Quando la Terra piombò nell’oscurità dopo Chicxulub, minuscoli abitanti degli oceani custodivano il segreto della sopravvivenza

Quando un asteroide di 10 chilometri di diametro colpì la Terra 66 milioni di anni fa, il pianeta piombò nell’oscurità e circa il 75% delle specie scomparve, compresa la vita marina. Ora, un nuovo studio rivela che gli effetti planetari dell’impatto e il semplice fatto delle dimensioni corporee determinarono chi sopravvisse e chi morì in mare.

Dopo l’ impatto di Chicxulub , polvere e fuliggine hanno bloccato la luce solare, impedendole di raggiungere il pianeta. Le temperature globali sono crollate drasticamente e la fotosintesi oceanica si è arrestata. In seguito, la maggior parte dei grandi animali marini è scomparsa. Tuttavia, i ricercatori hanno notato un fenomeno curioso: alcune specie di plancton microscopico sono sopravvissute, mentre i loro cugini più grandi sono spariti.

Un improvviso blackout oceanico

Gli effetti di questo scenario “invernale” post-collisione negli oceani sono rimasti a lungo un mistero per la scienza. Un’ipotesi suggeriva che l’oscurità totale avrebbe semplicemente causato l’estinzione dei produttori primari nei mari. Le prove sedimentarie hanno tuttavia dimostrato che la fotosintesi si è ridotta solo di poco.

Inoltre, i reperti fossili indicano che le specie planctoniche presenti alle latitudini più fredde e elevate – dinoflagellati, diatomee e altro plancton di piccole dimensioni – sopravvissute alla collisione erano per lo più piccole e a crescita rapida, mentre la maggior parte delle specie più grandi e calcificanti si estinse. Perché le dimensioni fecero una differenza così grande?

Dimensioni e sopravvivenza: la corsa all’energia

Le dimensioni corporee sono un fattore determinante in biologia, soprattutto in situazioni di crisi. Gli organismi di grandi dimensioni necessitano semplicemente di molta più energia per sopravvivere: mangiano di più, si riproducono più lentamente e hanno un metabolismo più lento, il che li rende vulnerabili quando le risorse scarseggiano.

Negli oceani oscurati dopo Chicxulub, il plancton di grandi dimensioni sarebbe morto di fame per primo. Al contrario, il fitoplancton più piccolo poteva sopravvivere con poca luce e nutrirsi di altri microbi (una strategia chiamata mixotrofia). Questo conferiva agli organismi di piccole dimensioni un vantaggio. Infatti, l’unico plancton che compare nella documentazione fossile al di sopra del limite K-Pg è costituito da specie piccole e opportuniste, capaci di sopravvivere con qualsiasi fonte di energia.

Riprodurre l’estinzione in un modello

Per esaminare questo fenomeno, Rui Ying e i suoi colleghi hanno utilizzato un modello globale dell’ecosistema oceanico chiamato EcoGENIE, simulando i primi 100 anni successivi all’impatto.

Il modello includeva decine di “tipi funzionali” di plancton, con dimensioni che andavano da pochi micrometri fino a millimetri. Un aspetto cruciale era l’implementazione di una regola di estinzione dipendente dalle dimensioni: ogni tipo di plancton si estingueva se la sua biomassa scendeva al di sotto della massa di un singolo individuo di quelle dimensioni. In altre parole, il plancton di dimensioni maggiori aveva una soglia di sopravvivenza molto più elevata.

La simulazione ha inoltre imposto forzanti K–Pg: un picco di CO₂ di 700 ppm e, soprattutto, una drastica diminuzione della luce solare dovuta a polveri e fuliggine.

I risultati sono stati sorprendenti. Il modello computerizzato ha riprodotto fedelmente la stessa selezione naturale osservata nella documentazione fossile. Praticamente tutti i tipi di plancton di grandi dimensioni, in particolare i grandi foraminiferi e gli altri zooplancton, si sono estinti, mentre quasi tutto il fitoplancton di piccole dimensioni e i mixotrofi sono sopravvissuti. Nelle acque ad alta latitudine, le perdite sono state più contenute, proprio come sospettavano i paleontologi.

