NeoFronteras

Sobre el fin del Carbonífero

Área: Genética — lunes, 2 de julio de 2012

Un estudio confirma la hipótesis propuesta en el pasado de que la acción de los hongos puso fin a la acumulación de madera al final del Carbonífero y, por tanto, a la generación de carbón.

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Todo está interrelacionado. Ahora vamos a ver, por ejemplo, cómo los bosques de hace cientos de millones de años, la revolución industrial, la madera, la evolución, los hongos, los biocombustibles y el método científico están interconectados a través de una bonita historia.
Hace más de 300 millones de años no había flores, ni mariposas, ni mamíferos; pero había bosques por los revoloteaban libélulas gigantes, escolopendras terribles y unos seres que querían dejar de ser peces y se adentraban ya en tierra firme. Si alguna vez la Tierra dejó de ser azul para considerarse verde fue probablemente durante ese periodo del Carbonífero, que duró 60 millones de años y que acabó súbitamente hace 300 millones. ¿Qué puso fin al Carbonífero?
Si algo caracteriza a este periodo es el crecimiento de bosques por todo el mundo. Las plantas habían evolucionado hasta convertirse en árboles gracias a un invento: la lignina. La madera está compuesta principalmente por dos compuestos orgánicos: la celulosa y la lignina. Los musgos producen celulosa, pero no lignina. La lignina es la que da resistencia y rigidez a la madera. Que la evolución diera en su momento con ella fue todo un logro. A partir de entonces los árboles se pudieron alzar decenas de metros sobre la superficie y competir con sus congéneres por la luz del Sol.
Durante el Carbonífero el clima era cálido y húmedo y los árboles de aquel momento nacían, crecían y morían. La fotosíntesis que realizaban liberaba más y más oxígeno al aire y la atmósfera se enriquecía cada vez más con este gas. Se cree que en aquel periodo el nivel de oxígeno pudo llegar a ser un 35% del total.
Pero los árboles, una vez morían, no se descomponían, sino que sus troncos y ramas se acumulaban en el suelo, generación tras generación, durante millones de años. Parte de esos restos fueron enterrados y trasformados por las fuerzas geológicas y llegaron hasta nuestros días en forma de carbón. La revolución industrial, la máquina de vapor o el ferrocarril fueron posibles precisamente gracias al Carbonífero. También las penalidades que los mineros que extraían ese negro carbón. Este periodo pudo durar más o durar menos, pero tuvo un fin.

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distribución continental hace 340 millones de años. Fuente: http://jan.ucc.nau.edu/~rcb7/mollglobe.html.

En 1990 Jennifer M. Robinson propuso, en línea con el método científico, que el fin del Carbonífero se debió a la aparición de hongos que consiguieron metabolizar la lignina. Por lo tanto, según esta hipótesis, a partir de ese momento los troncos caídos de los grandes árboles del pasado fueron descompuestos y dejó de acumularse madera en el suelo y, por consiguiente, dejó de formarse carbón. Si los hongos hubieran dado con esta capacidad antes, el Carbonífero hubiese sido más corto y las reservas de carbón más escasas, quizás no hubiese habido revolución industrial para los hipotéticos “seres humanos” que estarían aquí en lugar de nosotros. Si estos hongos hubiesen tardado más en evolucionar entonces el Carbonífero hubiese sido más largo (al menos en el registro geológico) y la historia evolutiva hubiese sido muy diferente.
La historia evolutiva es contingente, si se pudiera rebobinar la película que la describe hasta las mismas condiciones iniciales y pasada hacia adelante de nuevo entonces esta historia sería distinta, si además las condiciones iniciales cambian entonces el resultado final sería muy distinto.
Los descendientes de esos hongos han llegado hasta nuestros días y en ellos se ha depositado la esperanza de poder saber cómo degradar mejor los restos vegetales para así poder obtener biocombustibles económicos.
La lignina se forma en las paredes celulares como parte de una matriz junto a la celulosa. Si se elimina la lignina la matriz colapsa y la celulosa, que son largas cadenas de azúcar, está entonces disponible para ser metabolizada, por ejemplo por el hongo.
Digamos que la lignina impide que sobre la celulosa, que es la verdadera fuente de energía, actúe la fermentación de manera eficiente. Si somos capaces de eliminar con facilidad la lignina podemos fermentar el resto y obtener alcohol.
Por tanto, si conseguimos producir con facilidad las enzimas que sintetizan estos hongos tendremos una manera de aprovechar los deshechos vegetales que producimos. Varios grupos de investigación trabajan en este asunto.

