La più grande estinzione nella storia della Terra ha segnato la fine del periodo Permiano, circa 252 milioni di anni fa. Molto prima dei dinosauri, il nostro pianeta era popolato da piante e animali che sono stati per lo più cancellati dopo una serie di massicce eruzioni vulcaniche in Siberia.

I fossili nelle antiche rocce del fondo marino mostrano un ecosistema marino fiorente e diversificato, poi una striscia di cadaveri. Circa il 96% delle specie marine è stato spazzato via durante la "Grande Morte, " seguito da milioni di anni in cui la vita ha dovuto moltiplicarsi e diversificarsi ancora una volta.

Ciò che è stato discusso fino ad ora è esattamente ciò che ha reso gli oceani inospitali alla vita:l'elevata acidità dell'acqua, avvelenamento da metalli e solfuri, una completa mancanza di ossigeno, o semplicemente temperature più elevate.

Una nuova ricerca dell'Università di Washington e della Stanford University combina modelli delle condizioni oceaniche e del metabolismo animale con dati di laboratorio pubblicati e registrazioni paleoceanografiche per dimostrare che l'estinzione di massa del Permiano negli oceani è stata causata dal riscaldamento globale che ha lasciato gli animali incapaci di respirare. Con l'aumento delle temperature e l'accelerazione del metabolismo degli animali marini, le acque più calde non potevano contenere abbastanza ossigeno per sopravvivere.

Lo studio è pubblicato nel numero del 7 dicembre di Scienza .

"Questa è la prima volta che facciamo una previsione meccanicistica su ciò che ha causato l'estinzione che può essere testata direttamente con i reperti fossili, che poi ci permette di fare previsioni sulle cause di estinzione in futuro, " ha detto il primo autore Justin Penn, uno studente di dottorato in oceanografia UW.

I ricercatori hanno eseguito un modello climatico con la configurazione della Terra durante il Permiano, quando le masse terrestri furono riunite nel supercontinente di Pangea. Prima che le eruzioni vulcaniche in corso in Siberia creassero un pianeta di gas serra, gli oceani avevano temperature e livelli di ossigeno simili a quelli odierni. I ricercatori hanno quindi aumentato i gas serra nel modello al livello richiesto per aumentare le temperature degli oceani tropicali in superficie di circa 10 gradi Celsius (20 gradi Fahrenheit), condizioni corrispondenti in quel momento.

Il modello riproduce i drammatici cambiamenti che ne derivano negli oceani. Gli oceani hanno perso circa l'80% del loro ossigeno. Circa la metà del fondo marino degli oceani, per lo più a profondità più profonde, è diventato completamente privo di ossigeno.

Per analizzare gli effetti sulle specie marine, i ricercatori hanno considerato le diverse sensibilità all'ossigeno e alla temperatura di 61 specie marine moderne, inclusi crostacei, pesce, crostacei, coralli e squali, utilizzando misurazioni di laboratorio pubblicate. Si prevede che la tolleranza degli animali moderni alle alte temperature e al basso contenuto di ossigeno sia simile a quella degli animali del Permiano perché si sono evoluti in condizioni ambientali simili. I ricercatori hanno quindi combinato i tratti della specie con le simulazioni del paleoclima per prevedere la geografia dell'estinzione.

"Pochissimi organismi marini sono rimasti negli stessi habitat in cui vivevano:fuggire o morire, " ha detto il secondo autore Curtis Deutsch, un professore associato di oceanografia UW.

Il modello mostra che i più colpiti sono stati gli organismi più sensibili all'ossigeno che si trovano lontano dai tropici. Anche molte specie che vivevano ai tropici si sono estinte nel modello, ma prevede che le specie ad alta latitudine, specialmente quelli con elevate richieste di ossigeno, sono stati quasi completamente spazzati via.

Per verificare questa previsione, i co-autori Jonathan Payne ed Erik Sperling a Stanford hanno analizzato le distribuzioni fossili del tardo Permiano dal database Paleoceanography, un archivio virtuale di collezioni fossili pubblicate. La documentazione fossile mostra dove si trovavano le specie prima dell'estinzione, e che sono stati spazzati via completamente o limitati a una frazione del loro precedente habitat.

I reperti fossili confermano che le specie lontane dall'equatore hanno sofferto maggiormente durante l'evento.

"La firma di quel meccanismo di uccisione, riscaldamento climatico e perdita di ossigeno, è questo modello geografico che è previsto dal modello e poi scoperto nei fossili, Penn ha detto. "L'accordo tra i due indica questo meccanismo di riscaldamento climatico e perdita di ossigeno è stata una delle cause primarie dell'estinzione".

Lo studio si basa su un lavoro precedente condotto da Deutsch che mostra che quando gli oceani si riscaldano, il metabolismo degli animali marini accelera, nel senso che richiedono più ossigeno, mentre l'acqua più calda tiene di meno. Questo studio precedente mostra come gli oceani più caldi spingano gli animali lontano dai tropici.

Il nuovo studio combina le mutevoli condizioni oceaniche con le esigenze metaboliche di vari animali a diverse temperature. I risultati mostrano che gli effetti più gravi della privazione di ossigeno sono per le specie che vivono vicino ai poli.

"Poiché il metabolismo degli organismi tropicali era già adattato a temperature piuttosto calde, condizioni di ossigeno inferiore, potrebbero allontanarsi dai tropici e ritrovare le stesse condizioni altrove, " Deutsch ha detto. "Ma se un organismo è stato adattato per un raffreddore, ambiente ricco di ossigeno, poi quelle condizioni cessarono di esistere negli oceani poco profondi."

Le cosiddette "zone morte" che sono completamente prive di ossigeno erano per lo più al di sotto delle profondità dove vivevano le specie, e ha giocato un ruolo minore nei tassi di sopravvivenza." Alla fine della giornata, si è scoperto che la dimensione delle zone morte non sembra davvero essere la cosa fondamentale per l'estinzione, " Deutsch ha detto. "Pensiamo spesso all'anossia, la completa mancanza di ossigeno, come condizione necessaria per ottenere una diffusa inabitabilità. Ma se guardi alla tolleranza per l'ossigeno basso, la maggior parte degli organismi può essere esclusa dall'acqua di mare a livelli di ossigeno che non sono affatto vicini all'anossico".

Il riscaldamento che porta a un'insufficienza di ossigeno spiega più della metà delle perdite di diversità marina. Gli autori dicono che altri cambiamenti, come l'acidificazione o i cambiamenti nella produttività degli organismi fotosintetici, probabilmente ha agito come cause aggiuntive.

La situazione nel tardo Permiano - l'aumento dei gas serra nell'atmosfera che creano temperature più calde sulla Terra - è simile a quella di oggi.

"In uno scenario di emissioni business-as-usual, entro il 2100 il riscaldamento nell'alto oceano si sarà avvicinato al 20 percento del riscaldamento nel tardo Permiano, ed entro il 2300 raggiungerà tra il 35 e il 50 per cento, " Penn ha detto. "Questo studio mette in evidenza il potenziale per un'estinzione di massa derivante da un meccanismo simile sotto il cambiamento climatico antropogenico".