NeoFronteras

Diversas teorías y resultados recientes arrojan un poco más de luz sobre la transición del Ediacarense al Cámbrico.

Representación de vida durante la explosión del Cámbrico. Fuente: Katrina Kenny y Nobumichi Tamura.

En ciencia hay misterios que son difíciles de resolver. Uno de ellos es saber la razón por la que se dio la explosión del Cámbrico.

En el registro fósil hay una súbita aparición de la vida compleja animal que se corresponde a una época de hace unos 540 millones de años. Esto ya se conocía en los tiempos de Darwin y este lo achacó a que el registro fósil era incompleto y que los animales precedentes no se había conservado, de este modo la realidad encajaba mejor con su idea de una evolución que se daba a un ritmo muy lento y sin sobresaltos.

Desde esa época se han ido descubriendo fósiles de animales pluricelulares que precedieron a los que aparecieron en el Cámbrico. Se trata, como no, de la fauna de Ediacara, cuyos restos se pueden encontrar en sitios tan distantes entre sí como Namibia, Australia o Canadá. Antes de ella las únicas huellas de vida pasada que se pueden encontrar a simple vista son los estromatolitos, estructuras formadas por las cianiobacterias.

Pero la fauna de Ediácara no parecer corresponderse con los antepasados de la fauna del Cámbrico. Los seres ediacarenses estaban muchas veces fijados al fondo, medraban en un ambiente pobre en oxígeno y que se alimentaban de microorganismos, tanto de los que flotaban en el agua como de los que formaban tapetes microbianos al estilo de los estromatolitos.

Reconstrucción (hecha con ciertas dosis de imaginación) de cómo pudo ser la fauna de Ediacara. En esa época la tierra firme no estaba colonizada. Foto: Fuente desconocida.

La transición entre el Ediacarense y el Cámbrico se puede apreciar, por ejemplo, en Terranova. Por debajo de ese límite se pueden apreciar fósiles de seres de la fauna de Ediácara. Sólo un metro por encima hay ya señales fósiles dejadas por animales Cámbricos que poseían exoesqueleto, presumiblemente artrópodos, y ningún fósil de ediacarense, supuestamente llevados a la extinción por depredación. Nadie sabe cuanto tiempo pasó entre un caso y otro, pudo ser sólo unos siglos o miles de años.

En poco tiempo el ecosistema ediacarense desaparecería para dar paso a animales anatómicamente modernos, que se movían, depredaban y tenían bocas, dientes y garras. Pero también poseían un sistema nervioso sofisticado y sentidos que lo informaban, como el de la vista. La plácida y aburrida vida de Ediácara dio paso a una vida muchos más animada, activa y, por qué no decirlo, cruel.

A partir de aquí los paleontólogos discuten sobre qué produjo esta explosión de vida compleja. Una teoría mantiene que fue una rápida elevación de los niveles de oxígeno la que permitió que aparecieran animales con movilidad, seres que necesitan gran cantidad de energía que sólo la respiración aeróbica puede proporcionar. Otra teoría mantiene que fueron las innovaciones anatómicas, como la aparición de la visión o la depredación, la que produjeron una carrera de armamentos evolutiva que permitió esa gran diversificación de vida compleja.

Otra posibilidad es que Darwin tenga razón y que parte del registro fósil no está complejo, sobre todo si los animales tienen cuerpos blandos que no fosilizan.

Obviamente estas hipótesis puede que sean demasiado simplistas y quizás demasiado excluyentes entre sí.

En los últimos años hemos podido ver en NeoFronteras los distinto avances que se han hecho sobre este asunto. Quizás un día de estos se tenga una visión clara de lo que pasó, pero, de momento, esto no es así. Aunque, probablemente, lleguemos a la conclusión de que la famosa explosión fuera el fruto de una interrelación compleja entre el ambiente y los seres que vivían en él, de tal modo que no hubo sólo una causa que provocara el evento.

