La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

Posts Tagged ‘Extinciones’

La extinción masiva del Pérmico-Triásico acabó con los bosques de Pangea

Posted by Carlos en octubre 2, 2009

Hace 251.4 millones de años tuvo lugar uno de los eventos más extraordinarios y dramáticos en la historia de la vida en la Tierra: la gran extinción del Pérmico-Triásico (P-Tr en adelante). Conocida también como “La Gran Muerte”, durante esta extinción masiva desaparecieron el 96% de las especies marinas, el 70% de los vertebrados terrestres, y 8-9 órdenes de insectos (la única extinción masiva de insectos registrada). Tendrían que pasar más de 30 millones de años para que la biodiversidad se recuperara. Las causas de la extinción no están del todo claras, y hay múltiples candidatos en liza: vulcanismo, impactos meteoríticos, anoxia oceánica, liberación de depósitos de metano, etc. De hecho, se apunta a que bien pudiera ser que varios de estos factores se hubieran aunado en un corto espacio de tiempo (~1 millón de años) dando lugar a la catastrófica extinción.

Permian Extinction

Terry Mckee

Uno de los aspectos interesantes de las extinciones masivas es el hecho de que las plantas suelen capearlas relativamente bien (aunque por supuesto, los ecosistemas varíen profundamente y haya especies vegetales que se vean desplazadas por otras).  En el caso de la extinción masiva P-Tr se aprecia precisamente como se producen cambios profundos en las especies dominantes, con un dato especialmente relevante en el registro geológico: no hay depósitos de carbón durante el Triásico Inferior, y sólo los hay muy pequeños y excepcionales durante el Triásico Medio. Esto puede indicar la desaparición de vegetación formadora de turba durante la extinción masiva, o podría ser simplemente debido a que el registro geológico del Triásico Inferior es muy incompleto y disperso. Sin embargo, un reciente trabajo de Mark A. Sephton y colaboradores parece apuntalar la primera interpretación. El trabajo en cuestión lleva por título

reduviasporonitesy acaba de aparecer en Geology. En este trabajo Sephton et al. estudian restos fósiles de Reduviasporonites, un hongo que floreció durante el evento de extinción. El análisis de la firma geoquímica del mismo indica que se trata de un hongo (en contra de hipótesis anteriores que apuntaban a que era un alga) cuyo nicho ambiental es la madera en descomposición. Si a esto le unimos que hubo un pico masivo en la proliferación de este hongo durante el evento P-Tr, las piezas encajan para indicar que los bosques de Pangea fueron aniquilados por la extinción masiva, dándole a Reduviasporonites un entorno idóneo para su desarrollo. En este caso, parece que la causa más directa de la extinción de los bosques pudo estar en los flujos de lava basáltica originados en lo que hoy es Siberia. Estos flujos liberaron gases tóxicos que provocarían lluvias ácidas y un empobrecimiento de la capa de ozono. Un evento terrible para las especies que poblaban la Tierra en aquel entonces, pero gracias al cual la evolución tomó los derroteros que tomó y estamos hoy aquí.

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¿Merece la pena construir un escudo anti-asteroides?

Posted by Carlos en enero 23, 2008

Parece que al final nuestra esperanza de ver a 2007WD5 impactar contra la superficie de Marte se disipa, y aunque sólo sea por unos 26,000 km el asteroide pasará de largo. Según las estimaciones actuales de su trayectoria, no hay tampoco riesgo de colisión con Marte o con la Tierra en el próximo siglo, lo que nos da un colchón de seguridad (al menos en lo que a este asteroide respecta) para hipotetizar un poco, y plantearnos que habría pasado si este asteroide hubiera llevado rumbo de colisión no con Marte, sino con la Tierra. Indudablemente, hay poco que hubiéramos podido hacer al respecto , ya que en el momento carecemos de protección efectiva contra asteroides. Se han propuesto diferentes estrategias al respecto (véase un informe reciente de la NASA [pdf, 771KB]), ya sea para destruir un posible objeto en trayectoria de impacto, o para desviar su curso, pero por el momento no se ha intentado poner en funcionamiento ningún sistema de protección anti-asteroide, en parte por limitaciones tecnológicas, y en parte por limitaciones prácticas. Esto nos lleva a la siguiente cuestión: ¿merece la pena construir un escudo anti-asteroides de estas características?