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Microfotografía electrónica de madera degradada por la acción de un hongo. Fuente: Robert A. Blanchette / Joel A. Jurgens, University of Minnesota.

La hipótesis de Jennifer M. Robinson no ha recibido confirmación hasta ahora, cuando un grupo internacional de 71 investigadores de 12 países ha aportado pruebas en un artículo publicado en Science.
Tendemos a ignorar a los hongos y a menospreciar su importancia, pues no son animales que se muevan ni plantas que producen oxígeno, pero sus 1.500.000 especies estimadas juegan un papel esencial en los ecosistemas terrestres. En su mayoría no producen setas, sino que son microscópicos o forman filamentos que se pueden propagar por una gran superficie. Uno de los seres vivos más extensos conocidos es un hongo que ocupa varias hectáreas de superficie, los análisis genéticos así lo demuestran.
Sin los hongos no sólo no tendríamos champiñones, sino que tampoco tendríamos pan, cerveza, vino o casi cualquier otro producto fermentado. El valor económico de los hongos es enorme y tiene impacto en muchas disciplinas que incluyen la industria farmacéutica. Aunque a veces su impacto es negativo, como en Medicina o en Agricultura. Únicamente un 5% de los hongos han sido clasificados taxonómicamente por la ciencia.
Sólo unas pocas especies de hongos son capaces de descomponer la lignina. No hay otros seres que sean capaces de hacerlo. Si hongos aparecieron justo al final del Carbonífero, entonces esta sincronización no sería casual.
Según este estudio, la acción enzimática de estos hongos terminó siendo una fuerza ecológica muy fuerte que consiguió destruir la acumulación de madera muerta y con ello la acumulación de carbón.
En este estudio se ha conseguido reconstruir la evolución de la degradación de la lignina analizando la distribución de las enzimas que son capaces de dividirla. Con esto han podido definir mejor la evolución de la familia de genes que codifican dichas enzimas.
Este grupo de investigadores se centró en un grupo de hongos conocidos como Agaricomycetes. Este grupo incluye hongos que también degradan la celulosa y hemicelulosa de la madera y los hongos que degradan la lignina. Compararon 31 genomas de estos hongos.
Además han encontrado 12 secuencias genéticas que potencialmente pueden servir en la industria microbiológica como fuentes potenciales para sistemas de producción de biocombustibles o en sistemas de biorremediación entre otras aplicaciones.
Este estudio genético les permitió reconstruir la genealogía de estos hongos y remontarse en el pasado en busca del origen de la degradación de la lignina gracias al uso del “reloj molecular”. Este reloj se basa en la hipótesis de que las mutaciones se acumulan a un ritmo constante, así que el número de mutaciones permite estimar la cronología de los linajes. En este caso permitió saber cuándo surgió por evolución el antepasado de todos los hongos degradadores de lignina.
Los datos indicaron que este antepasado apareció hace 300 millones de años, justo al final de Carbonífero, y que esta habilidad de degradar la lignina surgió sólo una vez en la historia evolutiva.
Este estudio también arroja luz sobre la adaptación de este grupo de hongos, pues algunos evolucionaron hacia su coexistencia con las plantas, por ejemplo a través de la formación de microrrizas. Estas otras especies dejaron de degradar la lignina y encontraron otras formas de obtener nutrientes.
El mundo más verde que este planeta ha conocido se terminó cuando apareció una innovación evolutiva en los hongos. Esto se logró una sola vez, pero cambio para siempre la faz de la Tierra. No es difícil preguntarse sobre cómo sería el mundo si se hubiesen dado otras innovaciones desconocidas o si no se hubiesen dado otras que sí se dieron. Nunca lo sabremos.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3866

Fuentes y referencias:
Nota de prensa de la NSF.
Artículo original.
Foto cabecera: Smithsonian National Museum of Natural History

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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15 Comentarios

  1. Alberto:

    Muy interesante, muchas gracias!

  2. JavierL:

    Muy buena noticia,

    Es interesante que no tenga muchos comentarios.

    Si un hongo puede volverse una fuerza evolutiva que podemos de ir de nosotros como humanos y nuestra capacidad de producir grandes impactos en el ecosistema.

