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L’estinzione di massa tra il Permiano e il Triassico: nuove teorie potrebbero aiutarci a sopravvivere

Reading Time: 6 minutes

livello medio
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ARGOMENTO: GEOLOGIA

PERIODO: 250 MILIONI DI ANNI FA
AREA: OVUNQUE
parole chiave: estinzione di massa, Permiano, Triassico
,

L’estinzione di massa tra il Permiano e il Triassico è stata la più grave crisi biotica negli ultimi 500 milioni di anni. Molte ipotesi sono state formulate per spiegare che cosa avvenne, ma poche spiegano lo spettro della selettività dell’estinzione e il successivo recupero biologico.  In  uno studio pubblicato su Scientific Reports un team cinese-britannico ha postulato un’ipotesi interessante ovvero che vi fu una combinazione di acque calde e poco profonde e acque profonde anossiche che ridussero l’area abitabile dei mari ad una stretta zona di rifugio. La relativa tolleranza dei gruppi a questa situazione ambientale sembra fornire una spiegazione per le perdite di estinzione selettiva durante questa crisi a doppio impulso ed anche il successivo recupero delle specie. Così abitanti delle acque superficiali intolleranti alle alte temperature, come coralli, grandi foraminiferi e radiolari, furono eliminati per primi, mentre gli ostracodi, più tolleranti, prosperarono in una fascia intermedia scomparendo poi nelle acque anossiche più profonde.

Al contrario i piccoli foraminiferi, tolleranti all’ipossia ma intolleranti all’aumento della temperatura, prosperarono sui margini disossici del pendio. Solo alcuni gruppi di molluschi, che erano tolleranti sia all’ipossia che alle alte temperature, furono in grado di sopravvivere dopo l’estinzione. Il limitato recupero bentonico del Triassico precoce fu quindi limitato alle profondità medie dell’acqua e coincise con intervalli di raffreddamento e approfondimento dell’anossia della colonna d’acqua che resero più amplia la zona di rifugio abitata. Inutile dire che l’impatto sulla vita marina dell’innalzamento della temperatura dell’oceano e la diminuzione della concentrazione di ossigeno sono di grande interesse anche per la vita marina attuale. Analisi recenti rivelano che tali tendenze avvennero negli ambienti marini durante il più grande di tutti i disastri biotici: l’estinzione di massa a cavallo del Triassico-Permiano (PTB) ovvero circa 252 milioni di anni fa.

Sebbene in quella Era geologica la Terra fosse composta da un supercontinente, la Pangea, ed il biota fosse fondamentalmente diverso da oggi, la drammatica diffusione di aree marine anossiche portò allo sviluppo di questi fattori ambientali. L’estinzione di massa del Permiano-Triassico spazzò via oltre il 90% delle specie marine, lasciando un oceano depauperato. Molte ipotesi sono state proposte per spiegare questa estinzione, ma non spiegano lo spettro della selettività per l’estinzione e il successivo recupero di alcune specie. Lo studio citato dimostra che gli effetti dell’innalzamento della temperatura dell’oceano e della diminuzione della concentrazione di ossigeno possono meglio spiegare l’estinzione di massa che avvenne durante la crisi del PTB.

L’ipossia si incontra nella zona minima dell’ossigeno (OMZ) degli oceani moderni e si verifica perennemente in bacini anossici come il Mar Nero e il bacino del Cariaco (al largo del Venezuela) ma anche in molti mari.

Come è noto l’ipossia modifica il comportamento delle specie, la velocità di alimentazione e la crescita degli organismi, influenza le interazioni tra le specie (inclusa la predazione), porta alla mortalità e diminuisce la biomassa e la diversità biologica. Altro fattore da considerare è la temperatura che ha un’influenza fondamentale sugli organismi marini.

Figure 1: Biological effects of decreased oxygen concentration and increased temperature. da studio citato

In altre parole, gli esperimenti riportati nello studio mostrano che una temperatura elevata può influenzare lo sviluppo, la crescita e l’insediamento del biota e portare alla mortalità quando raggiunge i limiti termici superiori, che variano tra i gruppi. Il team ha condotto studi sperimentali e registrazioni fisiche, chimiche e biologiche negli oceani moderni usandole come punto di riferimento per valutare la causa dell’evento Triassico-Permiano. Gli studi sperimentali mostrano che gli organismi marini vengono influenzati negativamente da concentrazioni di ossigeno disciolto inferiori al 10% della saturazione dell’aria e muoiono al di sotto del 4% (Figura 1a).

