15 EVO Hojas con las bocas microscópicas - SILADIN Oriente

LECTURAS DE BIO-II, 1ª UNIDAD, 2006-07.
EVO Hojas con las bocas microscópicas
Las llaves a la investigación de Jennifer son poros microscópicos en las superficies de las hojas
llamadas los estomas (singular: estoma) qué uso de las plantas "respire." El bióxido de carbono de la
necesidad de las plantas, apenas pues necesitamos el oxígeno, y los estomas permiten que la planta
tome en bióxido de carbono para realizar fotosíntesis. En el proceso de la fotosíntesis, la planta
químicamente convertirá ese gas en el azúcar, que la planta puede utilizar para aprovisionar de
combustible procesos celulares, para crecer, y para reproducirse.
Dos estomas en una hoja de la lenteja
de agua.
Los
estomas,
que
significa
"bocas" en griego, se asemejan
de
hecho
a
las
bocas
minúsculas rodeadas por los
labios hinchados. Los "labios"
son
realmente
individuales
las
células
(llamadas
las
células del protector) que pueden hincharse encima de uniforme más lejos para cerrarse de los
estomas. ¿Pero por qué una planta desearía cerrarse de sus estomas, cortándola con eficacia
apagado del bióxido de carbono esencial? Bien, las plantas también necesitan el agua, y en
caulquier momento ésa que un estoma está abierto, la planta pierde el agua (junto con el oxígeno,
uno de los residuos de la fotosíntesis). Cerrando el estoma cuando la planta tiene bastante bióxido
de carbono, la planta puede preservar su agua y evitarse que se seque hacia fuera.
La historia en los estomas
Jennifer estudia los estomas que se preservan en las superficies de hojas fósiles. ¿Pero qué los
estomas tienen que hacer con el cambio del clima? Como estudiante en Irlanda, Jennifer descubrió
que el número de estomas por la pulgada cuadrada de superficie de la hoja puede revelar diversos
aspectos de la atmósfera en la cual esa planta vivió. Desde entonces, ella ha continuado en esta
vena de la investigación. Pues Jennifer la pone, las "plantas son maravillosamente adentro
consonancia con sus ambientes, tan hay muchos poderes o señala que podemos obtener de las
plantas fósiles. Podemos resolver la temperatura que vivieron adentro, el ambiente atmosférico, y la
concentración del bióxido de carbono."
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Cientos ochenta millones de viejas hojas fosilizadas del año de un árbol de la conífera magnificaron 100 veces. Cada
estoma fregadero y es encubierto por tres a cinco dedo-como proyecciones.
Trabaja como esto. Los estomas controlan una compensación para la planta: permiten el bióxido de
carbono adentro, pero también dejan el agua preciosa escaparse. Una planta que podría conseguir
bastante bióxido de carbono con pocos estomas tendría una ventaja puesto que podría mejor
conservar su agua. Los niveles del bióxido de carbono en la atmósfera de la tierra cambian en un
cierto plazo — tan ocasionalmente cuando la atmósfera es rica, en carbón-dióxido- las plantas
pueden conseguir lejos con tener pocos estomas puesto que cada estoma individual podrá traer en
más bióxido de carbono. Durante esos tiempos del alto-carbón-dióxido, las plantas con pocos
estomas tendrán una ventaja y serán comunes. Por otra parte, cuando los niveles del bióxido de
carbono son bajos, necesidad de las plantas muchos estomas para raspar junto bastante bióxido de
carbono para sobrevivir. Durante tiempos del bajo-carbón-dióxido, las plantas con más estomas
tendrán una ventaja y serán comunes.
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Jennifer utiliza los estomas como indicadores de los niveles del bióxido de carbono en diversos
puntos en la historia de la tierra. Los experimentos ayudan a su figura fuera de la relación exacta
entre los estomas y el bióxido de carbono. Usando compartimientos del crecimiento, ella puede
simular la temperatura, las condiciones llanas, y atmosféricas ligeras comunes en diversas horas en
el último profundo y en diversos lugares en la tierra. Tan incluso cuando es bajo cero en Chicago,
sus plantas de semillero pudieron sentirse como si están creciendo en California asoleada o en los
pantanos húmedos del jurásico. Estudiando cómo las plantas modernas responden a estas ayudas
Jennifer de los ambientes entienda cómo las características de plantas extintas largas fueron
afectadas por sus ambientes.
Invernadero global
Puesto que los niveles del bióxido de carbono afectan directamente temperaturas globales, el trabajo
