Hace unos 56 millones de años, la Tierra experimentó uno de los episodios de calentamiento más rápidos e intensos de su historia reciente. Un nuevo análisis del registro fósil revela que aquel aumento del CO2 y de la temperatura estuvo acompañado por un fuerte declive de los bosques, la apertura de sus copas y una profunda reorganización de la vegetación.
La investigación, publicada en Science, ofrece una ventana excepcional al llamado Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (PETM). Sus resultados no significan que los bosques actuales vayan a repetir exactamente aquella historia, pero sí muestran qué puede suceder cuando el calentamiento supera los límites que pueden tolerar los ecosistemas forestales.
¿Qué ocurrió hace 56 millones de años?
El Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno, conocido por sus siglas en inglés PETM, fue un episodio de calentamiento global ocurrido hace aproximadamente 56 millones de años.
Durante su inicio se produjo una gran incorporación de carbono al sistema climático y aumentó considerablemente la concentración atmosférica de dióxido de carbono. Las reconstrucciones paleoclimáticas sitúan el incremento de la temperatura media global aproximadamente en torno a 4-5°C, aunque la magnitud varió entre regiones.
El PETM es especialmente interesante para estudiar el cambio climático porque permite observar cómo respondió el planeta a una perturbación importante del carbono y la temperatura.
Sin embargo, no fue idéntico al calentamiento actual. Las causas, la configuración de los continentes, las especies existentes y las condiciones climáticas eran diferentes. Además, investigaciones anteriores indican que la velocidad actual de liberación antropogénica de carbono es considerablemente mayor que la estimada para el PETM.
Por ello, este periodo debe utilizarse como un análogo que ayuda a comprender determinados procesos, no como una reproducción exacta de nuestro futuro.
Los fósiles de Wyoming permiten reconstruir aquellos antiguos bosques
El nuevo estudio se centra principalmente en el registro fósil conservado en Wyoming, Estados Unidos.
Actualmente, muchas de las zonas analizadas presentan paisajes relativamente abiertos, pero hace unos 56-60 millones de años albergaban densos bosques formados por árboles muy diferentes a los que dominan hoy la región. Entre ellos había grandes Metasequoia o secuoyas del alba, junto a palmeras, sicomoros, alisos y otros árboles de afinidades subtropicales y tropicales.
La conservación excepcional de restos vegetales en cuencas sedimentarias como la de Hanna ha permitido estudiar qué ocurrió con estos ecosistemas antes, durante y después del calentamiento.
Así, el registro muestra que el PETM no produjo únicamente un cambio gradual en las especies presentes. La propia estructura del bosque se transformó.
Una nueva técnica permite saber cómo de cerrado era un bosque desaparecido hace millones de años
Uno de los aspectos más interesantes de la investigación es la metodología utilizada para reconstruir la cubierta forestal. Los investigadores analizaron pequeños fragmentos fosilizados de la cutícula de las hojas, la capa protectora que recubre su superficie.
Las células epidérmicas de una hoja pueden adoptar formas diferentes dependiendo de las condiciones lumínicas en las que se desarrolla. Las hojas que crecen en ambientes muy sombreados dentro de un bosque denso presentan características celulares diferentes a las hojas expuestas directamente a una mayor cantidad de radiación solar.
Los científicos comprobaron esta relación utilizando bosques modernos de América Central y del Sur y la utilizaron después para desarrollar un método que permite estimar el índice de área foliar o LAI de los bosques antiguos, el cual expresa aproximadamente cuánta superficie de hojas existe sobre una determinada superficie de terreno y permite cuantificar la densidad de la cubierta vegetal.
De esta forma, en lugar de limitarse a describir un paisaje fósil como «bosque cerrado» o «bosque abierto», los investigadores pudieron reconstruir cuantitativamente cómo cambió su dosel. Y a esta información añadieron el estudio de polen y otros restos vegetales para determinar cómo cambió simultáneamente la composición de las comunidades.
Los bosques se abrieron abruptamente cuando comenzó el calentamiento
Los resultados muestran una transformación clara. Al comenzar el calentamiento del PETM, las copas de los bosques se volvieron considerablemente más abiertas. Esto significa que había menos vegetación ocupando los niveles superiores del bosque y una menor presencia de los grandes árboles que anteriormente formaban un dosel cerrado.
Además, la transformación fue acompañada por un gran cambio en la comunidad vegetal. Antes del episodio cálido predominaban bosques con numerosos árboles de hoja ancha. Durante la perturbación climática aumentaron primero los helechos y las palmeras y posteriormente aparecieron plantas características de regiones tropicales más secas.
