Simulando una extinción masiva planetaria en un invernadero de Santa Cruz

Como van los días malos, es difícil superar el de hace 66 millones de años cuando una roca espacial del tamaño de París se estrelló contra la Tierra a 45,000 mph.

El calor del impacto generó incendios masivos que aniquilaron todo a su alrededor y enviaron columnas colosales de contaminantes a la atmósfera. En uno o dos días, nubes tóxicas de roca pulverizada, aerosoles de sulfato y hollín de incendios forestales habían cubierto el planeta, bloqueando toda la energía del sol excepto una pequeña fracción y deteniendo virtualmente la fotosíntesis por única vez conocida en la historia.

Ningún evento anterior o posterior ha devastado tan profundamente los procesos básicos que hacen posible la vida aquí. La Tierra se convirtió en un paisaje oscuro y nocivo de vegetación muerta cubierta de cadáveres carbonizados de dinosaurios, pterosaurios y otras criaturas.

Para cuando terminó el evento de extinción del Cretácico-Paleógeno, o K-Pg, alrededor de las tres cuartas partes de las especies vivas en el momento del impacto habían desaparecido para siempre.

Eventualmente, los primeros brotes verdes de vida emergieron de los detritos. Nadie sabe exactamente cuándo aparecieron estos primeros brotes, pero el registro fósil nos dice qué eran: helechos. Muchos de ellos.

La desaparición de los dinosaurios recibe toda la atención, pero la supervivencia de las plantas es un capítulo al menos igual de importante en la historia del planeta. ¿Por qué prosperaron los helechos cuando casi todo lo demás fue destruido? ¿Y qué podría decirnos su extraordinaria resistencia sobre cómo les iría a los ecosistemas actuales después de otro cataclismo?

Afortunadamente, «en realidad no es tan difícil simular una extinción masiva», dijo Emily Sessa, especialista en sistemas de plantas en el Jardín Botánico de Nueva York en el Bronx.

Eso es exactamente lo que está haciendo su equipo.

Sessa es la investigadora principal de un proyecto financiado por la NASA para explorar la recuperación de los helechos en el mundo posterior a la extinción. Al comparar la evidencia fósil con las observaciones de plantas en condiciones apocalípticas, el equipo espera comprender mejor cómo esta humilde flora acumuló uno de los registros más impresionantes de supervivencia en la Tierra y cómo su fuerza catalizó la recuperación del resto del planeta.

El trabajo llamó la atención de la NASA, que tiene un interés de larga data en comprender los factores que impulsan la evolución y la extinción en este planeta y, potencialmente, en otros.

«Comprender la respuesta que tuvieron los helechos a este enorme cataclismo puede ser muy informativo», dijo la Dra. Lindsay Hays, oficial principal del Programa de Investigación de Exobiología de la NASA. Ella dijo que espera que el experimento ofrezca nuevos conocimientos sobre cómo los eventos que terminan una época «pueden ser impulsores importantes para la vida en otros lugares».

El ambicioso estudio comenzó como un boceto en el reverso de una servilleta de cóctel en el bar de un hotel donde Sessa, entonces profesora de sistemática de plantas en la Universidad de Florida, y Jarmila Pittermann, profesora de fisiología vegetal en UC Santa Cruz, estaban informando después una conferencia. Ambos compartían un interés académico por los helechos y sabían que la NASA estaba financiando investigaciones sobre exobiología, el estudio de la vida potencial más allá de la Tierra.

Dado que el registro fósil muestra un pico en la distribución de esporas de helecho en un momento en que casi nada más había logrado mantenerse con vida, la pareja se preguntó qué podrían decirnos las plantas sobre lo que se necesita para sobrevivir en entornos hostiles e improbables. Resultó que los helechos tendrían mucho que contar.

