Ancient plants escaped the end-Permian mass extinction
A global biodiversity crash 251.9 million years ago
has revealed how ecosystems respond to extreme perturbation. The finding
that terrestrial ecosystems were less affected than marine ones is
unexpected.
Changes in Earth’s biodiversity recorded in
fossils over various spatial and timescales reveal the comings and
goings of species as they emerge and go extinct, and offer insights into
how both species and the ecosystems they inhabit respond to
perturbation. These patterns of the past provide models that might help
us to understand the changes that life on Earth will experience in the
future. The end-Permian mass extinction, often called the mother of mass
extinctions1, is a focus of such studies. Large waves of extinctions occurred over a time interval of 60,000 to 120,000 years2
at the end of the Permian period, which lasted from 298.9 million to
251.9 million years ago. Fossil studies indicate that more than 90% of
marine invertebrates went extinct3 as a consequence of extreme perturbations of the conditions on Earth, including intense volcanic activity. Writing in Nature Communications, Fielding et al.4 and Nowak et al.5
reveal what happened to terrestrial plants during the end-Permian
crisis. Both contributions are well supported by an array of data, and
both tell a slightly different story.
How terrestrial ecosystems were affected during the
end-Permian mass extinction is not as well understood as the changes
that occurred in marine ecosystems. There are biases in the fossil
record of plants, and the invertebrate and vertebrate communities they
supported, because the preservation potential of these organisms is
highly dependent on the physico-chemical conditions of where they lived6.
Larger plant components, such as leaves or stems (the macrofloral
parts), are easily broken down, and this material is often recycled in
the ecosystem. By contrast, plant reproductive material — spores and
pollen — are protected by molecules that prevent degradation. Spores and
pollen are produced annually at logarithmically higher numbers than
other plant parts that sit above ground, which favours their
preservation in sediments over more easily decayed plant structures.
Moreover,
rocks from around the time of the extinction event are notoriously
incomplete — sediments from certain times can be missing from ancient
rock layers7.
When this relative incompleteness of rock layers that would preserve
fossil parts is added to the equation, interpreting patterns of species
presence during this key episode in our planet’s history becomes
complicated.
Fielding and colleagues report a regional study that uses the plant fossil record
of spores, pollen and macrofloral remains in layers of rock from the
Sydney Basin, Australia, in which layers from the time of the
end-Permian crisis event are reported to be present. The authors present
a comprehensive data set that includes an analysis of the layers,
fossils and geochemistry within a known time frame. Synthesizing their
data, the authors propose that the onset of a short-lived change in
summer temperatures and a rise in seasonal temperatures across eastern
Australia, about 370,000 years before the onset of the end-Permian
marine extinction event, caused the regional collapse of Glossopteris
flora (Fig. 1).
Fossils of this extinct plant are preserved mainly in
ancient wetlands, and it was the dominant type of forest species in the
Southern Hemisphere. Other Southern Hemisphere records seem to show that
Glossopteris survived for some time into the subsequent Triassic
period (which lasted between 251.9 million and 201.3 million years ago)
in Antarctica8,
although exactly when they went extinct in the Triassic is unknown.
Fielding and colleagues use the region-specific collapse of Glossopteris as
a scenario for how vegetation might respond to current global warming. A
regional loss in the Southern Hemisphere of a major plant group that
has growth requirements highly sensitive to climate change, particularly
in the temperature requirements for its essential processes, might be a
harbinger of the plant group’s ultimate extinction.
Figure 1 | Fossilized leaves of Glossopteris from Australia.Glossopteris flora were a dominant forest species in the Southern Hemisphere in ancient times. Fielding et al.4 and Nowak et al.5 report their analyses of plant fossils, including Glossopteris,
which reveal that ancient plants from around 251.9 million years ago
did not undergo the mass-extinction event that was seen in marine
invertebrates at that time.Credit: Wild Horizons/UIG/Getty
Fielding and colleagues’ finding that the extinction of Glossopteris
occurred about 370,000 years before the marine extinction event, and
was coincident with the onset of massive volcanic activity, should now
lead to investigations elsewhere in the Permian record to determine
whether the loss of other wetland plants acts as a ‘canary in the coal
mine’.
