variedad total de organismos) durante el último medio siglo, proveniente de estudios que datan del siglo XIX, lo que sugiere una conexión evolutiva entre la biomasa y la biodiversidad.
"Comprender la cantidad de biomasa es importante porque representa características clave de un ecosistema que no se reflejan en la cantidad de especies ni en la cantidad de nichos que ocupan", afirmó el autor principal del estudio, Pulkit Singh, investigador postdoctoral en Ciencias de la Tierra y Planetarias en la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford.
"Pero a medida que nos adentramos en el pasado, nuestras mediciones de biomasa son muy limitadas, por lo que ese era el gran vacío en la historia biológica que queríamos llenar con nuestro estudio".
Los resultados provienen de una recopilación y revisión exhaustiva de datos de miles de muestras de rocas que contienen restos esqueléticos, que en el entorno oceánico comprenden principalmente conchas de animales, ciertos tipos de algas y organismos unicelulares llamados protistas.
Los fósiles con restos esqueléticos registraron la cantidad de biomasa (el material que compone y produce los seres vivos) que se conservó a lo largo de diferentes intervalos geológicos.
La biomasa revela la productividad de un ecosistema, indicando la cantidad de energía (alimentos) presente y la cantidad de organismos que un sistema puede sustentar. La productividad, a su vez, refleja la salud del ecosistema y, en general, la salud del planeta.
Los investigadores han evitado durante mucho tiempo intentar medir la biomasa, dado el inmenso esfuerzo que se requiere para reunir datos relevantes y la posibilidad de que éstos no sean suficientes para revelar patrones significativos. Singh aceptó el desafío y dedicó varios años a recopilar datos publicados durante décadas, además de agregar nuevos datos de sus propias muestras.
"El primer esfuerzo cuantitativo para documentar y graficar la biodiversidad a lo largo del tiempo geológico se realizó en 1860, pero hasta el artículo de Pulkit, nunca se había publicado un estudio correspondiente sobre la biomasa a lo largo del tiempo", afirmó Jonathan Payne, autor principal del estudio y profesor Dorrell William Kirby de Ciencias de la Tierra y Planetarias en Stanford.
"Me impresiona su valentía intelectual al arriesgarse en un proyecto como este".
Para el estudio, Singh y sus colegas analizaron más de 7.700 muestras de caliza marina de todo el mundo, que abarcan los últimos 540 millones de años y que han sido documentadas en más de 100 estudios científicos. El equipo de investigación se basó en datos recopilados mediante un método estándar conocido como recuento de puntos petrográficos para evaluar el porcentaje de cada muestra que contenía restos esqueléticos.
Esta técnica, que requiere mucho tiempo, implica cortar y pulir las rocas en capas muy finas para que la luz pueda atravesarlas y luego examinar bajo un microscopio las delgadas secciones de las muestras de roca para cuantificar su composición.
Durante el Cámbrico, el período más antiguo muestreado que comenzó hace unos 540 millones de años, los investigadores encontraron que menos del 10% de las rocas, en promedio, estaban compuestas de material de concha. Cuando el Período Cámbrico dio paso al Período Ordovícico hace unos 485 millones de años, ese porcentaje aumentó, lo que refleja en parte la "Explosión Cámbrica", cuando la vida en la Tierra se expandió dramáticamente en diversidad y complejidad.
Las esponjas calcificantes inicialmente contribuyeron notablemente a la biomasa, pero luego fueron superadas por equinodermos recientemente evolucionados (incluidos los ancestros de las actuales estrellas de mar) y artrópodos marinos, incluidos los trilobites extintos y los ancestros de los cangrejos.
Durante gran parte de los siguientes 230 millones de años, el contenido de conchas aumentó muy por encima del 20%, con una disminución significativa durante uno de los "Cinco Grandes" eventos de extinción masiva en el Devónico tardío, hace unos 375 a 360 millones de años. La mayor caída en la historia viva se produjo hace unos 250 millones de años durante la "Gran Mortandad", la extinción del Pérmico-Triásico, cuando el porcentaje de conchas se desplomó a alrededor del 3%.