Así, el ecosistema pasó de un bosque relativamente denso a una vegetación mucho más abierta y diferente. Este proceso es coherente con un episodio de mortalidad y pérdida generalizada de cobertura forestal provocado por un ambiente que se volvió demasiado cálido y seco para buena parte de la vegetación existente.
El registro fósil refleja, por tanto, algo más profundo que la sustitución de unas pocas especies.
Más CO₂ no significó necesariamente más bosque
El estudio también ayuda a entender una cuestión frecuente cuando se habla del dióxido de carbono.
Las plantas necesitan CO2 para realizar la fotosíntesis y, bajo determinadas condiciones, un aumento de su concentración puede estimular su crecimiento. Este fenómeno se conoce como efecto de fertilización por CO₂. Pero el funcionamiento de un bosque depende de muchos factores además de la disponibilidad de carbono.
Los árboles también necesitan:
- Agua suficiente.
- Temperaturas dentro de sus límites fisiológicos.
- Nutrientes.
- Un suelo funcional.
- Condiciones adecuadas para reproducirse y regenerarse.
Cuando el incremento del CO2 va acompañado de un calentamiento intenso y una menor disponibilidad de agua, los efectos negativos del calor y la sequía pueden superar los posibles beneficios de disponer de más dióxido de carbono. Eso es precisamente lo que parece haber sucedido durante el PETM en los bosques estudiados.
Por tanto, afirmar simplemente que «más CO₂ hace crecer más a las plantas» ignora una parte fundamental del funcionamiento de los ecosistemas.
El cambio de vegetación también aumentó la erosión del paisaje
La pérdida de un bosque denso tiene consecuencias que van mucho más allá de los árboles. La investigación encontró que la apertura de las copas estuvo acompañada por un aumento de la erosión del paisaje.
Los bosques ayudan a proteger el suelo de diferentes maneras. Las copas interceptan parte de la lluvia, las raíces contribuyen a estabilizar el terreno y la materia orgánica favorece una estructura del suelo capaz de almacenar e infiltrar agua. Cuando disminuye la cobertura vegetal, el suelo puede quedar más expuesto a la acción del agua y otros agentes erosivos. Esto crea una cadena de efectos:
- Disminuye la cubierta forestal.
- Aumenta la exposición del suelo.
- Se incrementa la erosión y el transporte de sedimentos.
- Cambia la infiltración y circulación del agua.
- Se modifican los ciclos de nutrientes.
El resultado muestra por qué un bosque no es simplemente una acumulación de árboles: su estructura condiciona numerosos procesos que afectan al conjunto del ecosistema.
También cambió el ciclo del agua
La transformación de aquellos bosques pudo alterar también el funcionamiento hidrológico del paisaje.
Los árboles absorben agua del suelo y liberan parte de ella hacia la atmósfera mediante transpiración, un proceso integrado en el ciclo del agua.
Un bosque denso también influye sobre:
- La humedad del suelo.
- La infiltración del agua.
- La escorrentía superficial.
- La humedad atmosférica.
- El reciclaje regional de las precipitaciones.
Por ello, una reducción importante de la cubierta forestal puede modificar el balance hídrico y generar retroalimentaciones que dificulten todavía más la recuperación de la vegetación.
El estudio señala precisamente que los cambios observados tienen implicaciones para el funcionamiento hidrológico y el ciclo del carbono durante escalas temporales de miles de años.
La pérdida de bosques también afecta al ciclo del carbono
Los bosques constituyen uno de los grandes almacenes terrestres de carbono. Durante la fotosíntesis, los árboles capturan CO2 atmosférico y utilizan su carbono para producir tejidos vegetales. Parte termina almacenado durante años o décadas en troncos y raíces y otra se incorpora al suelo. Este proceso forma parte del ciclo del carbono.
Cuando un bosque pierde biomasa o disminuye su productividad, puede reducirse también su capacidad de retirar y almacenar carbono atmosférico. Esto introduce una posible retroalimentación climática:
- Aumenta el CO2 atmosférico.
- Sube la temperatura.
- El calor y los cambios en la disponibilidad de agua dañan los bosques.
- Disminuye la biomasa y la capacidad de almacenamiento de carbono.
- El ecosistema contribuye menos a retirar CO2 de la atmósfera.