One long-held model9,10
for terrestrial ecosystem turnover and replacement of species between
the Permian and the end of the Middle Triassic (between 251.9 million
and around 237 million years ago) has focused on the effects of a global
trend towards aridification. It was proposed that, after a worldwide
collapse of plant communities and a mass extinction of species that
cascaded through the food chain9, there was a change in the floral species across global landscapes by the Middle Triassic period. For the demise of Glossopteris,
Fielding and colleagues find no evidence of an aridification trend in
their region that would suggest that a hot terrestrial landscape
promoted a mass extinction of plants during the time of the end-Permian
crisis.
This conclusion of Fielding and colleagues’ regional work
is supported by a comprehensive analysis of plant fossil records on a
global scale conducted by Nowak and colleagues. The authors analysed the
patterns of previously reported plant fossils from 259.1 million to
around 237 million years ago, which spans the end-Permian mass
extinction and the Early and Middle Triassic. They generated a database
that includes information on more than 7,300 plant macrofossils and
nearly 43,000 fossil records of pollen or spores. So far, this is the
most comprehensive database generated for floral analysis before and
after the end-Permian crisis. It amasses the evidence that has been
considered by many palaeontologists to indicate a trend in mass
extinction of terrestrial plants that mirrors that of the marine mass
extinction9.
The
authors present origination, extinction and turnover patterns at the
level of species and genera on a stage-by-stage basis (stages being
steps in the geological timescale). The diversity of genera was
relatively constant across the time interval, although the species
diversity of macrofloral fossils dropped 251.9 million years ago. The
diversity of genera represented by spores and pollen remained constant
across the time frame studied, although Nowak et al. note a small
decline in species-level diversity around 251.9 million years ago. Of
the groups of plants that have either pollen or spores, the
spore-bearing ferns, as well as the pollen-producing seed ferns and
cycads, declined in diversity during this time, whereas the
pollen-bearing conifers and ginkgos increased in diversity.
In contrast to prevailing wisdom, Nowak and colleagues demonstrate that land plants did not experience widespread extinction during Earth’s most severe biological crisis. Their conclusion is similar to that drawn for terrestrial vertebrates11.
This leaves the relationship between the end-Permian marine mass
extinction and the effect on land at the time enigmatic for now, and
still up in the air for further investigation.
Nature567, 38-39 (2019)
terça-feira, 23 de outubro de 2018
Fatos sobre Pangaea, antigo supercontinente
By Tia Ghose, Associate Editor |
O colapso do supercontinente da Pangea.
Credit: U.S. Geological Survey
Há cerca de 300 milhões de anos, a Terra não tinha sete continentes, mas sim um enorme supercontinente chamado Pangea, que era cercado por um único oceano chamado Panthalassa.
A explicação para a formação de Pangaea inaugurou a teoria moderna da tectônica de placas, que postula que a camada externa da Terra é quebrada em várias placas que deslizam sobre a camada rochosa da Terra, o manto.
Ao longo dos 3,5 bilhões de anos de história do planeta, vários supercontinentes se formaram e se fragmentaram, resultado da agitação e circulação no manto da Terra, que compõe a maior parte do volume do planeta. Essa ruptura e formação de supercontinentes alterou dramaticamente a história do planeta.
"Isso é o que impulsionou toda a evolução do planeta ao longo do tempo. Esta é a maior barreira do planeta", disse Brendan Murphy, professor de geologia da Universidade St. Francis Xavier, em Antigonish, Nova Escócia.
History
Mais de um século atrás, o cientista Alfred Wegener propôs a noção de um antigo supercontinente, que ele chamou de Pangea (por vezes escrito Pangea), depois de reunir várias linhas de evidência.
O primeiro e mais óbvio foi que os "continentes se encaixam como uma língua e um sulco", algo que era bastante perceptível em qualquer mapa preciso, disse Murphy. Outra sugestão reveladora de que os continentes da Terra eram todos uma massa de terra vem do registro geológico. Depósitos de carvão encontrados na Pensilvânia têm uma composição semelhante àquela que atravessa a Polônia, a Grã-Bretanha e a Alemanha a partir do mesmo período de tempo. Isso indica que a América do Norte e a Europa devem ter sido uma única massa de terra. E a orientação dos minerais magnéticos nos sedimentos geológicos revela como os polos magnéticos da Terra migraram durante o tempo geológico, disse Murphy.
