La vida multicelular apareció en la Tierra por culpa de las algas

La vida multicelular apareció en la Tierra por culpa de las algas

ArchaeplastidaUno de los misterios de la paleontología clásica (y digo misterio no porque implique algo sobrenatural o marcianos, sino porque es una cosa muy espectacular que no tiene explicación segura) es la expansión de los organismos pluricelulares complejos, en su momento esponjas, gusanos, medusas y poco más. No es que sustituyeran a las bacterias y protozoos, que siguen aquí, sino que se convirtieron en la biomasa dominante y más aparente del planeta.

Desde hace unos tres mil millones de años hasta hace 750 millones, los océanos fueron el reino de bacterias que pululaban por ahí oxidando hierro y azufre, creando estructuras cada vez más complejas como un núcleo, las mitocondrias para generar energía, los cloroplastos para vivir de la luz solar… nos quedan abundantes muestras de esto, desde los fósiles denominados estromatolitos (acumulaciones de óxido con aspecto de boñigas de vaca que aún hoy siguen formándose en los mares) a grandes yacimientos de minerales.

Y de repente, hace unos 610 millones de años, la expansión Ediacarense: aparecen restos fósiles extraños de organismos desconocidos, blandos (sólo conocemos sus huellas en el barro fino, sin rastros de estructuras internas) pero claramente pluricelulares. Ya fueran una rama totalmente exótica de la vida o formas primitivas de esponjas y gusanos, estos seres llenaron los mares en poquísimo tiempo. ¿Qué provocó este cambio, cuando la tranquilidad bacteriana había dominado los océanos los últimos dos mil y pico millones de años?

CriogénicoLa última teoría plantea lo siguiente: hace unos 750-650 millones de años hubo (varias) superglaciaciones que convirtieron a la Tierra en una gran bola de nieve y hielo. La vida subsistía bajo los mares helados junto a las chimeneas hidrotermales, pero la superficie era estéril, con una atmósfera tenue casi carente de oxígeno. Inmensos glaciares aplastaban y molían las montañas -igual que ahora- bajo la presión de los hielos.

Cuando llegó el calentamiento global, la fusión de estos glaciares derramó en los océanos enormes cantidades de sedimentos minerales: nutrientes, que provocaron una multiplicación de la vida capaz de utilizar estos elementos y luz solar para fabricar materia orgánica. Los mares se llenaron de algas, y esta abundancia de biomasa altamente nutritiva estimuló la aparición de animales complejos capaces de aprovecharla.

Este concepto no está sacado de la manga, sino que deriva del análisis de rocas sedimentarias de la Formación Wallara y otras (Johnny’s Creek, Areyonga, todas pertenecientes al Criogénico-Ediacarense del centro de Australia; unos 700 millones de años). Un equipo de científicos internacional de la Universidad Nacional en Canberra, la Universidad de Bremen y el Instituto Max Planck descubrió la presencia de picos de ciclopentanoperhidrofenantreno en la roca. La sustancia, conocida también como esterano, es la base de moléculas como los esteroides y el colesterol. Comparando la cantidad de estos marcadores orgánicos, llegaron a la conclusión de que en aquellas fechas hubo una auténtica explosión del plancton vegetal.

The rise of algae in Cryogenian oceans and the emergence of animals, en Nature

Visto en SINC.

Los controvertidos orígenes del hombre

Los controvertidos orígenes del hombre

Paul RivetHace como treinta años leí un libro, Los Orígenes del Hombre Americano de Paul Rivet. Este señor, un etnólogo francés, sostenía -al igual que Thor Heyerdahl pero con más fundamento teórico- que el continente americano había sido poblado por múltiples oleadas desde Asia, Australia y la Polinesia. De alguna manera esto explicaría el hecho de que hubiera culturas asentadas en el sur en fechas en las se supone que las primeras migraciones pasaban por el estrecho de Bering, miles de kilómetros al norte.