de Jennifer también proporciona un cuadro importante de cómo el clima de la tierra ha cambiado en
un cierto plazo. El bióxido de carbono es un significado bien conocido del gas — del invernadero que
actúa como el cristal en un invernadero, atrapando la radiación del sol y calentando cosas para
arriba: cuanto más alto es el nivel del bióxido de carbono en la atmósfera de la tierra, más alta es la
temperatura global. El efecto del invernadero es de gran alcance: ¡sin ningunos gases del
invernadero en la atmósfera, las temperaturas globales estarían sobre 20° C más bajo que hoy! Y
porque continuamos lanzando los gases del invernadero en la atmósfera mientras que conducimos
nuestros coches, fabricamos productos, y producimos electricidad, podemos esperar que las
temperaturas globales se levanten en el futuro.
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Debido a el impacto de gran alcance que los niveles del bióxido de carbono tienen en el efecto del
invernadero y el clima global, los estomas fósiles de Jennifer proporcionan un amplio cuadro de
últimas temperaturas globales. Los estomas se pueden utilizar para estimar directamente más allá de
niveles del bióxido de carbono, y esos niveles del bióxido de carbono se pueden entonces utilizar
para hacer una estimación indirecta de temperatura. Típicamente (aunque hay excepciones a la
regla), los fósiles con muchos estomas (bióxido de carbono bajo) vinieron de épocas de la
temperatura global baja, y de fósiles con pocos estomas (alto bióxido de carbono) vinieron a partir de
épocas de altas temperaturas globales.
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Misterio # 1: ¿Qué mató a los phytosaurs?
Jennifer ha estado utilizando los estomas fosilizados de la hoja para investigar algunos de los
misterios del pasado — incluyendo qué causó diversos acontecimientos de la extinción. La palabra
suena sin embargo desastrosa, extinción es un proceso normal en la historia de la vida. Los linajes
van extintos por diversas razones — quizás que un acontecimiento al azar (como un huracán) las
golpeó particularmente difícilmente o quizás hacia fuera-fueron competidas por otra especie. Cueste
lo que cueste, la extinción es un aspecto importante de la evolución. Las extinciones pueden liberar
los recursos y el lugar-espacio de los cuales otro linaje pudo poder tomar ventaja, conduciendo a una
nueva trayectoria evolutiva. Sin embargo, en los puntos particulares durante la historia de la vida, las
extinciones de proporciones masivas han ocurrido, matando de un porcentaje grande de la especie
viva en ese entonces y alterando el curso de la evolución. Estos acontecimientos se llaman las
extinciones totales. Las extinciones totales son fáciles de identificar en el expediente del fósil — pero
el calcular fuera de qué lo causó es mucho más difícil.
Jennifer está particularmente interesado en la causa de la extinción total extremo-Triásica hace unos
200 millones de años. Esta especie diezmada extinción en filones marinas y el alrededor 50%
matado de vertebrados norteamericanos, incluyendo el phytosaur demostrado abajo. ¿Pero qué
causó esta extinción? Muchas hipótesis habían sido propuestas - los meteoritos, el refrescarse
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global, el calentarse global,
subida del nivel del mar, y
caída del nivel del mar - pero
ninguna evidencia concluyente
todavía había apoyado una
hipótesis en detalle. Jennifer decidía a estudiar el clima a la hora de este acontecimiento para ver
qué pistas puede ser que ofrezca.
Phytosaurs, que tenía muchas de las mismas adaptaciones que cocodrilos, iba extinto en el final del triásico.
Jennifer recogió las hojas fósiles depositadas antes, durante, y después del acontecimiento total de
la extinción. Ella descubrió que una gota importante en el número de estomas en las hojas que
coincidían con la extinción total — y ésa significó aumentos importantes en bióxido de carbono y
temperaturas globales a la derecha a la hora de la extinción total. ¡Sus cálculos sugirieron que las
temperaturas globales tuvieran 5° levantado C - el calentarse tan global traduce a calentarse regional
hasta de 16° C!
Los datos de Jennifer sobre los estomas fósiles apoyaron la hipótesis que el calentarse global
desempeñó un papel en la extinción total extremo-Triásica. Para investigar más lejos esta hipótesis,
ella terminó dos más estudios:

Primero, ella utilizó modelos matemáticos de la fisiología de planta para simular cómo una
planta respondería al clima más caliente en el extremo-Triásico. Estos modelos sugirieron que
las plantas extremo-Triásicas — de las plantas especialmente con las hojas grandes — se
hubieran recalentado en esas temperaturas.
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
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¡En segundo lugar, ella catalogó que los linajes terrestres de la planta iban extintos durante
este acontecimiento de la extinción y encontraron que los linajes grande-hojeados eran
particularmente probables ir extintos — exactamente qué uno esperaría que encontrara si el
calentarse global había contribuido a la extinción total! Pues Jennifer lo pone, "esto es un
resultado realmente agradable. Demuestra que nuestras predicciones del entendimiento
ecológico moderno de plantas fueron llevadas hacia fuera en el expediente del fósil."
Junto, estas varias líneas de la evidencia (cambios en estomas fósiles, los modelos matemáticos de
la fisiología de planta, y los estudios de la diversidad antes y después el acontecimiento de la
extinción) apoyan fuertemente la hipótesis que el calentarse global desempeñó un papel en la
extinción total extremo-Triásica. El tal calentarse global intenso habría tenido probablemente una
cascada de las consecuencias para los ecosistemas extremo-Triásicos. Algunos linajes pudieron
haber ido extintos mientras que un resultado directo de esto que se calentaba — por ejemplo, la
especie grande-hojeada de la planta que se recalentó. Esas extinciones habrían podido tener un
efecto en la otra especie que dependió de ella, extinciones que causaban potencialmente uniformes
de la ondulación de carnívoros como el phytosaur. Y los niveles crecientes del bióxido de carbono
junto con temperaturas más altas habrían podido tener efectos similares al vida del océano. Aunque
es nadie con todo seguro de la secuencia de evento exacta, está claro que el calentarse global de
esta magnitud tiene el potencial de causar cambios importantes en ecosistemas.
Misterio # 2: ¿Qué causó extinciones totales oceánicas?
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La historia de la vida ha sido interrumpida de vez en cuando por acontecimientos más grandes y más
pequeños de la extinción. Algunos (como la extinción extremo-Triásica descrita ya) limpiaron fuera
de una porción enorme de todos los organismos que vivían en ese entonces; otros acontecimientos
eran localizados. En el mediados de-Jurásico (hace cerca de 180 millones de años), los océanohabitantes experimentaron uno de estos acontecimientos localizados de la extinción que mataron de
33-53% de la vida marina de la especie en ese entonces.
Unraveling la causa de esta extinción ha sido un desafío, pero tenemos algunos plomos importantes.
Del expediente geológico, sabemos que estas extinciones ocurrieron alrededor del mismo tiempo
que una capa misteriosa de la roca negra fue depositada. Este esquisto negro, a veces varios metros
gruesos, aparece en sedimentos alrededor del mundo. Los científicos piensan que esta pizarra fue
formada cuando los océanos del mundo se agotaron del oxígeno. Durante este tiempo, los
mamíferos marinos muertos formaron una capa -rica en carbón- el suelo marino que fue
transformado eventual en el esquisto negro. Porque este acontecimiento oceánico del agotamiento
del oxígeno (y muchos otros acontecimientos como él) se parece ser correlacionado con épocas de
la actividad volcánica inusualmente intensa, muchos científicos han presumido que los cambios
atmosféricos o climáticos pudieron haber desempeñado un papel en accionar estos acontecimientos
del agotamiento, aunque todavía no han resuelto todos los detalles. ¿Pero habrían podido los
volcanes y los acontecimientos volcánicos cambiar cómo exactamente la composición atmosférica
en el mediados de-Jurásico en el primer lugar? Jennifer precisó para investigar.
Más reunión de los datos rinde nuevas pistas.
De nuevo, Jennifer dio vuelta a las hojas fósiles depositadas antes, durante, y
