La atmósfera de la Tierra está compuesta de una gran cantidad de nitrógeno (78 por ciento), un poco de oxígeno (21 por ciento), una salpicadura de argón (0.93 por ciento), una pequeña cantidad de dióxido de carbono (0.038 por ciento) y pequeñas cantidades de otros gases. . Pero no siempre ha sido así. La composición de los gases en la atmósfera puede cambiar (y está cambiando ahora a medida que quemamos combustibles fósiles), y el registro fósil revela cómo algo tan engañosamente simple como el aire puede influir en la historia de la vida.
Si visitó lo que ahora es América del Norte hace 300 millones de años, cerca del final del período carbonífero, habría sido recibido por una escena muy desconocida. El paisaje estaba dominado por vastos pantanos llenos de enormes lycopods (parientes de musgos que crecían hasta el tamaño de los árboles), vertebrados anfibios de hasta casi 20 pies de largo y enormes artrópodos. El Meganeura, un pariente de la libélula que tenía una envergadura de más de dos pies de ancho, zumbó en el aire sobre el gigante Arthropleura, un milpiés de nueve pies de largo. Nunca antes o desde entonces los invertebrados terrestres han crecido a tamaños tan prodigiosos.
El desencadenante de este gigantismo desenfrenado fue una característica peculiar y recientemente evolucionada de las plantas que elevaron los niveles de oxígeno hasta el 35 por ciento de la atmósfera durante el Carbonífero tardío. Los frondosos bosques ecuatoriales produjeron una cantidad considerable de oxígeno como subproducto de la fotosíntesis, pero eso por sí solo no fue suficiente para llevar el oxígeno atmosférico a niveles tan altos. La causa fue el compuesto químico lignina, que las plantas usan para acumularse. Las bacterias de la época eran tan ineficientes para descomponer la lignina en las plantas muertas que dejaron una gran cantidad de material vegetal rico en carbono para ser secuestrado en los pantanos (y eventualmente transformarse en los ricos depósitos de carbón que dieron su nombre al Carbonífero) . Las bacterias usan oxígeno a medida que descomponen el material rico en carbono, pero la lignina impidió este proceso hasta que las bacterias desarrollaron la capacidad de descomponer el compuesto. Esta peculiaridad biológica hizo que los niveles de oxígeno se dispararan.
El exceso de oxígeno permitió a los anfibios, que absorben parte del gas a través de sus pieles, respirar de manera más eficiente y crecer a tamaños más grandes. Los artrópodos respiran de una manera diferente: poseen una red de tubos ramificados llamados tráqueas que conectan pequeñas aberturas en el exoesqueleto de un invertebrado con sus células, y el oxígeno se filtra a través del cuerpo a través de este sistema. En una atmósfera rica en oxígeno, se podría difundir más oxígeno a través de esta red de ramificación, y esto abrió vías evolutivas que también permitieron a los artrópodos crecer en proporciones gigantescas. El hecho de que el oxígeno también hubiera aumentado la presión del aire significaba que los grandes insectos voladores de la época se habrían levantado más para cada latido de sus alas, permitiendo que los artrópodos voladores alcanzaran tamaños que son estructuralmente imposibles para sus parientes actuales. .
Mientras los artrópodos gigantes se arrastraban y zumbaban, los primeros amniotas, vertebrados con forma de lagarto que habían roto su vínculo con el agua a través de su capacidad de reproducirse a través de huevos sin cáscara, también se estaban diversificando. Durante el siguiente capítulo de la historia de la Tierra, el Pérmico (hace unos 299 millones a 251 millones de años), estos primeros parientes de dinosaurios y mamíferos dieron lugar a una variedad de nuevas formas, con los parientes de los primeros mamíferos (conocidos colectivamente como sinápsidos), especialmente, ganando dominio ecológico. Por primera vez, los ecosistemas terrestres respaldaron una red interconectada de depredadores y herbívoros de varios tamaños, y hace aproximadamente 250 millones de años había aproximadamente 40 familias diferentes de vertebrados terrestres que habitaban el globo. Pero al cierre del período, casi toda esa diversidad se extinguió por la mayor catástrofe natural que este planeta haya conocido.