Florentino Ameghino rodeado de fósilesEsto me llevó a las curiosas teorías de otro científico, el argentino Florentino Ameghino. En el siglo XIX, Ameghino planteó la posibilidad de que el ser humano evolucionara en Sudamérica y de ahí se expandiera al resto del mundo. La falta de evidencias fósiles o materiales dejó esta teoría en el cajón de lo improbable, aunque de vez en cuando aparecen artefactos cuya datación contradice la teoría de la migración vía Siberia-Norteamérica hace unos 14.000 años. Y ¿por qué no?

Con los análisis del genoma humano y la posibilidad de trazar líneas parentales a través del ADN mitocondrial -que se transmite por vía materna- parecía que todo el misterio se podría resolver. En 1994, James Neel y Douglas Wallace establecieron un método para calcular la velocidad con que cambia el ADN mitocondrial. Ese método permitió fechar el origen del Homo sapiens entre 100.000 y 200.000 años y la salida de África entre 75.000 y 85.000 años. Con este mismo método, el genetista argentino Néstor Bianchi llegó a la conclusión que hasta el 90% de los amerindios actuales derivan de un único linaje paterno fundador que denominó DYS199T y que colonizó América desde Asia a través de Beringia hace unos 22.000 años. Las teorías multirraciales de Heyerdahl y Rivet quedaban descartadas.

Pero, ¿es esto definitivo? Demos un repaso a lo que actualmente damos por cierto…

Los primates aparecieron aproximadamente hacia la época de la extinción de los dinosaurios: eran criaturas ratoniles, y para encontrar algo parecido a un mono tenemos que avanzar hasta el Mioceno, hace unos 20 millones de años. Estos primates hominoideos se distribuyeron con rapidez por Europa y Asia (Proconsul, Dryopithecus, Sivapithecus); estamos hablando de monos parecidos a gibones.

Y ahora viene la parte complicada, porque de esa Europa selvática nos quedan restos muy fragmentarios: Pierolapithecus (Cataluña, 13 millones de años) que parece un antecesor de los grandes simios: gorilas, chimpancés y hombres. Oreopithecus (Italia, 9,5 millones de años) que andaba en dos patas. Australopithecus (Africa, 3.5 m.a.) ya pertenece a una rama que conduce al hombre. Homo habilis y H. ergaster (Kenya, 1,5 m.a.) son humanos y migraron por toda Europa.

Graecopithecus en su ambienteEl último hallazgo de este tipo, el mes pasado, ha sido Graecopithecus freybergi (Grecia-Bulgaria, 7,1 m.A.): un hominino cuyos molares tienen raíces divergentes como los humanos. ¿Significa esto que la separación entre chimpancés y humanos ocurrió en Grecia, o que esta especie tenía esa característica igual a los humanos por convergencia evolutiva* y no tiene relación con nosotros? Difícil deducirlo de unos pocos restos.

Este lío de Homos, repartidos en pequeñas poblaciones dispersas por el Viejo Mundo, dio lugar a variaciones o especies que divergían y se cruzaban: neanderthalensis, denisoviensis, floresiensis, erectus, antecessor… de nuestra especie, Homo sapiens, se dice que el fósil más antiguo procede del río Omo -nombre adecuado- y nos ubica en Etiopía hace 200.000 años. Fijaos que esto coincide con los datos de la “Eva mitocondrial” que hablábamos antes.

Hace unos 70 o 75.000 años la caldera del volcán Toba (Sumatra) explotó con una potencia equivalente a 3.000 veces la catástrofe del Monte Santa Helena, cubriendo la Tierra de cenizas y provocando un invierno volcánico con bajadas de temperatura entre 3 y 15º. Una teoría justifica nuestra escasa diversidad genética con este evento de extinción, que posiblemente redujo la exigua población de sapiens a menos de mil individuos. Los cuales no tardaron mucho en migrar a Europa, siguiendo la costumbre de todos los primates.

Cráneo de Djebel IrhoudSin embargo, a principios de este mes (junio 2017) se publicó un descubrimiento interesante: en Djebel Irhoud (Marruecos) se encontraron fósiles de al menos cinco Homo sapiens datados por termoluminiscencia en 300.000 años. Cien mil años más viejos que los del río Omo y lo que decía el ADN mitocondrial!

