Nuova ricerca guidata dal dottorando di biologia della Baylor University William J. Matthaeus e dal professore di biologia Joseph White, dottorato di ricerca, considera come l'intolleranza al congelamento delle piante abbia influito sulla copertura forestale e sull'idrologia durante il periodo della Pennsylvania, circa 340 milioni a 285 milioni di anni fa durante il Paleozoico, proponendo miglioramenti alle proiezioni climatiche per il passato e il futuro con i dati sulla funzione dell'impianto.

Questo progetto altamente interdisciplinare e collaborativo ha incluso il ricercatore post-dottorato geologico di Baylor Jon Richey, così come gli scienziati del clima, geologi e paleobotanici di diverse altre istituzioni statunitensi ed europee.

Lo studio, pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , suggerisce che il congelamento delle piante avrebbe limitato la distribuzione geografica della copertura forestale nel supercontinente Pangea. Durante questo periodo, ci sono stati cicli glaciali-interglaciali e periodi prolungati di basse temperature. A seconda dei limiti della fisiologia vegetale tollerante al gelo, le temperature minime di congelamento probabilmente hanno limitato la capacità delle piante arboree di sopravvivere.

"Le piante possono dirci cose sul tempo e sul luogo in cui sono cresciute perché le piante hanno bisogni di base, un po' come le persone. Ma poiché le piante non possono muoversi per ottenere ciò di cui hanno bisogno, devono costruire i loro "corpi" per funzionare bene per dove stanno crescendo, " disse Mattaeus. "Per questo motivo, i fossili di piante contengono informazioni sul modo in cui funzionavano quelle piante, ma anche le condizioni che hanno dovuto affrontare, anche 300 milioni di anni fa."

La bassa copertura forestale ha aumentato il deflusso superficiale di acqua dolce e sedimenti in alcune regioni. Il deflusso indotto dal gelo è cambiato considerevolmente tra i periodi glaciali e interglaciali attraverso Pangea, e potrebbe aver determinato differenze specifiche di posizione nel minerale, sedimento, materia organica e livelli di nutrienti nel deflusso di acqua dolce nel fiume, ambienti marini rivieraschi e costieri.

I ricercatori hanno combinato la modellazione del clima e la modellazione dei processi ecosistemici per simulare la vegetazione arborea durante la tarda era glaciale del Paleozoico. Poiché le proiezioni dei modelli climatici globali esistenti non tengono conto delle differenze dei tratti funzionali delle piante tra piante contemporanee e paleozoiche, i ricercatori hanno utilizzato dati sui tratti vegetali derivati ​​da fossili per simulare i processi dell'ecosistema globale.

"Anche con il campione limitato dei reperti fossili usati qui, sono evidenti indizi sull'impatto del congelamento su comunità vegetali di 300 milioni di anni fa. Stiamo combinando l'inferenza basata sui fossili sulla funzione delle piante con la modellazione del clima globale per riportare in vita l'antica Terra. Questo è un abbinamento critico di discipline per assemblare il puzzle della storia naturale, " disse Matteo.

La modellizzazione del clima globale ha mostrato che le temperature di congelamento erano quasi globali e probabilmente un fattore limitante nella distribuzione della copertura forestale, anche negli argomenti. Meno del 25% della terra non ghiacciata che potrebbe sostenere la vegetazione è rimasta al di sopra dello zero per tutto l'anno. I ricercatori suggeriscono che l'esposizione diffusa e ripetuta delle piante a temperature gelide durante il Pennsylvaniano ha influenzato l'evoluzione di aspetti notevoli della successiva fisiologia vegetale del Paleozoico.

"I modelli climatici sono in genere utilizzati per studiare le tendenze della temperatura media su scale temporali mensili o più lunghe nel passato della Terra. Tuttavia, questo approccio ignora le temperature estreme che oggi sono note per essere critiche per la funzione e la sopravvivenza delle piante. Un aspetto nuovo di questo studio è che ci concentriamo sui cambiamenti di temperatura giornalieri simulati dal modello che le piante probabilmente hanno sopportato durante il Pennsylvanian, " ha detto Sophia I. Macarewich, co-autore e dottorando in paleoclimatologia e informatica scientifica presso l'Università del Michigan.

L'incorporazione di dati paleobotanici derivati ​​dai fossili nella modellazione del clima in tempo profondo può migliorare le proiezioni e la comprensione dei sistemi terrestri passati e aiutare i futuri modelli di cambiamento climatico, secondo gli autori.

"L'ulteriore sviluppo di questi metodi può fungere da ponte per comprendere le basi degli ecosistemi globali nell'antico passato della Terra. Comprendendo come funzionavano le cose nel corso della storia naturale, abbiamo maggiori possibilità di comprendere il nostro futuro, " disse Matteo.

White vede lo studio come un rafforzamento di Baylor come leader nel settore, in particolare per quanto riguarda gli studi di dottorato e il successo accademico.

"Il successo del signor Matthaeus può essere attribuito alla sua mente intrinsecamente curiosa e alle eccezionali capacità di calcolo che, con i suoi diplomi accademici in biologia evoluzionistica e matematica, gli ha fornito la mente preparata per riuscire ad affrontare una domanda così difficile, " ha detto. "È anche estremamente colto e ha avuto il vantaggio di un'interazione diretta con gli esperti della disciplina, molti dei quali sono suoi coautori, oltre al tutoraggio di altre facoltà Baylor come il paleobotanico Dr. Dan Peppe, professore associato di geoscienze, e il dottor Bernd Zechmann, direttore e professore associato di ricerca per il Center for Microscopy and Imaging."