No registro fóssil, plantas idênticas, como a extinta semente de samambaia Glossopteris, são encontradas em continentes amplamente díspares. E cadeias montanhosas que agora se encontram em diferentes continentes, como os Apalaches nos Estados Unidos e as Montanhas Atlas, no Marrocos, faziam parte das Montanhas Pangea Centrais, formadas pela colisão dos supercontinentes Gondwana e Laurussia.
Pangea formou-se através de um processo gradual que durou algumas centenas de milhões de anos. Há cerca de 480 milhões de anos, um continente chamado Laurentia, que inclui partes da América do Norte, fundiu-se com vários outros micro-continentes para formar a Euramerica. A Euramerica acabou colidindo com o Gondwana, outro supercontinente que incluía a África, a Austrália, a América do Sul e o subcontinente indiano.
Há cerca de 200 milhões de anos, o supercontinente começou a se desintegrar. O Gondwana (que hoje é a África, a América do Sul, a Antártida, a Índia e a Austrália) primeiro se separou da Laurásia (Eurásia e América do Norte). Então, cerca de 150 milhões de anos atrás, Gondwana se separou. Índia retirou-se da Antártida e África e América do Sul foram raptadas, de acordo com um artigo de 1970 no Journal of Geophysical Research. Cerca de 60 milhões de anos atrás, a América do Norte se separou da Eurásia.
Vida e clima
Ter uma enorme massa de terra teria feito ciclos climáticos muito diferentes. Por exemplo, o interior do continente pode ter ficado totalmente seco, já que estava trancado atrás de enormes cadeias montanhosas que bloqueavam toda a umidade ou a chuva, disse Murphy.
Mas os depósitos de carvão encontrados nos Estados Unidos e na Europa revelam que partes do antigo supercontinente próximo ao equador devem ter sido uma floresta tropical exuberante, semelhante à selva amazônica, disse Murphy. (O carvão se forma quando as plantas e os animais mortos afundam na água pantanosa, onde a pressão e a água transformam o material em turfa e em carvão.)
"Os depósitos de carvão estão essencialmente nos dizendo que havia vida abundante em terra", disse Murphy à Live Science.
Os modelos climáticos confirmam que o interior continental do Pangea era extremamente sazonal, de acordo com um artigo de 2016 na revista Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. Os pesquisadores deste estudo utilizaram dados biológicos e físicos da Formação Moradi, uma região de paleossolos em camadas (solos fósseis) no norte do Níger, para reconstruir o ecossistema e o clima durante o período em que a Pangea existia. Comparável ao atual Deserto da Namíbia e à bacia do Lago Eyre, na Austrália, o clima era geralmente árido, com períodos curtos e recorrentes de chuvas que ocasionalmente incluíam inundações repentinas catastróficas.
Pangea existiu por 100 milhões de anos, e durante esse período de tempo vários animais floresceram, incluindo os Traversodontidae, uma família de animais comedores de plantas que inclui os ancestrais dos mamíferos.
Durante o período Permiano, insetos como besouros e libélulas floresceram. Mas a existência do Pangea coincidiu com a pior extinção em massa da história, o evento de extinção Permiano-Triássico (P-TR). Também chamado de Grande Morte, ocorreu há cerca de 252 milhões de anos e fez com que a maioria das espécies na Terra fosse extinta. O início do período triássico viu a ascensão dos arcossauros, um grupo de animais que eventualmente deu origem a crocodilos e pássaros, e uma infinidade de répteis. E há cerca de 230 milhões de anos, alguns dos primeiros dinossauros surgiram no Pangea, incluindo os terópodes, em grande parte dinossauros carnívoros que em sua maioria tinham ossos cheios de ar e penas semelhantes às aves.
Ciclo na história
A configuração atual dos continentes provavelmente não será a última. Supercontinentes formaram várias vezes na história da Terra, apenas para serem divididos em novos continentes. Agora, por exemplo, a Austrália está se aproximando da Ásia, e a parte leste da África está lentamente descascando do resto do continente.
