Fiecare extincție în masă din istoria Pământului a avut un numitor comun — mediul s-a schimbat mai repede decât a putut viața să se adapteze. Ideea circulă, sub o formă sau alta, de zeci de ani, însă nimeni nu o testase vreodată la o scară cu adevărat globală: pentru întreaga faună și pe toată întinderea timpului geologic. Această confirmare matematică oferă un avertisment direct pentru prezent, ajutând cercetătorii să evalueze riscul declanșării celei de-a șasea extincții în masă pe fondul schimbărilor climatice actuale.
Acum, un nou model teoretic dezvoltat de Massachusetts Institute of Technology (MIT) și de Universitatea din Leicester a făcut exact acest lucru — iar rezultatele se confirmă. Raportul dintre viteza cu care viața se poate adapta și viteza cu care se schimbă mediul prezice gravitatea extincțiilor în masă cu o precizie uimitoare. Iar cercetătorii notează, cu o oarecare prudență, un detaliu care dă de gândit: ritmurile actuale de schimbare a ciclului carbonului se apropie de pragul la care adaptarea începe să eșueze.
Cercetarea a fost condusă de Daniel Rothman, profesor de geofizică și codirector al Lorenz Center de la MIT, alături de Sergei Petrovskii, profesor de matematică aplicată la Universitatea din Leicester. Echipa a construit un model matematic pentru ceea ce numește „ipoteza nepotrivirii ritmurilor” — ideea că extincția survine atunci când schimbările de mediu depășesc ritmul adaptării evolutive — și l-a testat pe datele geologice și paleontologice care acoperă ultimii 450 de milioane de ani.
De ce este această descoperire importantă? Până acum, știam din studiul fosilelor că viața de pe Pământ a supraviețuit unor catastrofe inimaginabile, dar nu știam care este limita exactă a rezistenței sale. Importanța fascinantă a acestui model matematic este că ne oferă, pentru prima dată, un fel de „vitezometru” al colapsului biologic. Studiul demonstrează că nu contează neapărat cât de mult se încălzește clima sau se acidifică oceanul, ci cât de repede o face. Matematica de la MIT confirmă că, odată ce schimbările de mediu depășesc viteza cu care biologia poate „inventa” soluții de supraviețuire, ne îndreptăm inevitabil spre o extincție.
Ce declanșează, de fapt, o extincție în masă?
Rădăcinile intelectuale ale acestei lucrări coboară până în secolul al XVIII-lea. Atunci, naturalistul francez Georges Cuvier — considerat pe scară largă părintele fondator al paleontologiei — a avansat ideea că o specie ar putea dispărea cu totul, exterminată de o catastrofă ecologică de amploare. Cu timpul, acest catastrofism a cedat locul unei viziuni în care istoria Pământului era modelată de procese lente și treptate.
La mijlocul secolului XX, însă, geologul american Norman Newell a readus ideea centrală în prim-plan, într-o formă mai precisă: extincția se produce atunci când schimbările de mediu sunt mai rapide decât capacitatea unei specii de a evolua pentru a li se adapta. De atunci, biologii au documentat cum se manifestă această nepotrivire de ritm la nivelul speciilor luate individual.
Ce voiau să afle Rothman și Petrovskii era altceva: se aplică aceeași logică și la scara extincțiilor în masă globale? Nu la o specie izolată care se luptă cu o schimbare locală, ci la prăbușirea simultană a unor ramuri întregi din arborele vieții.
„Știm că speciile individuale se sting atunci când schimbările de mediu depășesc capacitatea lor de adaptare. Dar nu a fost clar dacă aceeași idee se aplică la scara evenimentelor de extincție globală.”, a spus Rothman, conform Earth.com.
Cum modelezi ceva ce nimeni nu a văzut vreodată
Aici apare însă o problemă spinoasă. Ritmurile de adaptare la nivelul unor grupuri întregi de animale, măsurate pe scări de timp geologice, pur și simplu nu pot fi observate direct. Nimeni nu a urmărit evoluția unei linii genealogice de-a lungul unui milion de ani ca să măsoare cât de repede a reacționat aceasta la schimbările climatice.
Soluția celor doi cercetători a fost să construiască o descriere matematică a ratelor de adaptare pornind de la principii fundamentale. O adaptare evolutivă reușită cere îndeplinirea simultană a mai multor condiții — variație ereditară, aptitudine diferențiată și un avantaj reproductiv pentru indivizii mai bine adaptați. Probabilitatea fiecărei condiții se înmulțește cu a celorlalte, iar din această structură matematică rezultă o curbă caracteristică, în formă de clopot: majoritatea grupurilor de animale se adaptează la ritmuri intermediare, iar un număr mai mic la ritmuri fie foarte lente, fie foarte rapide.