El yacimiento y sus fósiles humanos se conoce desde los años ’60, pero siempre se habían fechado con una antigüedad rondando los cuarenta mil años. En el 2004 el Instituto Max Planck permitió al paleoantropólogo Jean-Jacques Hublin, que había notado diferencias anatómicas interesantes en los fósiles, usar sus recursos para la datación.

En el yacimiento había útiles de piedra, al mismo nivel que los huesos; cuando salieron los resultados de la termoluminiscencia, se aplicaron otras técnicas a un molar que dieron una fecha de 286 ± 32 mil años. Esto cuestiona todos los planteamientos anteriores. ¿Cuántas veces salió H. sapiens fuera de África? ¿Por dónde venía: Anatolia, Gibraltar? (recordemos que todavía no había balsas ni lanchas, y en esas fechas el Mediterráneo ya se había vuelto a llenar) ¿Realmente se cruzaron con todos los primates que encontraron por el camino? Esta es una saga que alguien debería escribir.

Hallan en Marruecos los fósiles más antiguos de ‘Homo sapiens’, en National Geographic

  • Convergencia evolutiva es el fenómeno por el cual dos especies -no relacionadas necesariamente entre sí- producen un órgano similar: por ejemplo, alas membranosas (en murciélagos y pterosaurios).

Vida arcaica hace 3.800 millones de años: ¿qué implica este descubrimiento?

Rocas de Nuvvuagittuq, donde se han encontrado las formaciones. imagen © Dominique PapineauUn equipo internacional de científicos ha publicado el hallazgo de vestigios fósiles de vida arcaica que podrían tener entre 3.700 y 4.200 millones de años de antigüedad en Quebec (Canadá). Este descubrimiento, que retrotrae el origen de la vida terrestre casi quinientos millones de años y prácticamente a una época en que la Tierra se estaba formando, resulta tan espectacular que ha sido publicado en la prensa por todo el mundo. Pero, ¡qué es lo que realmente se ha encontrado?

Matthew Dodd y sus colegas del University College de Londres analizaron muestras recogidas en una región llamada cinturón Nuvvuagittuq, en la costa de la Bahía de Hudson, al norte de Quebec. Las rocas tienen por lo menos 3750 millones de años de antigüedad, y algunos geólogos argumentan que tienen unos 4290 millones de años; lo que significaría que son apenas más jóvenes que el planeta. Hace muy pocos años creíamos que la Tierra era poco más que una bola de lava incandescente bombardeada por meteoritos, en esos tiempos.

¿Qué son estos fósiles?

Microtubos de hematitaEl descubrimiento en cuestión consiste en unos tubitos y filamentos de hematita incrustados en una masa de cuarzo. Las rocas Nuvvuagittuq contienen carbono isotópicamente ligero en forma de rosetas carbonatadas y gránulos de magnetita-hematita. Hablando claro: coincide con los restos que dejaría una bacteria como las que viven en las actuales chimeneas hidrotermales, oxidando hierro. La hematita es su, ejem, residuo digestivo; así como el carbono serían los restos de la propia bacteria.

Desde el Infierno

Los primeros restos incuestionables de vida orgánica de los que teníamos constancia se remontan a 3460 M.A. y son unas sulfobacterias halladas en Australia. Imaginemos el contexto: un planeta sin atmósfera, un océano sin oxígeno y lleno de minerales disueltos, calderas de agua hirviendo por todas partes y posiblemente zonas enteras evaporándose y siendo arrancadas de la corteza por el impacto de meteoritos enormes. Bueno, quinientos millones de años antes era peor.

No en vano se denomina a esta época el Hadeano, de Hades, el Infierno. Las rocas más antiguas del planeta, difíciles de encontrar, tienen esa antigüedad. Tengamos en cuenta que la Tierra es un mundo dinámico, y la corteza se va enterrando bajo capas de sedimentos para luego volver a asomar por la erosión; capas enteras simplemente se hunden en el manto para fundirse sin dejar rastro.