Os geólogos têm notado que há um ciclo quase regular em que os supercontinentes se formam e se quebram a cada 300 a 400 milhões de anos, mas exatamente por que é um mistério, disse Murphy. Mas a maioria dos cientistas acredita que o ciclo do supercontinente é impulsionado pela dinâmica de circulação no manto, de acordo com um artigo de 2010 no Journal of Geodynamics.
Além disso, os detalhes ficam confusos. Embora o calor formado no manto provavelmente venha do decaimento radioativo de elementos instáveis, como o urânio, os cientistas não concordam em saber se existem minipontos de fluxo de calor dentro do manto, ou se a casca inteira é um grande transportador de calor. cinto, Murphy disse.
Pesquisa atual
Os cientistas criaram simulações matemáticas em 3D para entender melhor os mecanismos por trás do movimento continental. Em um artigo de 2017 da Geoscience Frontiers, os cientistas Masaki Yoshida e M. Santhosh explicam como eles produziram simulações de movimentos continentais de larga escala desde o rompimento de Pangea, há 200 milhões de anos. Os modelos mostram como o movimento da placa tectônica e as forças de convecção do manto trabalharam juntas para quebrar e mover grandes massas de terra. Por exemplo, a grande massa de Pangaea isolou o manto embaixo, causando fluxos de manto que desencadearam o rompimento inicial do supercontinente. O decaimento radioativo do manto superior também elevou a temperatura, causando fluxos ascendentes de manto que se desprenderam do subcontinente indiano e iniciaram seu movimento ao norte.
Yoshida e Santos criaram modelos geológicos adicionais para prever padrões de convecção do manto e de movimentos continentais de 250 milhões de anos no futuro. Esses modelos sugerem que, ao longo de milhões de anos, o Oceano Pacífico será fechado à medida que a Austrália, a América do Norte, a África e a Eurásia se unirem no Hemisfério Norte. Eventualmente, esses continentes irão se fundir, formando um supercontinente chamado "Amasia". Os dois continentes restantes, Antártica e América do Sul, devem permanecer relativamente imóveis e separados do novo supercontinente.
Additional reporting by Carol Stoll, Live Science contributor
Desde que as ideias evolucionistas de
Darwin passaram a ser aceitas como explicação do processo de
diversificação da vida na Terra, ficou evidente que as diferenças entre
faunas e floras de continentes distintos deveriam ser resultado de
histórias evolutivas diferenciadas.
Hoje se compreende perfeitamente que a
movimentação dos continentes ao longo da história geológica como
decorrência das dinâmicas de afastamento e aproximação das placas
tectônicas, associada às flutuações climáticas de longo prazo, foi a
responsável por processos evolutivos diferenciados em vários pontos da
superfície terrestre, o que levou a uma diferenciação significativa na
composição da fauna e da flora em cada uma das assim chamadas regiões
biogeográficas do planeta.
Na primeira metade do século XIX,
todavia, não existia ainda a principal chave para a compreensão desse
fenômeno, que é a aceitação e o entendimento da deriva continental, cuja
teoria, central para a explicação do movimento dos continentes, foi
proposta pela primeira vez por Alfred Wegener em 1912 e só completamente
aceita a partir da metade do século XX.
A ocorrência fóssil da flora de
Glossopteris na África, Austrália, Antártida, sul da América do Sul e
Índia, as semelhanças no recorte litorâneo das Américas, da Europa e da
África e a similitude de rochas e dinâmicas estratigráficas entre esses
continentes foram alguns dos elementos que levaram esse autor a propor,
por meio da teoria mencionada, que todos os continentes atuais foram
originalmente parte de um único supercontinente, chamado de Pangeia.
No entanto, como naquele momento ainda
não havia nenhum mecanismo geológico conhecido capaz de fragmentar e
mover continentes inteiros, essa teoria precisou esperar até a década de
1950 para que pudesse fazer sentido, com a descoberta da movimentação
das placas tectônicas.