Asteroid deflection (M Vasile et al, University of Glasgow)
Credit: M Vasile et al, University of Glasgow

En principio parece que la respuesta obvia a la anterior cuestión es que sí, y de hecho ésa sería la respuesta correcta si no hubiera otras variables en juego. Sin embargo, estamos en un mundo de recursos limitados, por lo que para determinar si merece la pena un sistema de protección contra asteroides (o cometas) hay que realizar al menos una estimación de los costes y beneficios de tal sistema, y ponerlo a la par con otros riesgos existenciales a los que la Tierra o la Humanidad está sujeta (enfermedades, cambios climáticos, etc.). Aunque una estimación de estas características pueda parecer extraña, máxime si consideramos por ejemplo eventos de impacto con alto riesgo (o incluso seguridad) de extinción total, hay que partir de la base que dichos eventos son de naturaleza estocástica, y que cuanto mayor es el riesgo del impacto, menor es su probabilidad. Pudiera ser entonces que la prevención de un riesgo fatal pero improbable consumiera recursos necesarios para la prevención de otros riesgos menos serios, pero mucho más probables.

Un análisis de estas características ha sido realizado por Jason G. Matheny, un estudiante doctoral del Departmento de Salud Pública y Gestión de la Johns Hopkins University, en un trabajo titulado

publicado en Risk Analysis, y del que puede verse una versión preliminar aquí. Matheny parte de la base de que el coste de un sistema de protección como el reseñado puede estar entre 1G$ y 20 G$ (hay un informe de 2006 de la NASA en ese sentido que puede verse aquí [¡cuidado, pdf de 22MB!]). Supongamos además que ese sistema de protección tiene una eficacia pe=0.5 (i.e., con una probabilidad del 50% destruiría o desviaría un objeto en rumbo de colisión con la Tierra) y una vida de un siglo. Una circunstancia muy importante que no puede ser obviada aquí hace referencia a que si efectivamente el sistema tiene éxito y evita una colisión con riesgo de extinción, no sólo se salvan las vidas de los habitantes actuales de la Tierra en ese momento, sino también las de todos sus descendientes futuros. Necesitamos entonces una estimación del patrón de crecimiento de la población. Por simplicidad puede suponerse que la población terrestre se estabilizará en unos P=1010 habitantes, y que perdurará en el tiempo T=1-2 millones de años (Matheny considera 1.6 millones, que fue lo que sobrevivió el homo erectus). Estaríamos hablando entonces de PT=1.6·1016 años-vida. Si consideramos la posibilidad de un impacto durante este siglo, en el caso de un objeto de 10 km (capaz de causar la extinción de la humanidad), rondaría pa=10-6. Por lo tanto, la esperanza del número de años-vida que se podrían salvar es PTpape=8·109 años-vida. Si el sistema cuesta 20 G$, el coste efectivo es de 2.5$ por año-vida.

Esta cifra puede parecer ridícula, sobre todo si se compara con el gasto sanitario, que en la UE supera los 2,000€ por persona y año. Esto es lo que hace Matheny precisamente, pero esta comparación requiere varios matices. En primer lugar sólo son cifras comparables si se asume que ese gasto sanitario se mantendrá constante de aquí al final de la existencia de la especie humana. En segundo lugar, es cuestionable que esas vidas futuras deban contabilizarse al mismo nivel que las vidas actuales, o la de nuestros descendientes directos (no es lo mismo un hijo o un nieto, que un hipotético tatara…(n)…nieto en grado milésimo). Esta segunda circunstancia sí que es tenida en cuenta por Matheny, que presenta un análisis en el que se introduce una depreciación de estas vidas futuras. Una depreciación de un 1% anual de las vidas futuras conduce a un coste ajustado de 40,000$ por año-vida. Esto ya es claramente superior al coste sanitario, pero quizás esa depreciación pueda parecer excesiva (implica que una vida actual vale lo mismo que diez mil millones de vidas dentro de 2300 años). En cualquier caso, si jugamos con los números podemos ver que incluso una depreciación de sólo el 0.05% conduciría a una cifra similar a la del gasto sanitario. Esta depreciación del 0.05% sería consistente con una estimación de que la especie humana no alcanzaría 20,000 años más de existencia con un 99.99% de probabilidad.