Pittermann y Sessa contactaron a Regan Dunn, paleobotánica de La Brea Tar Pits, y a Ellen Currano, paleobotánica de la Universidad de Wyoming, y les pidieron que recolectaran muestras de rocas del Paleógeno temprano que podrían tener evidencia fósil de la espora de helecho. . Dunn y Currano pasaron un mes en el campo buscando rocas que tuvieran la franja reveladora de depósitos de iridio que dejó el impacto del asteroide en la Tierra. Perforaron muestras por encima y por debajo de la línea en cinco lugares de Nuevo México y Colorado y peinaron los sitios en busca de fósiles de hojas para averiguar qué tipo de helechos existían en el momento del impacto.

Enviaron las muestras a un laboratorio comercial especializado que trituró la roca y disolvió los minerales, dejando esporas de helechos y hongos, granos de polen, fragmentos de hojas y otros rastros microscópicos de vida vegetal prehistórica. La paleoecóloga Jacqueline Gill de la Universidad de Maine les ayudó a analizarlo todo.

Luego se trataba de comparar la evidencia histórica con los datos recopilados durante una recreación de la vida real de la catástrofe K-Pg.

Jarmila Pittermann, profesora de biología vegetal, revisa las plantas dentro del invernadero.

(Nic Coury / Para The Times)

Eso significó crear un escenario post-apocalíptico en un invernadero en el techo del Edificio de Ciencias Interdisciplinarias de UC Santa Cruz.

El espacio de 12 por 20 pies cuadrados se equipó el verano pasado con aproximadamente 140 plantas representativas del Cretácico tardío: palmeras puntiagudas, metasequoia plumosa, helechos con volantes. Entre los helechos había una variedad llamada Blechnum picante, también conocido como helecho duro o helecho ciervo. Versiones de esta planta estuvieron en el planeta durante casi 300 millones de años antes de que la roca espacial se estrellara contra la Tierra.

Durante más de tres meses, las plantas florecieron en sus macetas de un galón en condiciones atmosféricas similares a las del momento del impacto del asteroide: cálido y húmedo con niveles de dióxido de carbono de 1.000 partes por millón, más del doble que la atmósfera actual. .

“Felices condiciones del Cretácico”, dijo Pittermann.

Esas condiciones cambiaron abruptamente a fines de octubre.

El especialista en investigación Alex Baer pintó el exterior del invernadero con varias capas de cal mezcladas con un endurecedor para bloquear los rayos del sol y ayudar al revestimiento a resistir las tormentas de invierno. Luego colgó lonas y láminas de Mylar sobre el techo para bloquear cualquier resto de luz.

El experimento de la UC Santa Cruz involucró unas 140 plantas representativas del Cretácico tardío: palmeras, helechos, metasecuoyas.

(Nic Coury / Para The Times)

Para completar la transformación, Baer redujo la temperatura de 77 grados Fahrenheit a 50 grados y roció regularmente a las plantas con una solución diseñada para imitar la lluvia ácida que se cree que cayó sobre el mundo posterior al impacto.

En un mes, lo que había sido una exuberante colección de follaje parecía una triste reunión de plantas de interior abandonadas.

Las plantas de hoja caduca entraron en modo invernal y dejaron caer sus hojas en la primera semana, dijo Pittermann, un colapso sorprendentemente rápido que subrayó la rapidez de la extinción de K-Pg.

Otros sufrieron muertes más prolongadas.

«Con el Blechnum, lo que vimos fue más una pérdida dolorosa y lenta de las hojas”, dijo Baer. “Parecía que era una especie de sufrimiento”.

Algunas plantas mostraron rastros de la resiliencia de sus antepasados ​​frente a la calamidad. El Secuoya sempervirenso secoya de la costa, entró en una especie de limbo vegetal en la oscuridad, sin crecer ni mostrar signos visibles de decadencia.

Pero ¿qué pasa con el Blechnum? A medida que avanzaba la fase oscura, su supervivencia parecía incierta.

Los científicos creen que la luz del día y la temperatura tardaron entre dos años y varias décadas en volver a los niveles previos al impacto. La practicidad exigió que el equipo de investigación acortara ese plazo. Así que a mediados de abril, después de unos seis meses de invierno de impacto artificial, se bajaron las lonas, se detuvieron los baños de ácido y se raspó el encalado del vidrio, una versión abreviada del reajuste gradual del Paleógeno.