Investigaciones anteriores sobre el PETM también han encontrado evidencias de importantes alteraciones de las reservas terrestres de carbono y de una recuperación lenta de algunas funciones de la vegetación.
Los insectos también respondieron al calentamiento
El registro fósil de Wyoming aporta otra señal del profundo cambio ecológico ocurrido durante el PETM.
Estudios anteriores habían encontrado un aumento de la diversidad de daños provocados por insectos herbívoros en las hojas fósiles, así como una mayor cantidad de tejido vegetal consumido. Esto demuestra que el calentamiento no afectó solamente a la vegetación.
Cuando cambia la estructura del bosque y la composición de las plantas, también cambian los organismos que dependen de ellas, como los insectos.
Los bosques son ecosistemas extraordinariamente complejos y albergan una parte importante de la biodiversidad terrestre. Una transformación importante del dosel puede alterar el alimento, refugio, temperatura y humedad disponibles para innumerables animales, hongos y microorganismos.
¿Cuánto se parece aquel calentamiento al cambio climático actual?
El PETM es uno de los episodios geológicos más estudiados como referencia para comprender un planeta con elevadas concentraciones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, no debemos tratarlo como una predicción directa de lo que sucederá durante el siglo XXI.
Esta tabla resume algunas de las similitudes y diferencias más importantes:
| Característica | PETM hace 56 millones de años | Calentamiento actual |
|---|---|---|
| Aumento del carbono atmosférico | Gran incorporación natural de carbono al sistema climático. | Provocado principalmente por combustibles fósiles, cambios de uso del suelo y otras actividades humanas. |
| Temperatura global | Aumento aproximado de varios grados, alrededor de 4-5°C según distintas reconstrucciones globales. | El calentamiento continúa y su evolución futura depende principalmente de las emisiones de gases de efecto invernadero. |
| Velocidad de emisión | Muy rápida en términos geológicos. | La liberación antropogénica de carbono ocurre a una velocidad todavía mayor. |
| Vegetación | Ecosistemas y especies muy diferentes a los actuales. | Bosques modernos sometidos además a deforestación, fragmentación, incendios y otros impactos humanos. |
| Utilidad como comparación | Permite conocer la respuesta del sistema terrestre a un gran calentamiento. | No permite trasladar literalmente las consecuencias del PETM al presente. |
Una diferencia especialmente importante es la velocidad. Un estudio publicado en Nature Geoscience concluyó que la tasa actual de liberación antropogénica de carbono no tiene precedente conocido durante los últimos 66 millones de años y supera ampliamente las estimaciones del inicio del PETM.
Eso significa que, aunque el episodio antiguo ofrece información muy valiosa, los ecosistemas actuales pueden disponer de menos tiempo para responder mediante migraciones, adaptación o reorganización de sus comunidades.
¿Significa el PETM que los bosques actuales van a colapsar?
No. El registro fósil no permite afirmar que todos los bosques actuales vayan a experimentar el mismo proceso. La respuesta de cada ecosistema depende de:
- La magnitud del calentamiento.
- Los cambios en las precipitaciones.
- La intensidad y duración de las sequías.
- Las especies presentes.
- La disponibilidad de agua.
- La capacidad de adaptación y migración.
- El estado previo del ecosistema.
- La presencia de incendios, plagas y enfermedades.
- La fragmentación y otras presiones humanas.
Por ello, sería incorrecto utilizar este descubrimiento para afirmar que estamos ante una repetición exacta de lo ocurrido hace 56 millones de años. Su importancia es otra. Demuestra mediante un registro geológico real que un incremento muy grande de CO₂ no garantiza el mantenimiento de bosques densos cuando el calentamiento y el estrés hídrico superan determinados límites.
Los bosques actuales ya están sometidos a múltiples presiones
Existe además una diferencia fundamental entre aquellos ecosistemas y los actuales. Los bosques modernos no se enfrentan únicamente al calentamiento. En muchas regiones se combinan simultáneamente:
- Sequías más intensas.
- Temperaturas extremas.
- Deforestación.
- Fragmentación de hábitats.
- Incendios forestales.
- Especies invasoras, plagas y enfermedades.
- Cambios de uso del suelo.
Estas presiones pueden reducir la capacidad de los ecosistemas para recuperarse después de una perturbación.
La importancia de conservar unos bosques sanos no se limita tampoco a almacenar carbono. Regulan el agua, protegen el suelo, mantienen hábitats, influyen en el clima local y proporcionan numerosos servicios ecosistémicos.
