Le foreste pluviali tropicali oggi sono hotspot di biodiversità e svolgono un ruolo importante nei sistemi climatici del mondo. Un nuovo studio pubblicato oggi in Scienza getta luce sulle origini delle moderne foreste pluviali e può aiutare gli scienziati a capire come le foreste pluviali risponderanno a un clima in rapido cambiamento in futuro.

Lo studio condotto dai ricercatori dello Smithsonian Tropical Research Institute (STRI) mostra che l'impatto di un asteroide che ha posto fine al regno dei dinosauri 66 milioni di anni fa ha causato anche l'estinzione del 45% delle piante in quella che oggi è la Colombia, e ha lasciato il posto al regno delle piante da fiore nelle moderne foreste pluviali tropicali.

"Ci siamo chiesti come sono cambiate le foreste pluviali tropicali dopo una drastica perturbazione ecologica come l'impatto di Chicxulub, così abbiamo cercato fossili di piante tropicali, " disse Monica Carvalho, primo autore e borsista postdottorato congiunto presso STRI e presso l'Universidad del Rosario in Colombia. "Il nostro team ha esaminato oltre 50, 000 record di pollini fossili e più di 6, 000 fossili di foglie prima e dopo l'impatto".

In Centro e Sud America, i geologi si affrettano a trovare fossili esposti da tagli stradali e mine prima che le forti piogge li portino via e la giungla li nasconda di nuovo. Prima di questo studio, si sapeva poco dell'effetto di questa estinzione sull'evoluzione delle piante da fiore che ora dominano i tropici americani.

Carlos Jaramillo, paleontologo dello staff di STRI e il suo team, per lo più borsisti STRI, molti dei quali dalla Colombia, hanno studiato grani di polline da 39 siti che includono affioramenti rocciosi e carote perforate per l'esplorazione petrolifera in Colombia, dipingere un grande, quadro regionale delle foreste prima e dopo l'impatto. Polline e spore ottenute da rocce più antiche dell'impatto mostrano che le foreste pluviali erano ugualmente dominate da felci e piante da fiore. conifere, come i parenti del pino di Kauri e del pino dell'isola di Norfolk, venduti nei supermercati nel periodo natalizio (Araucariaceae), erano comuni e proiettavano le loro ombre sulle tracce dei dinosauri. Dopo l'impatto, le conifere sono scomparse quasi completamente dai tropici del Nuovo Mondo, e le piante fiorite hanno preso il sopravvento. La diversità vegetale non si è ripresa per circa 10 milioni di anni dopo l'impatto.

I fossili di foglie hanno raccontato molto al team del clima passato e dell'ambiente locale. Carvalho e Fabiani Herrera, ricercatore associato post-dottorato presso il Negaunee Institute for Conservation Science and Action presso il Chicago Botanic Garden, ha condotto lo studio di oltre 6, 000 esemplari. Lavorando con Scott Wing al Museo Nazionale di Storia Naturale dello Smithsonian e altri, il team ha trovato prove che gli alberi della foresta tropicale prima dell'impatto erano molto distanziati, permettendo alla luce di raggiungere il suolo della foresta. Entro 10 milioni di anni dall'impatto, alcune foreste tropicali erano fitte, come quelli di oggi, dove le foglie degli alberi e delle viti gettano profonda ombra sugli alberi più piccoli, cespugli e piante erbacee sottostanti. Le chiome più rade delle foreste pre-impatto, con meno piante fiorite, avrebbe spostato nell'atmosfera meno acqua del suolo rispetto a quelle cresciute nei milioni di anni successivi.

"Era altrettanto piovoso nel Cretaceo, ma le foreste funzionavano diversamente." disse Carvalho.

Il team non ha trovato prove di alberi di leguminose prima dell'evento di estinzione, ma in seguito vi fu una grande diversità e abbondanza di foglie e baccelli di leguminose. Oggi, i legumi sono una famiglia dominante nelle foreste pluviali tropicali, e attraverso associazioni con batteri, prendi l'azoto dall'aria e trasformalo in fertilizzante per il terreno. L'aumento dei legumi avrebbe drasticamente influenzato il ciclo dell'azoto.

Carvalho ha anche lavorato con Conrad Labandeira al Museo Nazionale di Storia Naturale dello Smithsonian per studiare i danni degli insetti sui fossili di foglie.

"Il danno da insetti sulle piante può rivelarsi nel microcosmo di una singola foglia o nella distesa di una comunità vegetale, la base della struttura trofica in una foresta tropicale, " ha detto Labandeira. "L'energia che risiede nella massa dei tessuti vegetali che viene trasmessa lungo la catena alimentare, in definitiva ai boa, aquile e giaguari, inizia con gli insetti che scheletrizzano, masticare, perforare e succhiare, mio, fiele e perforare i tessuti vegetali. L'evidenza di questa catena alimentare di consumo inizia con tutti i diversi, modi intensi e affascinanti in cui gli insetti consumano le piante".

"Prima dell'impatto, vediamo che diversi tipi di piante hanno danni diversi:l'alimentazione era specifica per l'ospite, " ha detto Carvalho. "Dopo l'impatto, troviamo gli stessi tipi di danni su quasi tutte le piante, il che significa che l'alimentazione era molto più generica."

In che modo le conseguenze dell'impatto si sono trasformate sparse, foreste tropicali ricche di conifere dell'era dei dinosauri nelle foreste pluviali di oggi, alberi torreggianti punteggiati di giallo, fiori viola e rosa, grondante di orchidee? Sulla base delle prove sia del polline che delle foglie, il team propone tre spiegazioni per il cambiamento, tutto ciò può essere corretto. Un'idea è che i dinosauri mantenessero aperte le foreste prima dell'impatto nutrendosi e muovendosi attraverso il paesaggio. Una seconda spiegazione è che la cenere che cade dall'impatto ha arricchito i suoli in tutti i tropici, dando un vantaggio alle piante da fiore a crescita più rapida. La terza spiegazione è che l'estinzione preferenziale delle specie di conifere ha creato un'opportunità per le piante da fiore di conquistare i tropici.

"Il nostro studio segue una semplice domanda:come si evolvono le foreste pluviali tropicali?" ha detto Carvalho. "La lezione appresa qui è che in caso di rapide perturbazioni, dal punto di vista geologico, gli ecosistemi tropicali non solo si riprendono; vengono sostituiti, e il processo richiede molto tempo."