Quizás el nivel de oxígeno cruzó una suerte de umbral, incluso puede que sólo temporalmente, que permitió la aparición de depredación y a partir de ahí se dio la carrera de armamentos evolutiva entre especies que dio lugar a anatomías complejas.

La presencia de oxígeno parece un factor importante, durante 3000 millones de años sólo hubo microorganismos sobre la Tierra, principalmente porque eran los únicos que podían vivir a partir de compuestos simples por métodos anaerobios o de la fotosíntesis. Sin oxígeno libre que permita oxidar sustancias orgánicas no se puede obtener suficiente energía como para mantener un animal complejo con músculos, sistema nervioso, esqueleto mineral, etc.

Lo malo es que se conoce muy poco del ambiente y la química de los mares de la época, por lo que no se puede dilucidar bien qué teoría es correcta.

Por esta razón los investigadores del campo llevan unos años recolectado rocas sedimentarias del Ediacarense y Cámbrico por todo el mundo para medir la presencia de oxígeno a lo largo de todo ese tiempo. Son rocas que se formaron por sedimentación en el fondo de los mares y que contienen hierro, molibdeno y otros metales (y sus isótopos) cuya solubilidad depende de la presencia de oxígeno.

En un principio parecía que sí se produjo una elevación de los niveles de oxígeno justo antes de la explosión del Cámbrico, pero el equipo de Erik Sperling (Stanford University) recopiló una base de datos sobre este tipo de rocas de diversas procedencias con 4700 medidas y sus resultados fueron negativos [1].

Simplemente no encontraron una correlación entre el oxígeno libre disuelto en el agua y la transición del Ediacarense al Cámbrico. Si hubo tal evento de oxigenación tuvo que ser mucho más pequeño de lo que se creía y, en ningún momento, se llegó a los niveles de oxígeno del presente.

Donald Canfield (Universidad del Sur de Dinamarca) llega a una conclusión similar cuando junto a sus colaboradores sugieren que los niveles de oxígeno previos a la explosión eran similares a los que permiten vivir a animales como las esponjas [2]. Estos niveles estaban presentes cientos de millones de años antes de que aparecieran este tipo de animales.

Otro que llega a conclusiones parecidas es Timothy Lyons (University of California en Riverside) cuyo trabajo con molibdeno sugiere que, aunque se dio un papel del oxígeno en los cambios evolutivos de la época, lo que hubo fue unos picos temporales en el oxígeno libre que sólo duraban unos pocos millones de años y que gradualmente el nivel de oxígeno descendía otra vez.

El eje de vertical indica el nivel de oxígeno en porcentaje respecto a los niveles actuales, mientras que el horizontal es el tiempo contado en millones de años desde el presente. Los niveles de oxígeno alzaron, alo más, un 1-2% hace 800 millones de años (1). Hace 635 millones de años una época glaciar termina con una subida de los niveles de oxígeno (2). Hace 580 millones de años aparece los primeros animales ediacarenses en el registro fósil (3). Hace 542 millones de años desaparece la fauna ediacarense y empieza la explosión del Cámbrico (4). Luego se produjo un subida gradual y desigual de los niveles de oxígeno (5). Fuente: Nature.

Según Sperling los biólogos toman una aproximación equivocada y convencional cuando piensan en el papel del oxígeno en este asunto. Sperling señala que algunos gusanos actuales pueden vivir en el suelo marino en el que hay menos del 0,5% de la concentración media oceánica de oxígeno, aunque la cadena trófica sea simple. Cuando se tiene un nivel de entre 0.5 y 3 por ciento los animales son mucho más abundantes, aunque la base de la cadena trófica siga siendo microbiana. Los depredadores aparecen entre ese 3 y un 10 por ciento [3].

Estos niveles bajos de oxígeno podrían haber ocurrido justo antes del Cámbrico para poder generar la explosión. Incluso aunque esos niveles se dieran por poco tiempo, esto hubiera sido suficiente como para generar esos cambios evolutivos dramáticos.