Matheny recurre a un modelo de depreciación alternativo en el que a partir de los 300 años no se produce reducción de valor de los años-vida, y llega a un coste ajustado de 140.65$ por año-vida, lo que le lleva a afirmar la utilidad relativa de un sistema de protección contra asteroides, o al menos la relativa baja dotación presupuestaria que se le da a la puesta en marcha del mismo. Personalmente encuentro este argumento incompleto, ya que no tiene en cuenta el coste de oportunidad de esa inversión, y lo que ésta supondría en años-vida futuros [Excel, 862 KB] si se dedicara por ejemplo a la investigación médica. No disponer de un escudo anti-asteroides es jugar a la ruleta rusa, pero también lo son las diferentes enfermedades que cada año acaban con casi el 1% de la población mundial, y para estas últimas el tambor tiene muchos menos huecos. Quizás haya que buscar soluciones de compromiso e invertir en la detección temprana de objetos susceptibles de presentar riesgo de impacto, maximizando de esta manera el tiempo de reacción.

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Un cinodonte sale del armario

Posted by Carlos en diciembre 13, 2007

I’m a mammal!

Seguramente una confesión de estas características no debió hacer mucha mella en los sufridos padres cinodontes, habida cuenta que fueron capaces de sobrevivir a la gran extinción masiva del Pérmico-Triásico, lo cual infunde carácter (no en vano en esa extinción masiva -la mayor ocurrida jamás, acaecida hace 251 millones de años- desapareció el 96% de las especies marinas y el 70% de las especies de vertebrados terrestres). Además, los cinodontes (en particular los eucinodontes) ya tenían el cuerpo cubierto de pelo, y eran parcial o totalmente endotermos. Más aún, la evolución de la configuración de sus mandíbulas condujo a la reutilización de algunos huesos de la misma en el oído interno, lo que les proporcionó una mayor agudeza auditiva, que estimuló a su vez el desarrollo cerebral. No eran mamíferos, pero estaban en ello.

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Catástrofes evolutivas y razonamiento antrópico

Posted by Carlos en octubre 6, 2007

La hipótesis de la Tierra Rara es un conocido argumento en astrobiología que asegura que la emergencia de vida pluricelular (por no hablar ya de vida inteligente) en la Tierra es el resultado de la improbable confluencia de numerosas circunstancias de orden astrofísico y geológico. Un elemento central de la hipótesis es el llamado fenómeno Goldilocks (en honor al personaje de una historia popular inglesa -Ricitos de Oro- a quien no le gustaba el porridge ni muy frío ni muy caliente), según el cual la existencia de vida en la Tierra se basa en que diversos parámetros (temperatura, presión, etc.) están dentro de un cierto rango muy limitado de valores admisibles.

K/T ImpactEste tipo de razonamientos antrópicos suelen emplearse por ejemplo para dar respuesta a la paradoja de Fermi: si la vida pluricelular es un fenómeno raro en el Universo, tanto más lo es la existencia de vida inteligente. En nuestro caso concreto, nuestra evolución es el resultado de diferentes eventos entre los que pueden destacarse numerosas extinciones masivas provocadas (o precipitadas/potenciadas/…) por fenómenos externos. Pensemos por ejemplo en el impacto de Chicxulub hace 65 millones de años: si el cuerpo que impacto contra la Tierra hubiera sido un orden de magnitud más pequeño hubiera provocado una gran catástrofe a escala local, pero más difícilmente una extinción masiva. Por otra parte, si hubiera sido un orden de magnitud mayor, es posible que la extinción hubiera alcanzado a casi todas las formas de vida compleja. Por supuesto, no puede saberse qué rumbo hubiera tomado la evolución de no mediar este tipo de eventos, y quizás un dinosaurio inteligente se estaría haciendo preguntas similares ahora.

La cuestión en cualquier caso es hasta qué punto nuestra observación sobre la historia pasada de la Tierra es extrapolable (en el sentido que sea) a otros posibles planetas extrasolares, y al hipotético surgimiento de vida en los mismos. Esto es lo que Milan M. Ćirković, del Observatorio Astronómico de Belgrado, estudia en un trabajo titulado

aceptado para publicación en el International Journal of Astrobiology. El análisis de Ćirković indica que nuestra propia existencia como observadores condiciona nuestras estimaciones sobre la probabilidad de diferentes eventos catastróficos por un efecto de selección de observaciones. Para ilustrarlo describe un ejemplo simplificado. Supongamos una cierta catástrofe C cuya probabilidad a priori en un millón de años es p. Supongamos ahora que de haberse producido dicha catástrofe, la probabilidad de supervivencia de la raza humana era q. ¿Cuál es la probabilidad de que se produjera la catástrofe C, dado que nosotros estamos aquí para contarlo? Si llamamos E al evento de nuestra existencia actual, tenemos que de acuerdo con el Teorema de Bayes