después de los acontecimientos de la extinción y del agotamiento del oxígeno.
Los estomas en las hojas confirmaron que esos acontecimientos coincidieron
con los altos niveles del bióxido de carbono en la atmósfera (es decir, pocos
estomas), pero también dieron vuelta encima algo totalmente inesperado.
¡Momentos antes del acontecimiento de la extinción, había un punto repentino
en la densidad de estomas en las plantas fósiles — que sugerían un punto bajo
en niveles del bióxido de carbono momentos antes de las extinciones! Pero
durante el acontecimiento de la extinción, los niveles del bióxido de carbono
eran absolutamente altos. Los niveles del bióxido de carbono deben haber
aumentado tan notable rápidamente — de un punto bajo poco antes la extinción total a un colmo
durante las extinciones apenas 50.000 años más tarde.
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Identificar a un culpable.
¿Qué habría podido causar un aumento tan rápido en niveles del bióxido de carbono? ¿Jennifer
pensó que un cierto disturbio tectónico importante debe haber sido responsable — pero qué habría
podido él ser? Una pista dominante era la geología del antártida y de Suráfrica. En ambas estas
regiones, los geólogos han encontrado camas enormes de la roca una vez que-fundida al costado e
intercalado en depósitos del carbón chamuscado. Fechando técnicas sugiera que estas camas de la
roca fueron formadas alrededor del mismo tiempo que los niveles del bióxido de carbono se elevaron
súbitamente en el mediados de-Jura'sico. Además, este coincidido todo con el período en el cual
Gondwana - un continente estupendo antiguo - se rompió para arriba en las masas modernas de la
tierra que sabemos hoy.
El mapa de la inserción demuestra la localización de esta actividad volcánica durante el jurásico, y la
fotografía está de achernar del montaje en el antártida, en donde podemos ver evidencia que la roca
fundida (ahora refrescada y visible como la venda ancha, oscura) impuso sobre los carbones en
aquella época.
Jennifer ha juntado las piezas de estas pistas juntas en una hipótesis plausible para explicar el
aumento rápido en niveles del bióxido de carbono. Es probable que como Gondwana hecho
fragmentos, inunda de extremadamente caliente (el excedente 1000° C!), la roca fundida exudó
hacia fuera del interior de la tierra. Con este outpouring volcánico habría venido un lanzamiento de
los gases del invernadero — pero incluso peor, algo de esta roca fundida pudo haber trabajado su
manera en depósitos subterráneos del carbón a partir de épocas carboníferas y pérmicas y fijarlas en
el fuego. Esto habría conducido al carbón masivo los fuegos subterráneos que lanzan cantidades
enormes de metano (otro gas importante del invernadero) y de bióxido de carbono en un período del
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tiempo corto. Por supuesto, los estudios futuros proporcionarán más datos relevantes a esta
hipótesis, pero por lo menos inicialmente, se parece caber bien con lo que sabemos sobre actividad
geológica en aquella época.
Ejemplos modernos de un flujo de la lava de basalto (izquierdo) y de
un fuego del carbón (derecho, observe a persona que está parada
en el primero plano en el fondo de la foto).
Jennifer precisa que esos fuegos del carbón (y las extinciones que pudieron haber accionado) llevan
una semejanza notable a la confianza de los seres humanos en los combustibles fósiles hoy. "es
muy análogo a lo que estamos haciendo hoy. Los seres humanos son los carbones ardientes hoy
que fueron formados en épocas carboníferas y pérmicas. Qué estamos haciendo es tan totalmente
equivalente qué este el dolorite sills [ la roca fundida que exudó en depósitos del carbón ] hacía en el
jurásico — a ellos se está quemando rápidamente el carbón antes de el cual fue almacenado para
millones y millones de años, y él está poniendo el ciclo de carbón entero de balance."
Cambio del clima ayer y mañana
El trabajo de Jennifer nos ayuda a ensamblar el cuadro grande de cómo el clima de la tierra ha
cambiado en un cierto plazo y de cómo esos cambios han afectado la diversidad de la vida. Ella
