Un nuevo estudio vincula el comienzo de la expansión de los pastizales con una disminución en los niveles de dióxido de carbono atmosférico

Los pastizales, además de cubrir una parte significativa de la superficie del globo, son un bioma fundamental desde un punto de vista agronómico, dado que representan cerca de un tercio de la producción primaria neta en tierra. En este sentido, resulta importante poder predecir el impacto que pueden tener, sobre este tipo de ecosistemas, cambios ambientales actuales como el calentamiento global, debidos en gran medida al aumento en las emisiones de gases de efecto invernadero -principalmente el dióxido de carbono, pero también otros como el metano y el óxido nitroso. Para hacerlo, una guía valiosa es entender cómo los pastizales respondieron en el pasado a otras fluctuaciones ambientales importantes.

Una reciente investigación internacional, publicada hoy en la revista Nature Communications y de la que participaron un científico y una científica del CONICET, reveló que el inicio de la radiación de los pastizales se produjo luego de una significativa diminución en las concentraciones de dióxido de carbono (CO₂) atmosférico, ocurrida hace alrededor de 34 millones de años (Ma).

Para alcanzar estas conclusiones, el equipo de investigación estimó las tasas de diversificación a través del tiempo de las dos principales familias de pastizales, las gramíneas (Poaceae) y las compuestas o asteráceas (Asteraceae), para luego correlacionarlas con cambios ocurridos a nivel ambiental.

Una novedosa forma de estimar la edad de los pastizales

“Existe una controversia en la comunidad científica respecto a la edad de radiación de los pastizales. Una hipótesis bastante aceptada, sostenida sobre todo por paleontólogos que infieren la existencia de pastizales a partir del hábito alimentario de animales extintos, señala que este bioma habría aparecido en la Tierra hace unos 50 Ma. Nosotros, en cambio, que trabajamos con fósiles de plantas, consideramos que se trata de un fenómeno mucho más moderno en términos geológicos. La reconstrucción de cómo fue la evolución de las gramíneas y las compuestas, mediante la elaboración de una filogenia molecular calibrada en el tiempo, consolida esta segunda hipótesis, ya que muestra que los picos de diversificación para ambos grupos de pastizales se produjeron en los últimos 20 Ma”, afirma Luis Palazzesi, investigador del CONICET en el Museo Argentino de Ciencias Naturales “Bernardino Rivadavia” (MACNBR, CONICET) y primer autor del trabajo.

Generalmente, la edad de los biomas se calcula a partir de la primera aparición en el registro fósil de grupos taxonómicos representativos de los mismos. En este sentido, por ejemplo, la emergencia temprana del bioma de pastizales se ha calculado a través del hallazgo de fósiles de fitolitos de gramíneas o a partir de un aumento del polen fósil de compuestas, gramíneas y amarantáceas.

“En este trabajo, para poder establecer cuándo se produjo la expansión de los pastizales utilizamos una metodología alternativa. Lo que hicimos fue armar un árbol filogenético molecular calibrado de compuestas -que incluye 2723 especies- y valernos de la filogenia molecular más grande de gramíneas elaborada hasta ahora (que incorpora 3595 taxones), para poder explorar los cambios en las tasas de diversificación de ambas familias a través del tiempo”, explica Palazzesi.

Pero una de las grandes novedades de este trabajo es que el equipo no se limitó a ver qué ocurría con las tasas de diversificación de gramíneas y asteráceas tomado en cuenta únicamente las especies muestreadas (2723 en el caso de las compuestas y 3595 en el de las gramíneas), sino que se valió de un novedoso método estadístico desarrollado por uno de los autores del estudio – el alemán Sebastian Höhna de la Universidad de Múnich-, para integrar a ambos árboles las especies faltantes (es decir, las no muestreadas). Esto permite evitar que un sesgo en los muestreos lleve a sacar conclusiones equivocadas sobre las tasas de diversificación.

“Cuando se construye un árbol filogenético partir de marcadores moleculares, el muestreo de especies que podés hacer siempre es bajo con relación a la totalidad de las especies del grupo. Por ejemplo, las compuertas, que son una de las familias de plantas más diversas, cuentan con aproximadamente 23 mil especies. Es prácticamente imposible armar un árbol molecular calibrado de ese tamaño. Nuestra filogenia de asteráceas incorpora 2373 especies, o sea, alrededor del diez por ciento del total. El problema es que si queremos observar cómo cambiaron las tasas de diversificación a lo largo de la evolución de ésta familia, tenemos que poder saber cómo se distribuyen, en la filogenia calibrada, las especies que faltan. Esto es lo que permite el nuevo enfoque estadístico desarrollado por Höhna”, señala el investigador.

Este nuevo escenario permitió a los especialistas observar que las mayores tasas de diversificación de las dos principales familias de pastizales se produjeron entre el Oligoceno (comenzado hace unos 34 Ma y culminado hace alrededor de 23 Ma) y el Mioceno (~23 Ma a ~5 Ma).

“Lo que vemos es que entre los clados ‘ancestrales’ de ambas familias no son tantas las especies no muestreadas y que se trata de grupos que se diversificaron poco y evolucionaron lentamente. En cambio, acercándonos, en términos geológicos, a los más modernos, las especies faltantes son muchas más y esto se debe a que los linajes son mucho más diversos”, indica Palazzesi.

La evolución de los pastizales y la disminución en los niveles CO₂ atmosférico

“Al correlacionar los cambios en las tasas de diversificación de las principales familias de pastizales con variables ambientales, lo que advertimos es que el incremento en la biodiversidad de este bioma ocurre después de una brusca caída en los niveles de CO₂ atmosférico. Nosotros entendemos que la disminución de los niveles de CO₂ provoca un efecto de aridización, que les da ventaja a las plantas herbáceas por sobre las arbóreas”, explica el paleobotánico.

En cambio, la investigación no encontró correlación entre la evolución de los pastizales y cambios de temperatura nivel global. “En general, quienes trabajan con paleoclimas consideran que las temperaturas están directamente relacionadas con las concentraciones de CO₂. Pero ocurre que las estimaciones de CO₂ son de escala global y las temperaturas en cambio están controladas por otras variables, como la altitud. Nosotros nos valimos de promedios globales y no vimos que exista una relación entre lo que ocurre entre la radiación de los pastizales y lo que pasa con las temperaturas”, concluye Palazzesi.