Los investigadores conocían la vida. podría regresar después de condiciones tan terribles: no estaríamos aquí si no pudiera. Pero queda por ver cuánto tiempo tomará y cómo será la recuperación.

Los primeros brotes de color verde primaveral comenzaron a emerger junto con los restos marrones marchitos a los pocos días del regreso de la luz. Dos semanas después, hojas de helecho se derramaron de varias macetas, y los diminutos retoños de secuoya y sicómoro volvieron a tener hojas.

Solo el Blechnum parecía no haber superado el agonizante colapso: cuando Baer cortó una muestra para analizarla, no pudo encontrar rastros de rizoma saludable o tallo de helecho, como las otras plantas. En una caminata reciente por el invernadero, Baer inspeccionó una maceta que contenía sus restos secos y aparentemente sin vida.

De repente, Pittermann jadeó. Allí, sobresaliendo del suelo, había un diminuto zarcillo verde. El Blechnum lo había hecho después de todo, tal como lo hizo su antepasado hace 66 millones de años.

Alex Baer y Jarmila Pittermann examinan helechos dentro del invernadero donde simularon las condiciones del evento de extinción K-Pg.

(Nic Coury / Para The Times)

Cuando se le preguntó si los helechos podrían considerarse la cucaracha del mundo de las plantas, Pittermann objetó y solo dijo que son «resistentes». Pero son una clase de plantas excepcionalmente resistente.

“En realidad, tienen un tipo especial de fotorreceptor que las plantas con flores y otras plantas con semillas no tienen, por lo que pueden realizar la fotosíntesis en condiciones de muy poca luz”, dijo Sessa. Los helechos también toleran los suelos ácidos y pobres en nutrientes, y algunas especies pueden absorber metales pesados ​​del suelo contaminado, limpiando la tierra con su presencia.

Después de un desastre, ya sea un incendio forestal o el impacto de un meteorito gigante, «si son capaces de entrar allí y comenzar a absorber metales pesados ​​del suelo y realizar sus procesos normales de vida y muerte, Entonces vamos a crear nueva materia orgánica”, dijo Sessa. “Básicamente, simplemente actúan como las primeras especies pioneras o colonizadoras que pueden apoderarse de un tipo de paisaje devastado y comenzar a devolverle la vida”.

El registro fósil sugirió esto, pero el experimento de Santa Cruz fue el primero en mostrar cómo sucedió realmente.

Si bien comparar especímenes fosilizados con criaturas vivas análogas es «una vieja tradición en paleontología», ningún equipo de investigación ha utilizado el método para explorar la extinción de K-Pg, dijo Scott Wing, geólogo y curador de paleobotánica en la Institución Smithsonian.

“Si desea comprender los efectos de la devastación global en los ecosistemas y la evolución, este es el primer capítulo en la historia de la Tierra al que debe acudir”, dijo Wing. «También es un gran capítulo para tratar de comprender cómo se recupera la vida a lo largo del tiempo tanto ecológico como evolutivo».

Descubrir cómo los ecosistemas se recuperan de una catástrofe no se trata solo de comprender el pasado del planeta. Los descubrimientos podrían ayudar a asegurar su futuro.

Los habitantes de la Tierra no son los blancos fáciles que eran a finales del Cretácico. La NASA puede ver asteroides potencialmente peligrosos con décadas de anticipación y está desarrollando formas de protegernos de los que se dirigen hacia nosotros. El año pasado, la NASA desvió con éxito un objeto espacial en movimiento por primera vez, un paso clave en la defensa planetaria.

Pero vale la pena saber lo que podría suceder en el peor de los casos que repentinamente desencadenó tales condiciones, ya sea un intruso del espacio exterior o un ataque nuclear de cosecha propia. Incluso si nuestra especie estuviera tostada, hay evidencia alentadora de que la vida en el planeta, especialmente el tipo de helecho, encontraría la manera de continuar sin nosotros.