Estimating the normal background rate of species extinction

Abstract

en

A key measure of humanity's global impact is by how much it has increased species extinction rates. Familiar statements are that these are 100–1000 times pre-human or background extinction levels. Estimating recent rates is straightforward, but establishing a background rate for comparison is not. Previous researchers chose an approximate benchmark of 1 extinction per million species per year (E/MSY). We explored disparate lines of evidence that suggest a substantially lower estimate. Fossil data yield direct estimates of extinction rates, but they are temporally coarse, mostly limited to marine hard-bodied taxa, and generally involve genera not species. Based on these data, typical background loss is 0.01 genera per million genera per year. Molecular phylogenies are available for more taxa and ecosystems, but it is debated whether they can be used to estimate separately speciation and extinction rates. We selected data to address known concerns and used them to determine median extinction estimates from statistical distributions of probable values for terrestrial plants and animals. We then created simulations to explore effects of violating model assumptions. Finally, we compiled estimates of diversification—the difference between speciation and extinction rates for different taxa. Median estimates of extinction rates ranged from 0.023 to 0.135 E/MSY. Simulation results suggested over- and under-estimation of extinction from individual phylogenies partially canceled each other out when large sets of phylogenies were analyzed. There was no evidence for recent and widespread pre-human overall declines in diversity. This implies that average extinction rates are less than average diversification rates. Median diversification rates were 0.05–0.2 new species per million species per year. On the basis of these results, we concluded that typical rates of background extinction may be closer to 0.1 E/MSY. Thus, current extinction rates are 1,000 times higher than natural background rates of extinction and future rates are likely to be 10,000 times higher.

Estimación de la Tasa Normal de Extinción de Especies

Resumen

es

Una medida clave del impacto global de la humanidad es cuánto han incrementado las tasas de extinción de las especies. Las declaraciones conocidas establecen que estas son 100 – 1,000 veces los niveles de extinción pre-humanos o de fondo. Estimar las tasas recientes es un proceso directo, pero establecer una tasa de fondo para comparar no lo es. Investigadores previos han elegido un punto de referencia aproximado de una extinción por millón de especies por año (E/MEA). Exploramos líneas dispares de evidencia que sugieren un estimado sustancialmente más bajo. Los datos fósiles producen estimados directos de las tasas de extinción, pero son temporalmente burdos, en su mayoría limitados a los taxones marinos de cuerpos duros, y generalmente involucran a los géneros y no a las especies. Basándonos en estos datos, la pérdida de fondo típica es de 0.01 géneros por millón de géneros por año. Las filogenias moleculares están disponibles para más taxones y ecosistemas, pero se debate si pueden usarse para estimar por separado las tasas de extinción y especiación. Seleccionamos datos para dirigirnos a asuntos conocidos y los usamos para determinar los estimados de extinción medios a partir de distribuciones estadísticas de valores probables para plantas y animales terrestres. Después creamos simulaciones para explorar los efectos de las suposiciones del modelo de violación. Finalmente, recopilamos los estimados de diversificación – la diferencia entre las tasas de especiación y extinción para taxones diferentes. Los estimados medios de las tasas de extinción variaron desde 0.023 hasta 0.135 E/MEA. Los resultados de la simulación sugirieron una sobre- y subestimación de la extinción a partir filogenias individuales que se cancelaron unas a otras cuando se analizaron conjuntos grandes de filogenias. No hubo evidencia de declinaciones generales pre-humanas, recientes y extensas en la diversidad. Esto implica que las tasas de extinción promedio son menores a las tasas de diversificación promedio. Las tasas medias de diversificación fueron 0.05 – 0.2 especies nuevas por millón de especies por año. Con base en estos resultados, concluimos que las típicas tasas de extinción de fondo pueden ser más cercanas a 0.1 E/MEA. Así, las tasas de extinción actuales son mil veces más altas que las tasas naturales de extinción de fondo y que las tasas futuras probablemente sean 10, 000 veces más altas.