Durante los primeros días de la paleontología, los naturalistas marcaron los límites de la historia geológica por la desaparición abrupta y masiva de algunas especies del registro fósil seguido de la aparición de una nueva fauna diferente. No se dieron cuenta en ese momento, pero lo que estaban haciendo fue marcar las extinciones en masa, y el que terminó con el Pérmico fue quizás el peor en la historia de la tierra. Hasta el 95 por ciento de todas las criaturas marinas conocidas fueron aniquiladas, al igual que el 70 por ciento de los animales terrestres. El paleontólogo de la Universidad de Bristol, Michael Benton, ha llamado a este evento "cuando la vida casi muere".
Sin embargo, identificar un evento de extinción en masa no es lo mismo que explicarlo, y la catástrofe al final del Pérmico es quizás el misterio de asesinato más desconcertante de todos los tiempos. Los científicos han propuesto una lista de posibles desencadenantes de extinción, incluido el enfriamiento global, el bombardeo de rayos cósmicos, el cambio de continentes y los impactos de asteroides, pero el principal sospechoso de muchos paleontólogos ahora son las intensas erupciones de las trampas siberianas, volcanes que cubrieron casi 800, 000 millas cuadradas de lo que ahora es Rusia con lava.
La tierra era mucho más cálida al final del Pérmico de lo que es hoy. La atmósfera era relativamente rica en dióxido de carbono, lo que alimentó un mundo de invernaderos en el que casi no había glaciares. La erupción de las trampas siberianas habría agregado grandes cantidades de gases de efecto invernadero a la atmósfera, causando un mayor calentamiento global, aumentando la acidez del océano y reduciendo los niveles de oxígeno atmosférico. Estos cambios drásticos en la atmósfera y los efectos ambientales resultantes habrían causado que muchos organismos se asfixiaran por la falta de oxígeno, mientras que otros hubieran muerto por un exceso de dióxido de carbono en la sangre o hubieran perecido de otro modo porque no podían hacer frente fisiológicamente a estos nuevos condiciones Donde las comunidades ricas y diversas de organismos alguna vez prosperaron, la extinción dejó solo comunidades "en crisis" de unas pocas especies que proliferaron en los hábitats vacantes.
Aunque estos cambios en la atmósfera podaron en gran medida el árbol evolutivo hace 251 millones de años, no hicieron que el planeta fuera permanentemente inhóspito. La vida continuó evolucionando, y los niveles de oxígeno, dióxido de carbono y otros gases continuaron fluctuando, estimulando el clima de estados de "invernadero" a "invernadero" en numerosas ocasiones.
La tierra ahora puede estar entrando en una nueva era de invernadero, pero lo que es único sobre el presente es que los humanos están tomando un papel activo en la configuración del aire. El apetito por los combustibles fósiles está alterando la atmósfera de una manera que cambiará el clima, agregando más dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero a la mezcla, y estas fluctuaciones podrían tener implicaciones importantes tanto para la extinción como para la evolución.
Las condiciones actuales de la Tierra son lo suficientemente diferentes de las del Pérmico Tardío que una catástrofe similar es poco probable, pero cuanto más aprendemos sobre climas antiguos, más claro es que los cambios repentinos en la atmósfera pueden ser mortales. Un estudio reciente dirigido por la biogeoquímica Natalia Shakhova, del Centro Internacional de Investigación del Ártico, sugiere que podríamos estar llegando a un punto de inflexión que podría acelerar rápidamente el calentamiento global que ya está alterando los ecosistemas de todo el mundo. Una inmensa reserva de metano, uno de los gases de efecto invernadero más potentes, se encuentra debajo del permafrost de la plataforma ártica del este de Siberia. El permafrost actúa como una tapa congelada sobre el gas, pero Shakhova descubrió que la tapa tiene una fuga. Los científicos no están seguros de si la fuga de metano es normal o un producto reciente del calentamiento global, pero si las proyecciones actuales son correctas, a medida que el clima global se calienta, el nivel del mar aumentará e inundará la plataforma ártica de Siberia Oriental, que derretirá el permafrost y liberar aún más gas. A medida que se acumulan más gases de efecto invernadero, el planeta se acerca cada vez más a este y otros posibles puntos de inflexión que podrían desencadenar cambios rápidos en los hábitats de todo el mundo.
Quizás las condiciones peculiares que permitieron a los artrópodos gigantes volar a través del aire compuesto de 35 por ciento de oxígeno nunca se repetirán, y podemos esperar que la tierra no repita la catástrofe al final del Pérmico, pero al fomentar un clima de invernadero nuestra especie es cambiando activamente la historia de la vida en la tierra. La forma en que estos cambios nos afectarán, así como al resto de la biodiversidad del mundo, eventualmente se registrará en el registro fósil en constante expansión.