P(C|E) = \frac{P(C)P(E|C)}{P(C)P(E|C)+P(\neg C)P(E|\neg C)} = \frac{pq}{1-p+pq}

dado que de no ocurrir C, la probabilidad de supervivencia sería 1. Es fácil ver que P(C|E) es menor que p, y que la relación p/P(C|E) -esto es, la subestimación debida a causas antrópicas- tiende a infinito cuando menor es la probabilidad de supervivencia q. En otras palabras, la historia de la Tierra subestima la probabilidad real de eventos catastróficos, y esto es tanto más así cuanto más catastrófico es dicho evento.

Por un lado, este resultado puede verse como refuerzo de la hipótesis de la Tierra Rara, ya que indica que las probabilidades a priori de extinciones catastróficas son aún mayores. Sin embargo, debe tenerse en cuenta la salvedad introducida anteriormente acerca de nuestra identidad como observadores. El evento E ha de interpretarse como la existencia de seres humanos en este momento de la historia de la Tierra. Si se considera otro posible observador consciente en este momento habría que reconsiderar las probabilidades de supervivencia (o de promoción de la misma) para los eventos catastróficos. El impacto de Chicxulub (o cualquier otro fenómeno que pudiera haber causado o precipitado la extinción de los dinosaurios) fue un golpe de suerte para nosotros, pero supuso el golpe de gracia para otros hipotéticos observadores inteligentes.

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¿Produce la radiación cósmica extragaláctica ciclos de extinción masiva en la Tierra?

Posted by Carlos en agosto 7, 2007

Uno de los aspectos más interesantes del desarrollo en la vida en la Tierra son las extinciones masivas, y sobre todo el hecho de que éstas se sucedan de manera bastante regular. Llega a darse el caso de que la relación entre la magnitud de estas extinciones masivas y el lapso de tiempo entre las mismas se ajusta bastante bien a una ley de potencias. Esta es una de las marcas características de numerosos sistemas complejos, lo que en principio es consistente con que dichas extinciones sean la consecuencia necesaria de la dinámica del sistema. En otras palabras, las causas de las extinciones serían locales o internas al sistema. Hay que decir que obviamente esto no es muy clarificador mientras no se definan exactamente las fronteras de este último: ¿la biomasa terrestre, el planeta entero, el Sistema Solar, …? En relación a esta cuestión hay que tener en cuenta que frecuentemente se han achacado las extinciones masivas (o al menos alguna de ellas) a eventos tales como impactos de meteoritos, supernovas, o estallidos de rayos gamma.

Indudablemente el tipo de fenómenos mencionado anteriormente puede y debe tener influencia en la dinámica de la vida terrestre, pero resulta un tanto forzado recurrir a eventos externos de aparición esencialmente impredecible para dar cuenta de una aparente periodicidad. De hecho, el registro fósil muestra picos de biodiversidad con una frecuencia de 62±3 Ma (millones de años) durante los últimos 542 Ma. ¿Existe algún proceso de esta periodicidad que pudiera dar cuenta de las extinciones masivas? Según Mikhail V. Medvedev y Adrian L. Melott, de la Universidad de Kansas, sí lo hay: las oscilaciones del Sistema Solar con respecto al plano galáctico. Está hipótesis la presentan en un artículo titulado:

que ha sido publicado en el Astrophysical Journal. La idea básica es que alrededor de la galaxia se produce un fenómeno análogo a la heliopausa en nuestro sistema solar: hay un “viento galáctico” (similar al viento solar), y se produce un shock de terminación en la interfaz de este viento galáctico y el medio intergaláctico. Dicho shock de terminación es una fuente de radiación cósmica extragaláctica, de cuyo efecto estamos protegidos al encontrarnos en zonas cercanas al plano galáctico gracias al apantallamiento del campo magnético de la galaxia. Sin embargo, el Sol oscila con respecto al plano galáctico con una periodicidad de 63.6 Ma. En el momento en que la fase de la oscilación nos sitúa en una posición más alejada del plano, estamos más desprotegidos.

galactosphere (credit: M.V. Medveded & A.L Melott; (c) - ApJ)
Credit: M.V. Medvedev & A.L. Melott – Astrophysical Journal