La vida se recuperó y, a excepción de importantes extinciones masivas posteriores (la extinción del final del Triásico hace unos 200 millones de años y la del Cretácico-Paleógeno hace unos 66 millones de años, que mató infamemente a los dinosaurios no aviares), la biomasa ha experimentado un auge en nuestra era geológica actual, el Cenozoico, con conchas que superan el 40% del volumen de la roca, gracias en parte a las sustanciales contribuciones de los moluscos y los corales.
"El patrón general que pudimos captar es que se trata de un aumento gradual", dijo Singh.
Uno de los mayores desafíos al realizar el estudio fue determinar si el creciente contenido de conchas en las rocas realmente indicaba un aumento en la bioabundancia con el tiempo o si estaban detrás del patrón otros factores ecológicos, como una disminución en los depredadores que perforan y destruyen conchas, o sesgos metodológicos de la muestra.
Para contrastar sus resultados, los investigadores realizaron una serie de pruebas rigurosas. Clasificaron las muestras según el entorno depositacional de aguas profundas o someras, teniendo en cuenta que los restos de conchas se acumulan con mayor frecuencia en aguas someras con mayor densidad de población.
Los investigadores también clasificaron las muestras según las diferentes latitudes, ubicaciones y formas de los predecesores de los continentes actuales. A pesar de todo, la señal se mantuvo muy consistente en todas las profundidades del agua, latitudes y entornos geológicos.
"Cuanto más pruebas hicimos y más dividimos nuestro conjunto de datos, nos dimos cuenta de que estos grandes patrones biológicos que estábamos observando permanecieron a lo largo del tiempo", dijo Singh.
En cuanto al aumento general de la vida marina, la evidencia apunta a tendencias paralelas hacia una mayor diversidad. A medida que los organismos marinos se especializan más y sus especializaciones son más variables, se puede extraer más energía de los nutrientes y recursos alimenticios disponibles.
Este reciclaje mejorado de nutrientes comienza con los autótrofos, como el fitoplancton, que se "alimentan" fotosintéticamente de la luz solar y termina con los descomponedores que devuelven al medio ambiente los nutrientes que absorben los autótrofos.
"La idea general es que hay más alimentos disponibles en los ecosistemas y, debido a eso, los ecosistemas pueden sustentar más vida, hay más energía disponible y eso conduce a una mayor abundancia expresada en biomasa", dijo Singh.
Podría cuestionarse si la plenitud observada durante los últimos cientos de millones de años persistirá o no, considerando los impactos de las actividades humanas. Aunque la gente ha provocado el vertido de fertilizantes, la sobrepesca, la acidificación de los océanos y otros fenómenos durante un mero lapso de tiempo geológico, los científicos han documentado ampliamente una sexta extinción masiva en curso, impulsada por los humanos.
La acumulación de pérdidas de biodiversidad podría potencialmente reducir la biomasa, y viceversa, una señal que tal vez podría captarse en el registro fósil que se está formando actualmente.
"Desde la perspectiva de nuestro estudio, los tiempos modernos son bastante complicados dada la magnitud de la actividad humana, que está alterando rápidamente las condiciones en todo el planeta, incluso en los océanos", dijo Payne, quien también es investigador principal del Instituto Woods para el Medio Ambiente de Stanford.
"Pero nuestros hallazgos muestran que la biomasa total está vinculada a la biodiversidad y que las pérdidas de biodiversidad pueden reducir la productividad durante intervalos geológicamente significativos, lo que añade un argumento más a favor de la importancia de conservar la biodiversidad para la salud humana y de nuestro planeta".
La investigación se publica en Current Biology: Macroevolutionary coupling of marine biomass and biodiversity across the Phanerozoic
