Palmeras en los polos: plantas fósiles revelan frondosos bosques del hemisferio sur en un antiguo clima de invernadero

31 de mayo de 2022 | Elaina Hancock - Comunicaciones de UConn

Las plantas antiguas brindan pistas sobre la vida en la Tierra en un clima más cálido y húmedo

Árida hoy, Australia alguna vez estuvo cubierta por frondosos bosques, según una nueva investigación (Adobe Stock).

Durante décadas, el paleobotánico David Greenwood ha recolectado plantas fósiles de Australia, algunas tan bien conservadas que es difícil creer que tengan millones de años. Estos fósiles contienen detalles sobre el mundo antiguo en el que prosperaron, y Greenwood y un equipo de investigadores, incluido el investigador y modelador climático David Hutchinson, de la Universidad de Nueva Gales del Sur, y el paleobotánico del Departamento de Geociencias de la UConn, Tammo Reichgelt, han comenzado el proceso de reuniendo la evidencia para ver qué más podían aprender de la colección. Sus hallazgos se publican en Paleoceanography & Paleoclimatology.

Los fósiles datan de hace 55 a 40 millones de años, durante la época del Eoceno. En ese momento, el mundo era mucho más cálido y húmedo, y estas condiciones de invernadero significaban que había palmeras en el Polo Norte y Sur y masas de tierra predominantemente áridas como Australia eran exuberantes y verdes. Reichgelt y sus coautores buscaron evidencia de diferencias en la precipitación y la productividad de las plantas entre entonces y ahora.

Dado que diferentes plantas prosperan en condiciones específicas, los fósiles de plantas pueden indicar en qué tipo de entornos vivían esas plantas.

Al centrarse en la morfología y las características taxonómicas de 12 floras diferentes, los investigadores desarrollaron una visión más detallada de cómo era el clima y la productividad en el antiguo mundo de invernadero de la época del Eoceno.

Reichgelt explica que el método morfológico se basa en el hecho de que las hojas de las angiospermas (plantas con flores) en general tienen una estrategia para responder al clima.

"Por ejemplo, si una planta tiene hojas grandes y se deja al sol y no recibe suficiente agua, comienza a marchitarse y morir debido al exceso de evaporación", dice Reichgelt. "Las plantas con hojas grandes también pierden calor a su entorno. Por lo tanto, encontrar una hoja fósil grande significa que lo más probable es que esta planta no creciera en un ambiente demasiado seco o demasiado frío para que ocurriera una evaporación excesiva o una pérdida de calor sensible. Estos y otros las características morfológicas se pueden vincular con el medio ambiente que podemos cuantificar. Podemos comparar los fósiles con las floras modernas de todo el mundo y encontrar la analogía más cercana".

El segundo enfoque fue taxonómico. "Si viajas a una montaña, la composición taxonómica de la flora cambia. En la parte baja de la montaña, puede haber un bosque caducifolio dominado por arces y hayas y, a medida que avanzas en la montaña, verás más bosques de abetos y abetos. ”, dice Reichgelt. "Encontrar fósiles de haya y arce probablemente signifique un clima más cálido que si encontramos fósiles de abeto y abeto". Tales preferencias climáticas de los grupos de plantas pueden usarse para reconstruir cuantitativamente el clima antiguo en el que crecía un grupo de plantas en un conjunto fósil.

Los resultados muestran que el clima del Eoceno habría sido muy diferente al clima moderno de Australia. Para mantener un paisaje verde y exuberante, el continente requería un suministro constante de precipitaciones. El calor significa más evaporación, y había más lluvia disponible para trasladarse al interior continental de Australia. Los niveles más altos de dióxido de carbono en la atmósfera en ese momento, de 1500 a 2000 partes por millón, también contribuyeron a la exuberancia a través de un proceso llamado fertilización con carbono. Reichgelt explica que con la gran abundancia de CO2, las plantas básicamente se estaban llenando la cara.

"El sur de Australia parece haber sido en gran parte boscoso, con una productividad primaria similar a la de los bosques estacionales, no muy diferentes a los de Nueva Inglaterra hoy en día", dice Reichgelt. "Hoy en el verano del hemisferio norte, hay un gran cambio en el ciclo del carbono, porque se extrae mucho dióxido de carbono debido a la productividad primaria en la enorme extensión de bosques que existe en un gran cinturón alrededor de 40 a 60 grados norte. En En el hemisferio sur, no existe tal masa de tierra en esas mismas latitudes en la actualidad. Pero Australia durante el Eoceno ocupó entre 40 y 60 grados al sur. Y como resultado, habría una gran masa de tierra altamente productiva durante el verano del hemisferio sur, que extraería carbono, más de lo que está haciendo Australia hoy, ya que es en gran parte árida".

Hutchinson dice que la evidencia geológica sugiere que el clima es muy sensible al CO2 y que este efecto puede ser mayor de lo que predicen nuestros modelos climáticos: "Los datos también sugieren que la amplificación polar del calentamiento fue muy fuerte, y nuestros modelos climáticos también tienden a subestimar representan este efecto. Entonces, si podemos mejorar nuestros modelos del mundo del Eoceno con alto contenido de CO2, podríamos mejorar nuestras predicciones del futuro".

Los proyectos futuros expandirán el conjunto de datos más allá de Australia para preguntar qué hace la productividad global durante un clima de invernadero a escala global.

"Tenemos grandes conjuntos de datos de fósiles de plantas que se han recolectado en todo el mundo, por lo que podemos aplicar los mismos métodos que usamos aquí para preguntar qué sucede con la productividad global de la biosfera", dice Reichgelt.

Con el aumento de las emisiones de carbono, hay más investigaciones para estudiar qué sucede en la biosfera con una mayor actividad fotosintética y eficiencia en el uso del agua en las plantas. Reichgelt explica que las plantas modernas no han tenido tiempo de evolucionar a las condiciones cambiantes de CO2. Sin embargo, al mirar al pasado, podemos obtener parte de esa información.

"Obviamente, las plantas tardarán mucho en adaptarse a los niveles cambiantes de CO2, pero las floras fósiles nos permiten echar un vistazo a la biosfera de los antiguos mundos de invernadero".

La rareza evolutiva de las plantas

Cuando aumenta el carbono atmosférico, el umbral de sequía de una planta desciende, dice Reichgelt. Esto se debe a que se abren pequeños poros en la superficie de las hojas llamados estomas para obtener la cantidad de alimento (CO2) que necesita la planta.

Reichgelt describe esto como una "rareza evolutiva" en las plantas; extraño porque no pueden regular la cantidad de agua que pierden frente a la cantidad de carbono que ganan. Es una cualidad que significa que las plantas siempre están investigando el medio ambiente para ver cuánto carbono pueden obtener, sin perder demasiada agua.

Cuando los niveles de CO2 aumentan en la atmósfera, el uso de agua de una planta disminuye. Durante largos períodos de tiempo, esta cualidad significa que pueden expandir sus áreas de distribución a regiones más secas. Las plantas también mejoran la retención de humedad de un área y, a medida que más y más plantas se establecen en una región, pueden crear un sistema de retroalimentación interna donde transpiran agua, que se acumula en las nubes y luego llueve, creando un ciclo hidrológico interno, que luego resulta en la expansión del bosque.

Reichgelt señala que los investigadores han observado este fenómeno en los bosques modernos de todo el mundo; por ejemplo, en las selvas tropicales de América del Sur, cuando los bosques fueron talados en gran escala, las lluvias dejaron de llegar. Esto sucedió porque el ciclo de retroalimentación hidrológica se rompió al eliminar la fuente de las nubes: los árboles que transpiran humedad.