Modelo do MIT e da Universidade de Leicester liga o ciclo do carbono a extinções em massa

Losing entire branches of life

A ideia por trás deste trabalho tem raízes antigas. Já no século XVIII, o naturalista francês Georges Cuvier - muitas vezes visto como um dos pais da paleontologia - defendeu que espécies podiam desaparecer por completo, eliminadas por grandes catástrofes ambientais.

Com o tempo, o catastrofismo foi sendo substituído por uma visão da história da Terra dominada por processos lentos e graduais.

Mas, em meados do século XX, o geólogo norte-americano Norman Newell recuperou o núcleo da proposta numa formulação mais precisa: a extinção acontece quando o ambiente muda mais depressa do que uma espécie consegue evoluir para acompanhar.

Desde então, biólogos têm observado este desfasamento de ritmos (“rate mismatch”) em espécies individuais.

A pergunta que Rothman e Petrovskii quiseram responder foi se a mesma lógica vale à escala das extinções em massa globais - não apenas espécies isoladas a lidar com alterações locais, mas o colapso de ramos inteiros da árvore da vida.

“Sabemos que espécies individuais se extinguem quando a mudança ambiental ultrapassa a capacidade de adaptação”, disse Rothman. “Mas não tem sido claro se esta mesma ideia se aplica à escala de eventos globais de extinção.”

The challenges of building a model

O problema é que as taxas de adaptação entre grupos de animais ao longo de escalas de tempo geológicas não são diretamente observáveis.

Ninguém acompanhou uma linhagem a evoluir durante um milhão de anos e mediu com que rapidez respondeu a um clima em transformação.

Rothman e Petrovskii contornaram isto construindo, a partir de primeiros princípios, uma descrição matemática das taxas de adaptação.

Uma adaptação evolutiva bem-sucedida exige que várias condições se verifiquem ao mesmo tempo - variação hereditária, diferenças de aptidão, vantagem reprodutiva para os indivíduos mais bem adaptados.

A probabilidade de cada condição ocorrer multiplica-se, e essa estrutura matemática gera uma curva característica em forma de sino: a maioria dos grupos animais adapta-se a ritmos intermédios, e há menos grupos com ritmos muito lentos ou muito rápidos.

A measurable mismatch

Com esta curva geral definida, os investigadores compararam-na com registos de mudança ambiental em 27 episódios, ao longo dos últimos 450 milhões de anos, em que o ciclo global do carbono sofreu perturbações significativas.

Depois analisaram a fração de grupos animais que se extinguiu em cada episódio, recorrendo a dados compilados pelo paleobiólogo John Alroy.

O modelo funcionou. Em quase todas as grandes extinções em massa do conjunto de dados, surgiu um desfasamento mensurável entre a velocidade da mudança ambiental e a rapidez com que a vida conseguia adaptar-se.

Quanto maior o desfasamento, mais espécies desapareceram. A severidade das extinções era previsível a partir dessas taxas.

What the end-Permian tells us

A extinção do fim do Pérmico, há 252 milhões de anos, foi a pior da história da Terra, eliminando mais de 80% das espécies marinhas.

A interpretação do modelo é que uma acidificação rápida dos oceanos ultrapassou a capacidade dos organismos de evoluírem proteções fisiológicas adequadas.

Um evento destes exige duas coisas: uma mudança ambiental muito rápida e uma grande fração de espécies com taxas de adaptação abaixo do que essa mudança passa a exigir.

A curva em sino das taxas de adaptação mostra que a maioria dos grupos animais se concentra no meio, o que significa que consegue lidar com ritmos moderados de mudança, mas não com ritmos muito rápidos.

Adaptability and environmental change

Uma das observações mais marcantes do estudo é que o intervalo de taxas de adaptação entre grupos animais é, em termos gerais, semelhante ao intervalo de ritmos com que o ambiente muda naturalmente. Esse alinhamento não parece ser aleatório.

“O que começamos a ver é um certo nível de organização e maneiras como a vida se comporta que são consistentes com as maneiras como o ambiente se comporta”, disse Rothman.

“Pode ser que a vida tenha evoluído de modo a que a sua gama de adaptabilidades corresponda à gama de stresses que encontra.”

Ou seja, a vida não terá apenas reagido de forma passiva às mudanças ambientais - ao longo de tempos profundos, poderá ter “afinando” a sua adaptação ao ritmo do mundo em que existe.

Isto torna-a especialmente vulnerável quando esse ritmo muda para lá de tudo aquilo para que foi calibrada.

What happens today

Os investigadores são cautelosos ao aplicar este enquadramento diretamente ao momento atual. Mas Rothman também não evita por completo a implicação.

“Os níveis de dióxido de carbono no oceano estão a aumentar hoje a uma taxa que, quando devidamente reescalada, é semelhante às taxas de mudança do ciclo do carbono que ficam apenas abaixo das associadas a grandes eventos de extinção no passado”, disse.

“Isto sugere que a mudança ambiental moderna pode estar a aproximar-se de ritmos para lá dos quais a adaptação se torna cada vez mais difícil”, concluiu.