Adolf
Engler, botânico alemão, foi muito importante por suas obras em
Taxonomia Vegetal e Fitogeografia, “Die Natürlichen Pflanzenfamilien” (
As Famílias Naturais das Plantas)
Mesmo sem uma compreensão global dos
mecanismos que promoveram tal diferenciação, o botânico alemão Adolf
Engler (1844-1930) propôs, em 1879, uma primeira divisão ecológica do
planeta levando em conta a distribuição de floras regionais visivelmente
distintas.
Basicamente, ele dividia o mundo em quatro grandes zonas:
o domínio boreal extratropical, englobando a América do Norte, a Europa e o continente asiático ao norte do Himalaia;
o domínio paleotropical, englobando o continente africano do Saara para o sul, até as Índias Orientais;
o domínio sul-americano, englobando a América do Sul e a América Central, até o México;
e o domínio do velho oceano,
estendendo-se da costa chilena, passando pelo extremo sul da África,
pelas ilhas do Atlântico Sul e pelo Oceano Índico, até a Austrália e
parte da Nova Zelândia.
Da mesma forma que Engler, Philip
Sclater propôs, em 1858, um esquema para a divisão ecológica do planeta
levando em conta a distribuição dos principais grupos de aves, partindo
do princípio de que todas as espécies haviam sido criadas dentro da área
na qual são encontradas hoje em dia. Essa divisão acabou sendo aceita e
aprimorada por Alfred Russel Wallace, que incluiu dados de outras
tantas espécies de vertebrados, incluindo mamíferos não voadores, os
quais deveriam refletir as divisões naturais do planeta com mais
precisão, tendo em vista as suas dificuldades de dispersão.
Ao aperfeiçoar a proposta de Sclater,
Wallace propôs, em 1876, um mapa detalhado das seis regiões
biogeográficas do planeta, veja figura abaixo, documento este que serviu
como referência para os biogeógrafos por mais de um século,
permanecendo sem nenhuma modificação.
Mapa
das seis regiões biogeográficas proposto por Wallace em 1876, adaptado
de Ritchison (s.d.). Retirado do livro Biogeografia de Adriano Figueiró e
publicado pela Oficina de Textos.
Ben G. Holt e com um grupo de cientistas
redividiram as seis regiões biogeográficas de Wallace em 11 regiões com
base em informações mais detalhadas de distribuição de 20.000 espécies
de aves, mamíferos e anfíbios. Veja imagem a seguir.
Mapa
das 11 regiões biogeográficas proposto por Ben G. Holt e com um grupo
de cientistas no artigo “An update of Wallace’s zoogeographic regions of
the world”. Biogeografia de Adriano Figueiró e publicado pela Oficina
de Textos.
Além da localização de um número maior
de espécies de que dispunha Wallace, a atualização do mapa também levou
em conta os registros de DNA dessas espécies, o que permitiu recompor
relações de ancestralidade entre elas.
Tudo a ver
Esta matéria foi retirado do livro Biogeografia: dinâmicas e transformações da naturezade Adriano Figueiró, publicado pela Oficina de Textos, Uma
das áreas de conhecimento mais fascinantes o livro trata da relação
entre seres vivos, sociedade e os diferentes elementos das paisagens,
suas dinâmicas e transformações ao longo do tempo.
Com essa abordagem, Biogeografia
preenche uma importante lacuna na bibliografia nacional, avançando
alguns passos na construção de uma Biogeografia Brasileira. Serve como
referência para estudantes e profissionais de Geografia, Biologia,
Agronomia e Ecologia e abre os horizontes ao público
sexta-feira, 3 de julho de 2015
As grandes regiões biogeográficas do planeta
Desde que as ideias evolucionistas de
Darwin passaram a ser aceitas como explicação do processo de
diversificação da vida na Terra, ficou evidente que as diferenças entre
faunas e floras de continentes distintos deveriam ser resultado de
histórias evolutivas diferenciadas.
Hoje se compreende perfeitamente que a
movimentação dos continentes ao longo da história geológica como
decorrência das dinâmicas de afastamento e aproximação das placas
tectônicas, associada às flutuações climáticas de longo prazo, foi a
responsável por processos evolutivos diferenciados em vários pontos da
superfície terrestre, o que levou a uma diferenciação significativa na
composição da fauna e da flora em cada uma das assim chamadas regiões
biogeográficas do planeta.