  3. tomás:

    Estimado JavierL:
    La respuesta a la sutil -por camuflada- pregunta que haces está a la vista, pero hay una relación que el artículo destaca. Nosotros somos 7000 millones, pero los hongos son impensablemente más. Con seguridad su masa total es mayor que la nuestra, aunque individualmente les ganamos por mucho. Ellos se limitaron, en lo que el artículo destaca, a añadir H2 al carbón y, si quieres, a degradar la lignina; nosotros tenemos tecnología para muchas más capacidades. Ellos, seguramente tardaron algunos millones de años en realizar su labor petrolífera; nosotros la desharemos en unos pocos siglos.
    Un cordial saludo.

  4. JavierL:

    Efectivamente, pero no lo había formulado como una pregunta sino como una reflexión. Hay mucha gente que cree que lo que hace no puede afectar al mundo. Y no ven que millones de personas pensando así acabaran con el mundo.

    Imagina miles de millones de personas entendiendo la fuerza que forman dentro del ecosistema y queriendo cambiar el mundo.

    Este tipo de artículos ayudan con ese despertar.

  5. Miguel Angel:

    Muy apreciado JavierL:

    Cada persona lleva un número colosal de bacterias y hongos, en el tubo digestivo creo recordar que la cifra de bacterias de la flora habitual se mide en billones.
    Así que una persona es en realidad una inmensa comunidad de células individuales que cooperan sobre la que asientan billones de microrganismos, la mayoría beneficiosos, que contribuyen, por ejemplo, a crear la defensa de la barrera cutánea creando un “manto ácido”. Sin las bacterias del estómago estaríamos enfermos casi siempre y no llegaríamos a cumplir ni 40 años.

    Y lo mas hermoso es que todas estas células, bacterias y hongos, ya vivan en nuestro propio cuerpo o en el suelo o en agua, son finalmente seres vivos emparentados, aunque nos separen miles de millones de años de evolución. Al final todo está conectado, como muy bien señalas.
    Ya lo dice esa preciosa canción de tu país, “Alma llanera”:

    “Soy hermano de la espuma, de las garzas, de las rosas y del sol”

    Recibe un gran abrazo en tu retorno, Javier.

  6. JavierL:

    Si, efectivamente todo esta muy Conectado, al fin de cuentas hemos evolucionado en conjunto dentro de un mismo medio.

    Cuando llegue el momento será muy interesante evaluar nuestra reacción en otros planetas. Con nuevas bacterias y hongos que formen parte de nuestro cuerpo.

    Se ve muy difícil pues todo el ecosistema puede ser tóxico para nosotros al no estar relacionados, ?pero quien sabe?.

    Por ultimo Miguel Angel. No me he ido, solo he estado un poco ocupado y estoy un poco atrasado con la lectura de los nuevos artículos.

    Un saludo

  7. daniel:

    Estimado Miguel Angel:
    Sobre la flora microbiana tienes “El hombre en adaptación” de Rene Dubos. Habla además de forma inteligente de otros asuntos humanos. Yo te pregunto: ¿saben las Escherichia coli que llevamos en el intestino que están cooperando con nosotros? Y si una se vuelve patógena, como a veces pasa, y nos causa una diarrea o una infección, ¿sabe esa E.coli y sus descendientes que no se está portando bien?
    http://es.wikipedia.org/wiki/Escherichia_coli#Patogenia
    ¿No estará todo en tu conciencia?

  8. Miguel Angel:

    Estimado daniel:

    En última instancia todo cuanto percibimos es una ilusión creada por nuestro cerebro.

    Afirmamos que la E.Coli no tiene consciencia porque es un unicelular, pero te respondo con otra pregunta advirtiendo de antemano que va con trampa:

    ¿Sabe el gobio de Luther que está colaborando con una gamba ciega?
    ¿Cuál sería el animal mas simple dotado de algún grado de consciencia?

    Recibe un sincero abrazo

  9. daniel:

    Estimado Miguel Angel:
    Perdona que no te haya constestado. Siguiendo con el sistema socrático de preguntar, como si estuviéramos en un partido de tenis: ¿sabe el gobio que la gamba es ciega? Eso me lleva Schopenhauer “El mundo como voluntad y representación”. Sinceramente no se cual es el animal más simple dotado de consciencia. Tal vez como escuché decir una vez en una charla filosófica (me impresionó mucho la frase): “los animales no tienen mundo”.