Un bosque puede cambiar mucho antes de desaparecer completamente
Otra enseñanza importante del estudio es que no necesitamos esperar a la desaparición total de un bosque para que se produzcan consecuencias ecológicas profundas. La apertura del dosel ya puede modificar:
- La cantidad de luz que alcanza el suelo.
- La temperatura y humedad bajo las copas.
- La disponibilidad de hábitat.
- La erosión.
- El almacenamiento de carbono.
- La circulación del agua.
- La composición de plantas y animales.
Por ello, medir únicamente la superficie clasificada como «bosque» puede ocultar procesos de degradación importantes. Un territorio puede continuar apareciendo cubierto por árboles y, sin embargo, haber perdido parte de la densidad del dosel, biomasa, grandes ejemplares o complejidad ecológica que caracterizaban al ecosistema original.
La recuperación de un bosque puede ser mucho más lenta que su degradación
El registro del PETM también muestra una marcada asimetría entre perturbación y recuperación. La estructura y composición de la vegetación cambiaron rápidamente cuando comenzó el calentamiento, mientras que la recuperación del bosque original requirió que las condiciones climáticas volvieran a ser más favorables.
Una vez terminado el episodio, la composición vegetal y los patrones de herbivoría acabaron aproximándose nuevamente a los anteriores al PETM.
Pero recuperar un ecosistema forestal complejo no consiste únicamente en que vuelvan a aparecer árboles. Los grandes ejemplares necesitan décadas o siglos para desarrollarse, las comunidades deben reorganizarse y también tienen que recuperarse los suelos, las interacciones ecológicas y los ciclos de nutrientes.
Este desfase ayuda a entender por qué evitar la pérdida de un bosque puede ser mucho más eficaz que confiar únicamente en restaurarlo después.
Los fósiles permiten estudiar el cambio climático a escalas imposibles de observar directamente
Una de las principales limitaciones para estudiar las consecuencias del calentamiento actual es el tiempo. Los registros instrumentales abarcan una fracción muy pequeña de la historia de los ecosistemas forestales. Pero el registro fósil permite ampliar enormemente esa perspectiva.
Analizando hojas, polen, sedimentos, isótopos y otros indicadores, los paleontólogos y paleoclimatólogos pueden reconstruir:
- Temperaturas pasadas.
- Concentraciones y cambios del carbono.
- Composición de la vegetación.
- Densidad de los bosques.
- Cambios en precipitaciones e hidrología.
- Respuesta de animales y plantas.
El PETM se convierte así en una especie de experimento natural a escala planetaria. No reproduce las condiciones actuales, pero permite observar procesos ecológicos que necesitaríamos miles de años para estudiar directamente.
Qué nos enseña realmente aquel bosque de hace 56 millones de años
El principal mensaje del nuevo trabajo no es que estemos destinados a repetir exactamente la transformación ocurrida durante el Paleoceno-Eoceno, es que los bosques tienen límites.
El aumento del CO2 puede favorecer determinados procesos fisiológicos de las plantas, pero ese beneficio no compensa indefinidamente unas temperaturas demasiado elevadas, una reducción de la disponibilidad de agua u otras formas de estrés.
El registro fósil de Wyoming muestra que, durante el PETM, los bosques cerrados se abrieron abruptamente, disminuyeron los grandes árboles, cambiaron profundamente las comunidades vegetales y aumentó la erosión del paisaje. Estos cambios afectaron además al agua, los nutrientes, los animales y el almacenamiento de carbono.
El paralelismo con el presente debe hacerse con cautela, especialmente porque la actual liberación de carbono es más rápida y los bosques modernos están sometidos simultáneamente a numerosas presiones humanas.
Pero precisamente por esas diferencias, aquel antiguo episodio resulta especialmente útil. Hace 56 millones de años, la Tierra ya mostró que un calentamiento suficientemente intenso puede transformar un bosque mucho antes de que desaparezca por completo. Comprender dónde se encuentran esos límites puede ayudarnos a estimar mejor qué bosques actuales son más vulnerables y cómo conservar su capacidad para seguir funcionando en un clima cada vez más cálido.
Fuentes: Science: Forest canopy decline under elevated CO2 during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum; Nature: Ancient rise in CO2 was catastrophic for forests: what that means for today’s plants; University of Wyoming: reconstrucción del dosel forestal durante el PETM; y Nature Geoscience: tasa de liberación antropogénica de carbono frente al PETM.