La tolleranza all’ipossia varia considerevolmente tra i phyla e gli ordini e anche tra le specie dello stesso ordine, ma ci sono nette differenze nella tolleranza all’ipossia tra i taxa più elevati che consente di determinare un ordine di rilevanza relativa. Nell’ordine generale di intolleranza all’ipossia, generalmente i crostacei (compresi gli ostracodi) sono più sensibili dei briozoi, degli echinodermi e dei coralli, mentre i molluschi (cioè cefalopodi, gasteropodi e bivalvi) sono più tolleranti; i foraminiferi sono i più resistenti di tutti (Fig. 1a).

Fig. 1b da studio citato

La tolleranza alle alte temperature varia molto anche tra i diversi tipi di organismi. In particolare, i limiti termici superiori dei coralli e dei radiolari sono particolarmente bassi, circa 33 ° C rispetto a quelli di echinodermi, foraminiferi, cefalopodi e crostacei non ostracodi (35 ° C) mentre ostracodi, gasteropodi e bivalvi sono i gruppi termicamente più tolleranti: alcuni possono persino sopravvivere a temperature maggiori di 40 ° C (Fig. 1b). Inoltre, il biota che vive a temperature più elevate ha limiti termici superiori più alti (Figura 1c).

Fig. 1 c da articolo citato

Fig. 1c da articolo citato

Ciò suggerisce che il riscaldamento globale inciderà sugli animali che abitano tutte le latitudini. Solo le forme tropicali, che hanno tempo e possibilità di migrazione verso latitudini maggiori, saranno in grado di evitare l’effetto di temperature più elevate, mentre le forme polari saranno particolarmente vulnerabili all’aumento della temperatura.

Sia l’anossia che l’alta temperatura possono avere un impatto significativo sugli ecosistemi marini e spesso agiscono in sinergia letale perché i fabbisogni di ossigeno aumentano con la temperatura.

Tuttavia, gli effetti di queste due variabili variano all’interno degli ecosistemi marini consentendo di valutare il ruolo di ciascuno di essi. Generalmente, la temperatura dell’acqua di mare diminuisce con l’aumentare della profondità dell’acqua e quindi le temperature più severe si verificano nelle acque poco profonde. Al contrario, l’anossia si sviluppa nella colonna di acqua centrale o nelle acque più profonde dei mari ristretti ed è improbabile che abbia un effetto diretto o prolungato nell’acqua di superficie a causa del rapido scambio di ossigeno con l’atmosfera. Il doppio effetto di anossia e di elevate temperature, come nel caso dell’estinzione di massa del PTB, suggeriscono che si potrebbe generare in futuro una potenziale zona di rifugio a profondità d’acqua intermedie (Fig. 2).

Figure 2 : PTB mass extinction dead water model showing the only refuge zone for the crisis lay in a narrow refuge zone of intermediate water depths

Ipercapnia
La selettività fisiologica delle estinzioni marine è uno degli strumenti più potenti disponibili per valutare le cause delle estinzioni di massa e questo approccio è stato anche usato per argomentare l’ipercapnia (avvelenamento da CO2) ed i meccanismi letali dell’acidificazione per l’estinzione di massa del PTB. Entrambi questi fattori potrebbero agire sinergicamente con l’ipossia e gli stress termici perché collegati a livelli elevati di CO2 atmosferico. Per quanto riguarda l’acidificazione, la perdita preferenziale di taxa fortemente calcificati e quindi presumibilmente scarsamente tamponati (come coralli, spugne, brachiopodi, briozoi e crinoidi) è considerata una prova di questo meccanismo di estinzione. Tuttavia, sempre secondo lo studio, questa analisi non tiene conto di altri gruppi come “i taxa con scheletri silicei” che avevano una probabilità significativamente maggiore di sopravvivere all’estinzione del Permiano finale se fosse incorsa l’acidificazione. Probabilmente la prova più convincente per l’acidificazione deriva dalle perdite di coralli, alghe calcaree ed echinodermi – tutti i gruppi che sono suscettibili di abbassare il pH – ma le loro perdite possono essere attribuite anche a temperature elevate e sono solo alcuni dei molti gruppi soggetti all’estinzione. La resistenza all’ipercapnia dovrebbe essere meglio osservata tra i taxa infaunali, poiché tali condizioni sono regolarmente riscontrate nei taxa che si trovano all’interno del sedimento.

Conclusioni
In sintesi, lo studio, che per completezza si suggerisce di leggere in originale, ritiene che l’ipotesi di una zona di rifugio, racchiusa tra acque superficiali calde e le acque profonde e anossiche, spieghi meglio il decorso dell’estinzione di massa del PTB ed il recupero (parziale) nel Triassico inferiore. Un’analisi dettagliata di altre regioni deve ancora essere intrapresa, ma sembra che le estinzioni nell’emisfero australe si accordino anche con questa ipotesi. L’anossia prolungata ed intensa nelle latitudini Permiano Boreali potrebbe aver reso il “primo colpo” proporzionalmente più devastante di quanto avvenne nella Tetide equatoriale.

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