  10. tomás:

    Pues mi respuesta a la segunda pregunta es muy simple y por orden de lista: yo, tú, él, este, ese, aquel, el de más lejos, otro, otre…
    Un abrazo. (La había contestado, pero se me borró)

  11. Miguel Angel:

    Estimados daniel y tomás:

    Valoro la cautela de vuestras respuestas ya que son dos preguntas muy complicadas. No obstante, voy a intentar dar algún tipo de contestación (con altas posibilidades de batacazo)

    Podemos presumir que el gobio de Luther no sabe qué es la visión (aunque la posea), y tampoco sabe que la gamba es ciega. Tampoco entenderá el concepto de “cooperación”. Sin embargo, aunque no entienda el concepto cooperación, el gobio tiene consciencia, en un nivel inferior al nuestro porque tiene un cerebro mucho mas simple y con muchas menos neuronas, pero tiene consciencia. Es capaz de percibir estímulos provenientesdel medio en que se encuentra (visuales, vibraciones…) integrarlos en su sistema nervioso central y dar una respuesta.
    En este sentido, aunque el gobio no pueda saber que la gamba es ciega, ni pueda saber qué es la cooperación, si que es cpaz de darse cuenta de que no hay peligro en acompañar a la gamba, en cambio alejarse de ella seguramente suponga un aumento de su estrés y con su correspondiente subida de niveles de cortisol…es decir, en cierto modo, el gobio es capaz de percibir la situación de cooperación como algo bueno y tranquilizador y diferenciarlo perfectamente de otros estímulos amenazantes que provocarán sensaciones mas desagradables en su pequeña consciencia.

  12. Miguel Angel:

    La segunda pregunta es la del lío: ¿cuál es el animal mas simple dotado de consciencia?

    Para empezar no disponemos de una definición clara de consciencia porque es un fenómeno subjetivo. Se suele decir que es la capacidad para percibir algo fuera o dentro de nuestro organismo. En los humanos hablamos de grados de consciencia y tienen mucha importancia en la valoración de traumatismos craneoencefálicos o al inducir la anestesia en una intervecnión quirúrugica.

    William James describe 5 características de la consciencia: subjetividad, cambio, intencionalidad, continuidad y selectividad. El punto de la continuidad me parece cuestionable, como ya explicaré mas adelante.

    Para hablar de conciencia necesitamos un número suficiente de neuronas que integren todo este proceso: autores como Stuart Hammeroff afriman que bastan con que un ser vivo tenga 300 neuronas para que se de un grado mínimo de consciencia. Según este autor la consciencia tendría no sería contínua ya que se producirían 40 instantes de conciencia en cada segundo (40 momentos “bing”, como los llama Hammeroff), la sensación de continuidad vendría dada al ocurrir estos 40 Bings en cada segundo, del mismo modo que los fotogramas de una pel´´icula nos dan también sensación de continuidad.
    Para una lombriz con 300 neuronas Hameroff calcula que se produce un único momento Bing por minuto (no por segundo), de modo que podríamos hablar de consciencia, aunque en un grado menor que los humanos.

    Los unicelulares cumplirían algunos requisitos ya que son capaces de percibir estímulos y reaccionar, pero quedarían excluidos por no tener subjetividad, ni un “yo”.

    Os saludo con cautela.

  13. tomás:

    Muy inteligentes y documentadas autorrespuestas, y tan alejadas de mis bromas que me haces empequeñecer.
    Mi admiración y respeto acompañados de un abrazo.

  14. NeoFronteras:

    Es interesante y sorprendente que con tan pocas neuronas haya consciencia. Parece más bien increíble. Si esto es cierto quizás no sea ético comerse un pollo.
    Lo malo es que no se tiene ni idea de los que es la consciencia y cómo generarla. Si se supiera ya tendríamos robot asimovianos.

  15. Miguel Angel:

    Efectivamente, sagacísimo Neo, el modelo de Hameroff adolece precisamente de eso: no acaba de definir lo que es la consciencia, aún así es muy interesante desde el punto de vista matemático. Según Hameroff los microtúbulos de las neuronas pueden amplificar la señal en un orden de 10 elevado a 13, lo cuola es mucho, incluso llega a hablar de que es posible que la señal se amplifique 10 elevado a 14, o más.
    Así que con 300 neuronas y sus correspondientes sinapsis el cerebro ya puede procesar mucha información.

    Si no estoy muy desactualizado esta potenciación de la señal es supeirior a lo que puede conseguir la computadora mas potente.

    Amigo tomás:

    Una buena broma puede tener mucho mas valor que un buen comentario: por lo demás estoy perfectamente contigo en lo de sentirnos pequeños, ya puse en unha ocasión la canción existencialista de Cecilia “Nada de nada” que junto con otra de la misma autora “Andar” definen perfectamente el concepto de existencia y la fomra de vivir que yo quiero y deseo.

    Grandes abrazos a ambos

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