O nepotrivire care se poate măsura
Odată trasată această curbă generală, cercetătorii au confruntat-o cu înregistrările schimbărilor de mediu din 27 de episoade petrecute în ultimii 450 de milioane de ani — episoade în care ciclul global al carbonului a suferit perturbări semnificative. Apoi au calculat ce proporție din grupurile de animale au dispărut în fiecare dintre aceste episoade, folosind datele compilate de paleobiologul John Alroy.
Modelul a funcționat. Pentru aproape fiecare extincție în masă majoră din setul de date a existat o neconcordanță măsurabilă între viteza cu care s-a schimbat mediul și viteza cu care viața a reușit să se adapteze. Cu cât neconcordanța era mai mare, cu atât mai multe specii dispăreau. Gravitatea extincțiilor putea fi anticipată pornind chiar de la aceste ritmuri.
Ce ne dezvăluie sfârșitul Permianului
Cel mai grăitor exemplu este extincția de la sfârșitul Permianului, petrecută acum 252 de milioane de ani — cea mai gravă din istoria Pământului, care a șters de pe fața planetei peste 80% din speciile marine. Potrivit modelului, acidificarea rapidă a oceanelor a depășit capacitatea organismelor de a-și dezvolta mecanisme fiziologice de protecție pe măsură. Extincția din Permian a fost declanșată inițial de erupții vulcanice masive care au eliberat cantități uriașe de CO2 — un scenariu geochimic pe care cercetătorii îl compară adesea, la o altă scară de timp, cu emisiile industriale din prezent.
Un asemenea cataclism are nevoie de două ingrediente simultane: o schimbare rapidă a mediului și o proporție mare de specii ale căror rate de adaptare sunt inferioare celor impuse de schimbare. Iar curba în formă de clopot a ratelor de adaptare arată tocmai asta — majoritatea grupurilor de animale se înghesuie în zona de mijloc, ceea ce înseamnă că pot face față unor ritmuri moderate de schimbare, dar nu și celor rapide.
Viața s-a acordat la ritmul planetei?
Una dintre cele mai surprinzătoare observații ale studiului este că intervalul ratelor de adaptare din rândul grupurilor de animale seamănă, în linii mari, cu intervalul ritmurilor în care mediul se schimbă în mod natural. Iar această aliniere nu este deloc întâmplătoare.
„Ceea ce începem să observăm este un anumit nivel de organizare și moduri în care viața se comportă, care sunt în concordanță cu modul în care se comportă mediul. Este posibil ca viața să fi evoluat astfel încât gama sa de adaptabilități să corespundă cu gama de factori de stres cu care se confruntă.”, a spus Rothman.
Cu alte cuvinte, viața nu s-a mulțumit să răspundă pasiv la schimbările de mediu — e posibil ca, de-a lungul timpului geologic, să se fi sincronizat cu ritmul lumii în care trăiește. Și tocmai asta o face deosebit de vulnerabilă atunci când acel ritm depășește orice limită pentru care a fost pregătită.
Ne aflăm în pragul celei de-a șasea extincții în masă?
Cercetătorii rămân prudenți când vine vorba să aplice direct acest cadru conceptual la situația de azi. Totuși, Rothman nu ocolește cu totul implicația.
„Nivelurile de dioxid de carbon din ocean cresc astăzi într-un ritm care, odată redimensionat corespunzător, este similar cu ritmurile de schimbare ale ciclului carbonului care sunt doar puțin mai mici decât cele asociate cu marile evenimente de extincție din trecut. Acest lucru sugerează că schimbările de mediu moderne s-ar putea apropia de ritmuri dincolo de care adaptarea devine din ce în ce mai dificilă”, a concluzionat Rothman.
Pe măsură ce ciclul carbonului este din nou accelerat de activitatea umană, matematica extincțiilor ne avertizează că supraviețuirea nu este garantată doar de reziliență biologică, ci de timp — o resursă evolutivă care devine tot mai rară.
Studiul a fost publicat în revista Physical Review Letters.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Keratina din lână a generat un țesut osos mai bine organizat decât colagenul, la șobolani
Cea mai mare parte a aluminiului din lume își are originea într-o rocă cu aspect ciudat
Statul într-un picior a prezis cât vor trăi vârstnicii mai bine decât testul cardiopulmonar
Un izotop care nu există natural pe Pământ și valorează 25,6 milioane de dolari gramul tocmai a devenit mai ușor de produs