Dudas

Vida arcaica?Las rocas supervivientes de estos procesos suelen estar muy alteradas por la presión y el calor del subsuelo, llegando a cambiar sus características fundamentales. Esa es la pega que se le pone a este descubrimiento, ya que realmente sabemos poco de la dinámica de rocas tan antiguas. Estos tubitos podrían ser consecuencia de un proceso abiótico, es decir, sin presencia de vida.

Parece mucho escepticismo, pero recordemos hace no mucho la que se armó con el hallazgo de formas similares a bacterias en un meteorito marciano encontrado en la Antártida. La argumentación también se basaba en la presencia de microestructuras y firmas isotópicas consistentes con actividad biológica, pero al final fue una decepción.

En todo caso, de comprobarse esta nueva datación (mediante otros descubrimientos o pruebas más concluyentes) no sólo estaríamos hablando de una vida terrestre tremendamente antigua, sino de la posibilidad de que la vida orgánica tal como la conocemos, basada en el carbono, es mucho más resiliente y capaz de subsistir en entornos hostiles. Si ya tenemos un montón de mundos capaces de sustentar vida (algunos en nuestro propio sistema) esto ampliaría el rango de una forma importante.

Evidence for early life in Earth’s oldest hydrothermal vent precipitates, en Nature

Anfibios gigantes: mordían… o no?

Anfibios gigantes: mordían… o no?

eryops-y-platyhystrixAntiguamente en el colegio nos simplificaban la vida llamando a los períodos Triásico-jurásico-Cretácico la “edad de los Reptiles” y al tiempo que viene después la “edad de los Mamíferos”. Esto me llevaba a pensar dos cosas: ¿Qué vendrá después de los mamíferos, qué tipo de recubrimiento que no sea escamas, pelo o piel tendrán? y ¿hubo una edad de los Peces, de los Anfibios, de las Aves? Esto volvía locos a los maestros.

El caso es que el Carbonífero podría llamarse la Edad de los Anfibios, ya que eran los únicos vertebrados que poblaban la tierra firme y llegaron a diferenciarse en multitud de formas y tamaños, adaptándose a los nuevos nichos ecológicos que estaban conquistando. Los primeros anfibios son conocidos como laberintodontos, debido a la complicada estructura de sus dientes (heredada de los peces ripidistios); hay dos grupos, uno de los cuales –Anthracosauria– acabaría originando a los reptiles. El otro, los temnospóndilos, es el protagonista de esta época de la Tierra.

AphanerammaHabía temnospóndilos con forma de culebra, otros aplastados que vivían en la hojarasca; enormes, con aspecto de gordos cocodrilos de boca desmesurada (Eryops, Cacops); alargados pescadores de hocico de delfín (Aphaneramma); arbóreos, marinos y de agua dulce. Lo único que no llegaron a conquistar fue el aire y la tierra seca -porque no nos consta en el registro fósil, aunque ¿quién sabe?

La pregunta que surge al ver estos anfibios gigantes, un sapo-cocodrilo de cabeza blindada y diez metros de largo es: ¿este bicho era lento o rápido? ¿Su metabolismo le permitía perseguir presas o simplemente esperaba con la boca abierta? Este enigma se plantea en la ilustración clásica de Zdenek Burian de un Mastodonsaurus tomando el sol a orillas de un bosque pantanoso. Impone, pero no sabemos si se nos echaría encima o se limitaría a bostezar.

Mastodonsaurus-BurianNo es una cuestión baladí, y se puede aplicar a cualquier depredador paleozoico desde los escorpiones marinos a los dinosaurios. Recordemos que durante muchísimos años la ciencia imaginó a los grandes saurios como lagartijas gigantes, con alosaurios comiendo carroña y tiranosaurios arrastrando su cola lentamente tras alguna presa pequeña, un velociraptor aún más lento. Una carrera de paralíticos, porque “eran monstruos de sangre fría y metabolismo muy primitivo”.

Se puede achacar a la falta de conocimientos en biomecánica el no saber que un T. rex corría al menos tanto como un humano y un Velociraptor hacía sprints a 40 kilómetros por hora, pero desde la antigüedad se conocen los cocodrilos, y estos animales -cuando están motivados y calentitos- son terroríficamente ágiles, aunque no durante mucho rato.