Come riportato dal team, “l’oscurità causata dagli impatti e le soglie di estinzione dipendenti dalle dimensioni corporee hanno determinato la maggior parte dei modelli di estinzione osservati”. Questa semplice combinazione tra l’oscurità dell’oceano e le dimensioni ha spiegato il mistero principale.

Lo studio, pubblicato su Nature , va oltre, collegando la biologia alla sopravvivenza.

Gli autori sottolineano che le differenze nel modo in cui il plancton si nutre e spende energia sono cruciali. Nelle loro parole, “Gli ecosistemi del plancton migliorano la sopravvivenza attraverso differenze nella richiesta e nell’acquisizione di energia”. In termini semplici, il plancton di piccole dimensioni aveva basse esigenze metaboliche o poteva passare a nutrirsi di altri microbi, consentendogli di sopravvivere all’oscurità. Il plancton di grandi dimensioni, al contrario, collassava senza una quantità sufficiente di nutrimento fotosintetico.

Lezioni per gli oceani di oggi

Questa ricerca crea un ponte tra le rocce e le cellule viventi. Collegando le condizioni successive all’impatto dell’asteroide (polvere, oscurità, breve raffreddamento) a un modello globale di ecologia del plancton, i ricercatori spiegano perché alcune linee evolutive sono scomparse e altre sono sopravvissute. Evidenzia inoltre un punto più generale: quando gli ambienti cambiano improvvisamente, le dimensioni e la strategia energetica diventano fondamentali.

Questa intuizione è rilevante oggigiorno, dato che gli oceani si stanno riscaldando e acidificando; può aiutarci a prevedere quali specie potrebbero subire collassi simili. In un mare che si riscalda e cambia, il plancton, piccolo e flessibile, potrebbe ancora una volta sopravvivere meglio, mentre le specie più grandi e con un elevato fabbisogno energetico potrebbero essere a maggior rischio.

Come concludono i ricercatori, i modelli basati sui tratti come questo possono far luce sia sulle estinzioni antiche sia sulle future crisi della biodiversità.

Abstract

Si ritiene che l’impatto dell’asteroide di Chicxulub al confine Cretaceo-Paleogene (K-Pg) (66 milioni di anni fa) abbia causato l’estinzione di circa il 75% delle specie presenti nella documentazione fossile, innescando catastrofici cambiamenti ambientali. Tuttavia, nonostante decenni di ricerca, i meccanismi che collegano i cambiamenti ambientali ai modelli di estinzione selettiva osservati nella documentazione fossile marina rimangono irrisolti. Qui utilizziamo un modello ecosistemico globale basato sui tratti per stabilire questa causalità per la comunità planctonica marina al di là dei gruppi fossilizzati. Il nostro modello simula le dinamiche della diversità durante i primi 100 anni dopo il confine K-Pg e rappresenta esplicitamente l’estinzione basata su soglie di biomassa che scalano con le dimensioni del corpo. Sotto le forzanti climatiche K-Pg, il modello riproduce con successo i principali modelli di estinzione osservati, tra cui l’elevata vulnerabilità dei foraminiferi planctonici e di altro zooplancton, la sopravvivenza di piccoli mixotrofi  e fitoplancton e la possibilità di ridurre la perdita di biodiversità nelle aree ad alta latitudine. ⁷ La nostra analisi suggerisce che l’oscurità indotta dall’impatto e le soglie di estinzione dipendenti dalle dimensioni corporee abbiano determinato la maggior parte dei modelli di estinzione osservati. Questi risultati indicano che le ecologie del plancton favoriscono la sopravvivenza attraverso differenze nella richiesta e nell’acquisizione di energia. Il nostro studio colma il divario tra le prove fossili dei modelli di estinzione e l’ipotesi dell’inverno da impatto K-Pg, evidenziando il valore dei modelli basati sui tratti per la comprensione delle crisi di biodiversità passate.

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