Lo anterior no es sin embargo toda la historia ya que de ser así, los ciclos serían de unos 32 Ma. La clave está en que hay una anisotropía a gran escala. La geometría de la zona de shock y del apantallamiento magnético está determinada por la disposición de las galaxias en el Grupo Local. Nuestro clúster de galaxias está a su vez inmerso en un superclúster cuyo núcleo está formado por el clúster de Virgo. Para dar una idea de la magnitud de éste último, su masa es unas 10,000 veces la de la Vía Láctea, y su volumen es aproximadamente 1,000 veces mayor. Con respecto al clúster de Virgo, el centro de masas del grupo local está al Sur galáctico, por lo que la fase más crítica en relación a la radiación extragaláctica que permea el superclúster local se produce cuando el Sol está al Norte Galáctico. En ese momento, la Tierra está expuesta a un baño de radiación que puede afectar al clima global, a la capa de ozono, a las tasas de mutación de los seres vivos, etc. De hecho, los ciclos que se observan datos disponibles en el registro fósil en relación a la biodiversidad coinciden muy bien con el flujo de rayos cósmicos que predice el modelo astrofísico, tal como se observa en la figura inferior, obra de los autores del trabajo y extraída de la versión preliminar del mismo.

Biodiversity vs. CR flux (credit: M.V. Medveded & A.L. Melott; (c) Astrophysical Journal)
Credit: M.V. Medvedev & A.L. Melott – Astrophysical Journal

La hipótesis es atractiva, pero depende de la corrección de los modelos astrofísicos que describen el flujo de radiación cósmica extragaláctica que recibimos. A medida que se profundice en nuestro conocimiento sobre los mismos es posible que el argumento de Medveded y Melott reciba un espaldarazo o se demuestre incorrecto. Veremos.

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Cambios climáticos acabaron con los Neandertales en la Península Ibérica

Posted by Carlos en mayo 1, 2007

Niño neandertal de GibraltarLos neandertales habitaron Europa desde hace unos 600,000 años hasta hace 24,000 años como poco. Eran una raza endógena europea (de hecho, todo apunta a que su origen fue la Península Ibérica) cuya extinción se atribuye a diferentes factores, tanto climáticos, como de competición con el homo sapiens que llegó a Europa desde África a través de Oriente. Un reciente estudio publicado en Quaternary Science Reviews intenta arrojar luz sobre la cuestión, y refuerza la hipótesis climática como desencadenante de la extinción. El trabajo se titula

y ha sido realizado por Francisco J. Jiménez Espejo y colaboradores, de la Universidad de Granada, del Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra, de la Universidad de Toronto, de la Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, y de Museo de Gibraltar. El estudio ha empleado registros paleoclimáticos extraídos de sedimentos de la plataforma balear para caracterizar la variabilidad climática durante el periodo en el que se produjo la extinción de los neandertales. Se sabe que estas variaciones se correlacionan bien con los patrones de ocupación humana de la península, y que los neandertales se refugiaron en el Sur de la misma durante los últimos milenios, gracias a las condiciones ambientales más favorables. El estudio mencionado apunta a que las condiciones climáticas fueron sin embargo muy inhóspitas para los neandertales hace 24,000 años; fueron de hecho las más difíciles en 250,000 años, y todo apunta a que finalmente precipitaron la extinción de la especie (o al menos de la población ibérica, que era el mayor remanente de la especie).

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Una muesca menos en la culata del cambio climático

Posted by Carlos en diciembre 29, 2006

Luboš Motl nos trae en su bitácora The Reference Frame un apunte en relación con la extinción de la megafauna australiana, hasta bien recientemente atribuida a un cambio climático en el Pleistoceno. Concretamente, la teoría mantenida por el Dr. Gilbert Price y el Dr. Gregory Webb, de la Queensland University of Technology, era que varios periodos de cambio climático acabaron con los canguros, wombats, emúes y goannas gigantes hace 40,000 años.

Megafauna australiana

Sin embargo, un trabajo de Gavin J. Prideaux y colaboradores titulado

y que aparecerá en el próximo número de la revista Geology, indica que la megafauna resistió bien los diferentes cambios climáticos. De hecho, la composición de la fauna fue esencialmente estable durante 500,000 años antes de la extinción del Pleistoceno, y las condiciones ambientales eran favorables al menos hasta hace 30,000 años. ¿Qué precipitó entonces la extinción de la megafauna? Quizás una nueva especie que llegó a Australia hace al menos 40,000 años. El nombre científico de dicha especie es Homo sapiens, y al parecer pudo lograr esa extinción gracias a su habilidad cinegética.

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