¿Cuál es la temperatura óptima para la vida en la Tierra?

¿Alguna vez te has preguntado cuál es la temperatura óptima para la vida en la Tierra? Para los humanos, 20°C es cómodo. Si hace más calor, trabajaremos de manera menos eficiente porque liberar calor requiere energía.

Sabemos que muchas especies pueden vivir a temperaturas mucho más frías o más cálidas que los humanos. Pero nuestra revisión sistemática de investigaciones publicadas encontró que los rangos térmicos de animales, plantas y microbios que viven en el aire y el agua se superponen a 20°C. ¿Podría ser esto una coincidencia?

Para todas las especies, la relación con la temperatura es una curva asimétrica en forma de campana. Esto significa que los procesos biológicos aumentan de acuerdo con la temperatura, alcanzan un máximo y luego disminuyen rápidamente cuando hace demasiado calor.

Recientemente, un grupo de investigación de Nueva Zelanda notó que el número de especies marinas no alcanzaba su punto máximo en el ecuador, como comúnmente se supone. Más bien, la cifra disminuyó, con picos en las zonas subtropicales.

Los estudios de seguimiento mostraron que esta caída se ha ido haciendo más profunda desde la última edad de hielo, hace unos 20.000 años. Y se ha ido profundizando más rápidamente debido al calentamiento global de los océanos. Cuando se comparó el número de especies con la temperatura media anual, se produjo una disminución por encima de los 20°C. ¿Una segunda coincidencia?

Procesos biológicos y biodiversidad.

Una investigación en Tasmania modeló las tasas de crecimiento de microbios y organismos multicelulares y encontró que la temperatura más estable para sus procesos biológicos también era de 20°C. Este “modelo Corkrey” se basó en otros estudios que mostraban que 20°C era la temperatura más estable para las moléculas biológicas. ¿Una tercera coincidencia?

Nos asociamos con colegas de Canadá, Escocia, Alemania, Hong Kong y Taiwán para buscar patrones generales sobre cómo la temperatura afecta la vida. Para nuestra sorpresa, dondequiera que miráramos encontrábamos que, de hecho, 20°C es una temperatura fundamental para muchas medidas de biodiversidad, y no solo para las especies marinas.

Los ejemplos muestran que temperaturas superiores a unos 20°C dan como resultado disminuciones en varias medidas cruciales como la tolerancia de las especies marinas y de agua dulce a niveles bajos de oxígeno; productividad de algas marinas pelágicas (que viven en aguas abiertas) y bentónicas (que viven en los fondos marinos) y tasas de depredación de peces en cebo; Riqueza global de especies de peces pelágicos, plancton, invertebrados bentónicos y moluscos fósiles; y diversidad genética.

También hubo un aumento de las extinciones en el registro fósil cuando las temperaturas superaron los 20°C.

A nivel mundial, el rango de temperaturas en el que viven los peces e invertebrados de arrecife es más estrecho entre las especies cuya distribución geográfica se centra en los 20°C. El mismo efecto se observa en los microbios.

Si bien muchas especies han evolucionado para vivir en temperaturas más cálidas y más frías, la mayoría vive a 20°C. Además, las extinciones en el registro fósil (incluidas esponjas, conchas de lámparas, moluscos, esteras marinas ( briozoos ), estrellas de mar y erizos de mar, gusanos y crustáceos) fueron menores a 20°C.

A medida que las especies evolucionan para vivir a temperaturas superiores e inferiores a 20°C, su nicho térmico se amplía. Esto significa que la mayoría aún puede vivir a 20°C incluso si habitan en lugares más cálidos o más fríos.

El modelo matemático de Corkrey predice que la amplitud térmica debería minimizarse y que los procesos biológicos serían más estables y eficientes a 20°C. A su vez, esto debería maximizar la riqueza de especies en todos los ámbitos de la vida, desde las bacterias hasta las plantas y animales multicelulares. Por tanto, el modelo proporciona una explicación teórica para este “efecto de 20°C”.

Predecir los efectos del cambio climático

Que la vida parezca centrada en torno a los 20°C implica limitaciones fundamentales que comprometen la capacidad de las especies tropicales para adaptarse a temperaturas más altas.

Mientras las especies puedan cambiar sus áreas de distribución para adaptarse al calentamiento global, el efecto de 20°C significa que habrá aumentos locales en la riqueza de especies hasta un promedio anual de 20°C. Por encima de eso, la riqueza disminuirá. Esto significa que es poco probable que las numerosas especies marinas que pueden adaptarse al calentamiento global cambiando su distribución geográfica se extingan debido al cambio climático.

Sin embargo, es posible que las especies terrestres no puedan cambiar su distribución geográfica tan fácilmente debido a los paisajes modificados por las ciudades, la agricultura y otras infraestructuras humanas.

El efecto de los 20°C es la explicación más simple para los fenómenos anteriores, que incluyen: tendencias en la riqueza de especies y diversidad genética con la temperatura; tasas de extinción en el registro fósil; productividad biológica; tasa de crecimiento óptima; y tasas de depredación marina. A pesar de la complejidad de las especies multicelulares, es notable que las eficiencias de temperatura a nivel celular se reflejen en esos otros aspectos de la biodiversidad.

El motivo exacto por el que 20 °C es fundamental y energéticamente eficiente para los procesos celulares puede deberse a las propiedades moleculares del agua asociadas con las células. Estas propiedades también pueden ser la razón por la cual ~42°C parece un límite absoluto para la mayoría de las especies.

Una mayor conciencia de este efecto de los 20°C puede conducir a nuevos conocimientos sobre cómo la temperatura controla los procesos de los ecosistemas, la abundancia y distribución de las especies y la evolución de la vida.

*Marcos John Costello es profesor de la Facultad de Biociencias y Acuicultura, Universidad del Norte, y escribió este artículo en coautoría con Ross Corkrey, investigador senior adjunto en bioestadística, Universidad de Tasmania. Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.