Na primeira metade do século XIX,
todavia, não existia ainda a principal chave para a compreensão desse
fenômeno, que é a aceitação e o entendimento da deriva continental, cuja
teoria, central para a explicação do movimento dos continentes, foi
proposta pela primeira vez por Alfred Wegener em 1912 e só completamente
aceita a partir da metade do século XX.
A ocorrência fóssil da flora de
Glossopteris na África, Austrália, Antártida, sul da América do Sul e
Índia, as semelhanças no recorte litorâneo das Américas, da Europa e da
África e a similitude de rochas e dinâmicas estratigráficas entre esses
continentes foram alguns dos elementos que levaram esse autor a propor,
por meio da teoria mencionada, que todos os continentes atuais foram
originalmente parte de um único supercontinente, chamado de Pangeia.
No entanto, como naquele momento ainda
não havia nenhum mecanismo geológico conhecido capaz de fragmentar e
mover continentes inteiros, essa teoria precisou esperar até a década de
1950 para que pudesse fazer sentido, com a descoberta da movimentação
das placas tectônicas.
Adolf
Engler, botânico alemão, foi muito importante por suas obras em
Taxonomia Vegetal e Fitogeografia, “Die Natürlichen Pflanzenfamilien” (
As Famílias Naturais das Plantas)
Mesmo sem uma compreensão global dos
mecanismos que promoveram tal diferenciação, o botânico alemão Adolf
Engler (1844-1930) propôs, em 1879, uma primeira divisão ecológica do
planeta levando em conta a distribuição de floras regionais visivelmente
distintas.
Basicamente, ele dividia o mundo em quatro grandes zonas:
o domínio boreal extratropical, englobando a América do Norte, a Europa e o continente asiático ao norte do Himalaia;
o domínio paleotropical, englobando o continente africano do Saara para o sul, até as Índias Orientais;
o domínio sul-americano, englobando a América do Sul e a América Central, até o México;
e o domínio do velho oceano,
estendendo-se da costa chilena, passando pelo extremo sul da África,
pelas ilhas do Atlântico Sul e pelo Oceano Índico, até a Austrália e
parte da Nova Zelândia.
Da mesma forma que Engler, Philip
Sclater propôs, em 1858, um esquema para a divisão ecológica do planeta
levando em conta a distribuição dos principais grupos de aves, partindo
do princípio de que todas as espécies haviam sido criadas dentro da área
na qual são encontradas hoje em dia. Essa divisão acabou sendo aceita e
aprimorada por Alfred Russel Wallace, que incluiu dados de outras
tantas espécies de vertebrados, incluindo mamíferos não voadores, os
quais deveriam refletir as divisões naturais do planeta com mais
precisão, tendo em vista as suas dificuldades de dispersão.
Ao aperfeiçoar a proposta de Sclater,
Wallace propôs, em 1876, um mapa detalhado das seis regiões
biogeográficas do planeta, veja figura abaixo, documento este que serviu
como referência para os biogeógrafos por mais de um século,
permanecendo sem nenhuma modificação.
Mapa
das seis regiões biogeográficas proposto por Wallace em 1876, adaptado
de Ritchison (s.d.). Retirado do livro Biogeografia de Adriano Figueiró e
publicado pela Oficina de Textos.
Ben G. Holt e com um grupo de cientistas
redividiram as seis regiões biogeográficas de Wallace em 11 regiões com
base em informações mais detalhadas de distribuição de 20.000 espécies
de aves, mamíferos e anfíbios. Veja imagem a seguir.
Mapa
das 11 regiões biogeográficas proposto por Ben G. Holt e com um grupo
de cientistas no artigo “An update of Wallace’s zoogeographic regions of
the world”. Biogeografia de Adriano Figueiró e publicado pela Oficina
de Textos.
Além da localização de um número maior
de espécies de que dispunha Wallace, a atualização do mapa também levou
em conta os registros de DNA dessas espécies, o que permitiu recompor
relações de ancestralidade entre elas.