Sedimentos marinos antiguos han revelado que las plantas terrestres comenzaron a enviar grandes cantidades de carbono a los océanos hace aproximadamente 455 millones de años.
Este descubrimiento ha modificado la comprensión del momento en que las plantas comenzaron a alterar los niveles de oxígeno, dióxido de carbono y el clima global, mucho antes de que los continentes estuvieran cubiertos por extensos bosques.
Capas de lutita marina registran un marcado aumento del carbono en relación con el fósforo en diversos lechos marinos.
Pistas químicas en la lutita antigua
Trabajando con un vasto conjunto de datos globales, Mingyu Zhao, del la Academia China de Ciencias (CAS), demostró que este cambio químico comenzó hace unos 455 millones de años y persistió a pesar de las cambiantes condiciones oceánicas.
En lugar de aparecer como una anomalía breve, la señal elevada continuó en intervalos posteriores, marcando un aumento sostenido del carbono derivado de plantas que llegó al mar.
Debido a que los fósiles de las primeras plantas terrestres son escasos y fragmentarios, este registro sedimentario se convierte en la línea de tiempo más clara para determinar cuándo las plantas comenzaron a remodelar los sistemas de la superficie terrestre.
Carbono y fósforo
Las plantas terrestres almacenan mucho más carbono en sus tejidos que las algas oceánicas, y este desequilibrio se manifiesta en los sedimentos.
Los científicos rastrean la relación carbono-fósforo –una comparación de carbono enterrado con fósforo enterrado– para identificar cuándo llegó material terrestre.
Las paredes celulares resistentes permiten a las plantas almacenar material rico en carbono sin necesidad de mucho fósforo, por lo que los restos de plantas sesgan la relación al alza.
Como los fósiles de las primeras plantas terrestres rara vez sobreviven, este rastro químico ofrece otra forma de determinar su expansión.
Estimación del carbono vegetal antiguo
En lugar de conjeturar a partir de unos pocos fósiles, el equipo estimó cuánta cantidad de carbono orgánico –restos ricos en carbono de seres vivos– llegó al lecho marino.
Un cálculo de dos fuentes trató las algas oceánicas y las plantas terrestres como las dos entradas, y luego utilizó la relación para dividir sus contribuciones.
En los sedimentos depositados desde entonces, el material derivado de la tierra representó alrededor del 42 por ciento, más o menos 15 por ciento, del carbono enterrado.
Las muestras modernas del lecho marino muestran una proporción similar de entre el 30 y el 57 por ciento de tierra, pero la eficiencia del transporte y el enterramiento antiguos podría haber sido diferente.
El enterramiento de carbono impulsa el oxígeno
Enterrar más carbono producido por las plantas cambia el aire de arriba, ya que el carbono atrapado no puede recombinarse más tarde con el oxígeno en forma de CO2.
Durante la fotosíntesis, las plantas transforman el dióxido de carbono en biomasa, y el enterramiento a largo plazo evita que ese carbono vuelva a convertirse en gas. Un informe reciente vinculó el pulso de carbono enterrado con el aumento del oxígeno y la disminución del dióxido de carbono.
“Un mayor enterramiento de carbono orgánico habría promovido la acumulación de oxígeno atmosférico al tiempo que reducía los niveles de dióxido de carbono”, afirmó el profesor Zhao.
La meteorización se une al proceso
A medida que las plantas se extendían por el suelo desnudo, exponían roca y suelo frescos a la lluvia, lo que aceleraba los cambios químicos.
Este proceso, llamado meteorización de silicatos –la descomposición química de las rocas de silicato que elimina el dióxido de carbono– también liberaba fósforo que alimenta un nuevo crecimiento.
“Estos efectos podrían haberse visto reforzados por una intensificada meteorización de silicatos y fósforo vinculada a la rápida diversificación de las plantas terrestres”, explicó Zhao.
Incluso con una rápida colonización, los científicos aún no pueden determinar cuánta meteorización adicional provino de las plantas y cuánta de los cambios climáticos y el movimiento de las placas.
La expansión temprana de las plantas fue desigual
Una parte del mundo antiguo mostró la señal ascendente primero, lo que sugiere que las plantas terrestres no se extendieron por todas partes a la vez.
Laurentia, una antigua masa continental que incluía gran parte de América del Norte, se ubicaba cerca del ecuador y ofrecía amplanas llanuras costeras.
Los sedimentos asociados a Laurentia muestran que el patrón rico en carbono apareció antes que en rocas comparables de otros continentes antiguos.
Este inicio desigual sugiere que los paisajes locales, y no solo el clima global, moldearon cuándo se establecieron las primeras comunidades vegetales.
Las primeras plantas impulsan los cambios en el carbono
Más tarde en la misma era, la señal sedimentaria aumentó en dos pulsos separados en lugar de ascender en línea recta.
Estos pulsos coincidieron con cambios en los isótopos de carbono –diferentes formas de carbono que dejan firmas químicas– conservados en rocas de todo el mundo.
Cuando se entierra más carbono como materia orgánica, los océanos pierden carbono más ligero y el grupo restante parece más pesado.
Vincular ambos registros sugiere que las primeras plantas terrestres ayudaron a impulsar los cambios en el ciclo global del carbono, aunque otras fuerzas también podrían haber participado.
Enfriamiento y extinción
Durante el período Ordovícico Superior, mucho antes de que existieran los dinosaurios, la Tierra entró en una edad de hielo. La mayoría de las especies eran marinas en ese momento, y muchas se extinguieron debido a los cambios climáticos.
El enfriamiento atrapó agua en capas de hielo, redujo el nivel del mar y comprimió los hábitats poco profundos donde prosperaba gran parte de la vida oceánica.
Un análisis mostró que el cambio climático dejó un patrón de supervivencia claro en los grupos durante esa extinción.
El enterramiento de carbono y la meteorización impulsados por las plantas podrían haber añadido presión, sin embargo, el estudio considera a las plantas como un actor en un evento complejo.
Los modelos prueban la sincronización de las plantas
Los modelos informáticos de la historia de la Tierra dependen de cuándo llegaron las plantas, porque el crecimiento de las plantas cambia la meteorización y el enterramiento de carbono al mismo tiempo.
Una herramienta, COPSE, un modelo que vincula carbono, oxígeno, fósforo, azufre y evolución, permitió al equipo liderado por CAS probar su sincronización.
Un artículo ya sugería que las plantas pequeñas, similares a los musgos, podrían aumentar el oxígeno mucho antes de que aparecieran los bosques.
La coincidencia de los resultados de COPSE con la química del lecho marino podría precisar la línea de tiempo del oxígeno, pero el enfoque aún depende de supuestos sobre lo que se enterró.
Las plantas remodelan los sistemas terrestres
La nueva señal sedimentaria sitúa a las primeras plantas terrestres en el centro de los sistemas terrestres, vinculando la química de las rocas con el clima y el aire.
El trabajo futuro puede probar la sincronización con hallazgos fósiles y marcadores químicos, y puede mostrar dónde arraigaron las primeras plantas.
El estudio se publica en Nature.
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