La aparición gradual de depredadores antes de la famosa explosión hubiera sido una gran amenaza para la fauna de Ediácara, lo que la habría llevado a la extinción a esa fauna, pues no se aprecian descendientes suyos en el registro fósil posterior.

En el Ediacarense vivía por ejemplo la Cloudina, que posiblemente se alimentaban de tapetes microbianos, pero que también tenía un exoesqueleto, algo caro de construir bajo el punto de vista energético y que sólo tiene sentido si había depredadores. Agujeros en esas conchas sugieren que, efectivamente, ya había depredadores en esa época [4].

Signos de depredación también parecen provenir de fósiles ediacarenses de Treptichnus [5], túneles que parecen haber sido realizados por gusanos carnívoros similares a los priapúlidos modernos.

Pero los fósiles ediacarenses no siempre informan de un comportamiento o anatomía sofisticada. Algunos de ellos corresponden a los surcos que dejaba algún tipo de gusano que se arrastraba alimentándose del tapete microbiano sin ningún tipo de camino guiado. Son precisamente las trayectorias marcadas las que indican que el sistema nervioso de este animal no eran capaz de sentir o reaccionar bien frente a los estímulos externos del terreno. Sin embargo, este tipo de surcos ya son más sofisticados en el Cámbrico [6].

Esta amenaza de forrajeo sofisticado posiblemente hizo que los microbios se organizaran tridimensionalmente en los sedimentos del fondo en lugar de en tapetes superficiales, lo que, a su vez, hizo que estos forrajeadores empezaran a penetrar más en los sedimentos, tal y como indica el registro fósil. Según Sperling, también parece que otros animales empezaron a excavar en el lecho marino para huir de los depredadores y hacia arriba en la columna de agua, en donde la mayor cantidad de oxígeno les permitía nadar.

Según el registro fósil los primeros animales surgirían hace 580 millones de años, pero los análisis genéticos indican que debieron originarse hace 700 u 800 millones de años.

La solución a la paradoja es que los niveles de oxígeno fueran del 2 al 3 por ciento de lo niveles modernos hace unos 800 millones de años. Aunque era poco y no permitía la evolución de animales grandes, sí que quizás fue suficiente como para permitir la emergencia de pequeños animales que no habrían dejado restos fósiles. Una vez se alcanzaron mayores niveles de oxigeno entonces ya sí que podría haber sido posible un aumento del tamaño de los mismos.

Otro estudio reciente arroja un poco más de luz al asunto. Un equipo internacional de científicos propone que ciertos cambios geológicos ayudaron a esta transición [7].

Los continentes estaban bastante juntos en el Cámbrico y esto ayudó tanto a la especiación como a la conservación de sus fósiles. Según estos investigadores, por esa época hubo un episodio masivo de lo que se conoce como migración real del polo.

Los continentes y las placas oceánicas están en constante movimiento en relación unos a otros, pero durante un cambio de este tipo la corteza terrestre y manto terrestre al completo se deslizan sobre el núcleo en 5 o 10 millones de años, provocando un cambio de la localización de los continentes y placas oceánicas al mismo tiempo y en la misma dirección.

Según este estudio hace 520 millones de años un cambio de este tipo de más de 60 grados movió los continentes desde la zona polar hacia latitudes tropicales. Se sabe que la biodiversidad biológica es mayor en las zonas tropicales que en otras más frías, por lo que esto podría haber sido una de las causas de la diversificación Cámbrica.

Además, esto habría aumentado las zonas costeras de forma dramática y, sobre todo, la superficie cubierta de mar somero, pues hubo una mayor parte de los continentes cubierta por masas de agua en las regiones tropicales (una columna de agua mayor debida a la fuerza centrífuga de rotación terrestre) . Todo ello habría aumentado la diversificación y, además, una mejor conservación de los fósiles (otra vez volvemos a Darwin).

Parece que, aunque nos aproximemos cada vez más a saber qué produjo la explosión del Cámbrico, posiblemente nunca lleguemos a saber del todo qué pasó.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4891

Fuentes y referencias:
Nature.