Calculating background extinction rates

Per discernere l’effetto della moderna attività umana sulla perdita di specie è necessario determinare la velocità con cui le specie sono scomparse in assenza di tale attività. Gli studi sui fossili marini mostrano che le specie durano circa 1-10 milioni di anni. Supponiamo che tutte queste estinzioni siano avvenute indipendentemente e gradualmente—cioè, il modo “normale” – piuttosto che catastroficamente, come fecero alla fine del periodo cretaceo circa 66 milioni di anni fa, quando i dinosauri e molte altre specie animali terrestri e marine scomparvero. Su questa base, se si seguisse il destino di 1 milione di specie, ci si aspetterebbe di osservare circa 0,1—1 estinzione all’anno-in altre parole, 1 specie che si estingue ogni 1-10 anni.

La durata della vita umana fornisce un’utile analogia a quanto sopra. Se gli esseri umani vivono in media per circa 80 anni, ci si aspetterebbe, a parità di condizioni, che 1 individuo su 80 muoia ogni anno in circostanze normali. (In realtà, il tasso di sopravvivenza degli esseri umani varia a seconda della fase della vita, con i tassi più bassi che si trovano nei neonati e negli anziani.) Se, tuttavia, molti più di 1 su 80 morissero ogni anno, allora qualcosa sarebbe anormale. Potrebbe esserci un’epidemia, per esempio.

Per fare confronti conservativi dei tassi di estinzione attuali, supponiamo che il tasso normale sia solo un’estinzione per milione di specie all’anno. Questo è quindi il punto di riferimento—il tasso di fondo contro il quale si possono confrontare i tassi moderni. Ad esempio, dato un campione di 10.000 specie viventi descritte (all’incirca il numero di specie di uccelli moderni), si dovrebbe vedere un’estinzione ogni 100 anni. Confrontando questo con il numero effettivo di estinzioni nel secolo scorso fornisce una misura dei tassi di estinzione relativi.

Le stime del tasso di estinzione di fondo sopra descritto derivano dalle specie abbondanti e diffuse che dominano la documentazione fossile. Al contrario, come l’articolo in seguito dimostra, le specie più probabilità di estinguersi oggi sono rare e locali. Pertanto, i dati fossili potrebbero sottovalutare i tassi di estinzione di fondo. È importante sottolineare, tuttavia, che queste stime possono essere integrate dalla conoscenza dei tassi di speciazione—i tassi che nuove specie nascono-di quelle specie che spesso sono rare e locali. Questi tassi non possono essere molto inferiori ai tassi di estinzione, altrimenti non ci sarebbero più specie.

Per esplorare l’idea dei tassi di speciazione, si può fare nuovamente riferimento all’analogia delle campate della vita umana e chiedere: Quanti anni hanno i miei fratelli viventi? La risposta potrebbe essere qualsiasi cosa, da quella di un neonato a quella di un pensionato che vive i suoi ultimi giorni. L’età media sarà a metà strada tra di loro—cioè, circa la metà di una vita. Fai la stessa domanda per un topo, e la risposta sarà di pochi mesi; di alberi longevi come sequoie, forse un millennio o più. L’età dei propri fratelli è un indizio per quanto tempo si vivrà.

Le specie hanno l’equivalente di fratelli. Sono i parenti viventi più stretti della specie nell’albero evolutivo—vedi evoluzione: alberi evolutivi) – qualcosa che può essere determinato dalle differenze nel DNA. Il parente più prossimo degli esseri umani è il bonobo (Pan paniscus), mentre il parente più prossimo del bonobo è lo scimpanzé (P. troglodytes). I tassonomisti chiamano tali specie affini sister taxa, seguendo l’analogia che sono scissioni dalla loro specie “genitore”.

Maggiori sono le differenze tra il DNA di due specie viventi, più antica è la divisione dal loro antenato comune. Gli studi dimostrano che queste differenze accumulate derivano da cambiamenti i cui tassi sono, in un certo modo, abbastanza costanti-quindi, il concetto di orologio molecolare (vedi evoluzione: L’orologio molecolare dell’evoluzione) – che consente agli scienziati di stimare il tempo della scissione dalla conoscenza delle differenze di DNA. Ad esempio, da un confronto del loro DNA, il bonobo e lo scimpanzé sembrano essersi divisi un milione di anni fa, e gli esseri umani si sono divisi dalla linea contenente il bonobo e lo scimpanzé circa sei milioni di anni fa.

Il vantaggio di utilizzare l’orologio molecolare per determinare i tassi di speciazione è che funziona bene per tutte le specie, sia comuni che rare. Funziona per gli uccelli e, nell’esempio precedente, per le scimmie forestali, per le quali sono stati recuperati pochissimi fossili. Nell’esempio precedente, il bonobo e lo scimpanzé si sono divisi un milione di anni fa, suggerendo che la durata della vita di tali specie sia, come quelle delle abbondanti e diffuse specie marine discusse sopra, su un arco temporale di milioni di anni, almeno in assenza di azioni umane moderne che le minacciano. Questo è solo un esempio, tuttavia. Ci sono prove che la speciazione può essere molto più rapida?

Fino a poco tempo fa, sembrava esserci un ovvio esempio di un alto tasso di speciazione—un “baby boom” di specie di uccelli. La sua esistenza ha permesso la possibilità che gli alti tassi di estinzione degli uccelli che si osservano oggi potrebbero essere solo una potatura naturale di questa esuberanza evolutiva.

Su entrambi i lati delle Grandi Pianure del Nord America ci sono 35 coppie di sister taxa tra cui bluebirds occidentali e orientali (Sialia mexicana e S. sialis), rosso-shafted e giallo-shafted sfarfallio (entrambi considerati sottospecie di Colaptes auratus), e rubino-gola e colibrì dal mento nero (Archilochus colubris e A. alexandri). Secondo l’interpretazione della speciazione rapida, un unico meccanismo sembrava averli creati tutti. Ogni coppia di taxa sorella aveva una specie genitore che vanno in tutto il continente. Quindi un importante progresso nella glaciazione durante l’ultima parte dell’epoca del Pleistocene (da 2,58 milioni a 11.700 anni fa) divise ogni popolazione di specie progenitrici in due gruppi. Ogni coppia di gruppi isolati si è evoluta fino a diventare due sister taxa, uno a ovest e l’altro a est. Infine, il ghiaccio si ritirò e, quando il continente divenne abbastanza caldo, circa 10.000 anni fa, i sister taxa ampliarono le loro gamme e, in alcuni casi, si incontrarono ancora una volta. (Per ulteriori discussioni su questo meccanismo di speciazione, vedere evolution: Geographic speciation.)

La storia, mentre avvincente, è ora noto per essere sbagliato. I dati molecolari mostrano che, in media, i sister taxa si sono divisi 2,45 milioni di anni fa. Ciò significa che la durata media della vita delle specie per questi taxa non solo è molto più antica di quanto richieda la spiegazione della rapida speciazione per loro, ma è anche considerevolmente più vecchia della stima di un milione di anni per il tasso di estinzione suggerito sopra come punto di riferimento conservativo.

Gli studi molecolari hanno scoperto che molte specie sorelle sono state create alcuni milioni di anni fa, il che suggerisce che le specie dovrebbero durare anche “pochi milioni” di anni. In effetti, suggeriscono che il tasso di fondo di un’estinzione tra un milione di specie all’anno potrebbe essere troppo alto. Tuttavia, questo tasso rimane un punto di riferimento conveniente rispetto al quale confrontare le estinzioni moderne.