confía en fuentes diversas de los datos (de modelos matemáticos a los experimentos a la geología
básica) combinados con sus estudios detallados de las hojas fósiles - detalles tan aparentemente
triviales como el número de poros minúsculos en la superficie de una hoja antigua - para reconstruir
los climas en los cuales esas plantas vivieron una vez.
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Los gases del invernadero conducen a calentarse global, hoy y en el pasado.
Este trabajo destaca las semejanzas fundamentales entre los acontecimientos catastróficos en la
historia de la tierra y las clases de cambios ambientales que los seres humanos estén causando hoy,
con nuestra producción constante del bióxido de carbono y de otros gases del invernadero con
quemarse de combustibles fósiles. Así, una comprensión de la historia de la tierra puede ayudarnos
a predecir nuestro impacto en ciclos ambientales globales mañana. Pues Jennifer explica, "la
importancia del trabajo... es hoy que el ciclo de carbón toma típicamente cerca de un millón años
para volverse en balance (o equilibrio) después de una perturbación, tan incluso si paráramos el
quemarnos de los combustibles fósiles hoy, nosotros todavía se sentiría que los efectos de lo que
hemos hecho hoy por los 200 años próximos — y ella podrían tomar centenares de millares para
igualar millón de años para ella todos para volverse en equilibrio. La gente piensa tan, ' Oh, no
necesitamos preocuparnos porque... el clima que no va a calentarse en los diez o 50 años próximos,
' sino si pensamos en nuestros niños o los niños de nuestros niños, allí vamos a ser cambios
importantes debido a lo que estamos haciendo hoy. Y eso es justo cómo los trabajos del ciclo de
carbón — allí son un rato de retraso."
Jennifer está particularmente interesado en cómo tales cambios ambientales son probables afectar
biodiversity global: "la pregunta grande que estamos tratando y que deseamos tratar en el futuro
somos cómo lo hacen los cambios en los gases del invernadero - aumentos en gases del
invernadero y calentarse global - influencian el biodiversity y la ecología de ecosistemas naturales,
porque esto es particularmente relevante a hoy." Ella se prepone después revisitar fósiles de la
extinción total extremo-Tria'sica a descubre si diversas clases de organismos son afectadas
diferentemente por el cambio del clima. Como ella explica, "qué estoy intentando hacer estudiando el
límite de Triassic/Jurassic debo resolverse si hay algunos rasgos ecológicos particulares - rareza o
dominación o especialización reproductiva que aumento una vulnerabilidad de las especies a la
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extinción, que la hagan más probablemente para ir extinta mientras que el clima global cambia. Estoy
esperando que si puedo estudiar bastantes de estos acontecimientos en el expediente del fósil,
puede ser que pueda hacer las amplias predicciones en las cuales la especie será hoy la más
vulnerable a medida que el calentarse global continúa durante los 50 a 100 años próximos. Ésa es la
pregunta ardiente grande en el momento." — ¡y ella acaba de conseguir una nueva concesión de la
unión europea para contestarle, así que permanezca templado!
Para los profesores
Preguntas de la discusión y de la extensión:

¿Qué compensación una planta hace frente abriendo sus estomas?

¿Por qué las plantas en altos ambientes del bióxido de carbono tienden para tener pocos
estomas?

¿Cómo el nivel del bióxido de carbono afecta temperaturas globales?

¿Cómo Jennifer utiliza fósiles para aprender alrededor más allá de climas en la tierra?

¿Cuál es una extinción total?

¿Cuál era hipótesis de Jennifer sobre la causa de la extinción total extremo-Tria'sica? ¿Cómo
la información de las hojas fósiles se relacionó con esta hipótesis?

Enumere algunas semejanzas y diferencias entre el acontecimiento mediados de-Jura'sico
descrito aquí y cómo los seres humanos están influenciando el clima y los ecosistemas hoy.
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