Los temnospóndilos vivieron de polo a polo (literalmente: se han encontrado sus restos en Groenlandia y la Antártida) hasta el Cretácico, aunque ya sin ser protagonistas: eran fósiles vivientes en un mundo ocupado por reptiles. Así que es raro que hasta ahora nadie lo hubiera planteado. Ahora, una investigación -basada en biomecánica computacional- liderada por Josep Fortuny, investigador del Institut Català de Paleontologia Miquel Crusafont, ha intentado dilucidar el enigma. La respuesta es… ambigua.

El estudio del stress craneal y la fuerza de mordida comparando algunas especies con un reptil tipo (Alligator actual) así como de la estructura de los dientes, parece concluir que aquellos anfibios gigantes con aspecto de cocodrilo realmente eran capaces de realizar una caza activa, aunque con algunas diferencias; y que otros, con cabezas anchas y chatas, se alimentaban succionando al estilo de las salamandras.

Claro que un cocodrilo tiene mejoras “tecnológicas” como un paladar que le permite respirar incluso con la boca llena, mejores refuerzos internos y articulación mejorada de la mandíbula y cuello. No es extraño que el incremento de estos reptiles (Archosauria) en los ecosistemas del Triásico coincida con la desaparición de la mayoría de temnospóndilos, superados en capacidades de caza.

Comparative 3D analyses and palaeoecology of giant early amphibians (Temnospondyli: Stereospondyli), en Scientific Reports

Visto en SINC

Hatzegopteryx, un pterosaurio transilvano gigante

Hatzegopteryx, un pterosaurio transilvano gigante

Reconstrucción de Hatzegopteryx. Imagen © Mark WittonA pesar de lo que se suele ver en las películas, la mayoría de los pterosaurios -entiéndase como tal el conjunto de reptiles voladores que no son dinosaurios– eran chiquitinos y frágiles. Sin embargo, a finales del Cretácico algunos grupos desarrollaron tamaños descomunales: los Pteranodon, posiblemente pescadores, con sus 6 metros de envergadura, mandíbula sin dientes y cresta, son los más populares en el cine.

Los azhdárquidos son menos conocidos, pero representan a las criaturas voladoras más grandes de la Tierra. Hasta hace poco Quetzalcoatlus era el más grande con sus 10-11 metros de envergadura. Criaturas extrañas, de enormes crestas y cuello largo, no está muy claro de qué vivían: posiblemente, de forma parecida a las cigüeñas y otros grandes pájaros, serían depredadores terrestres y pescadores.

El caso es que de las especies de azhdárquidos se conocen solamente dos más o menos completos –QuetzalcoatlusZhejiangopterus- ; el resto son restos fragmentarios, vértebras sobre todo. Se daba por hecho que todas las especies compartían la misma arquitectura corporal, cabezones, de largos miembros, una especie de jirafas voladoras.

Comparación de Arambourgiana y Hatzegopteryx. Imagen © Mark WittonEl nuevo espécimen, Hatzegopteryx thambema, procede del Cretácico tardío de Transilvania (Rumania) y tiene (aparte de unos 12 metros de envergadura) unas vértebras del cuello especialmente robustas, lo cual difiere mucho del esquema azhdárquido: el cuello corto y musculoso, el cráneo pesado y con una mandíbula de apertura amplia, parecía capaz de ser un depredador activo de piezas grandes.

La inusual estructura ósea del cráneo es muy llamativa: llena de alvéolos, se parece al poliestireno expandido, aportando ligereza y resistencia. Hatzegopteryx carecía de dientes, pero sin duda su tamaño y robustez lo convertían en una temible fiera. Esto abre un camino de descubrimiento para nuevas variedades morfológicas en la -hasta ahora- supuestamente homogénea familia Azhdarchidae.

El entorno donde se encontraron sus restos era, hace 66 millones de años, una isla: la isla de Hateg, un entorno subtropical en el mar de Tetys. No se conocen grandes depredadores en el sitio, así que es posible que estos azhdárquidos fueran el tope de la cadena alimenticia en la región.

Neck biomechanics indicate that giant Transylvanian azhdarchid pterosaurs were short-necked arch predators, en PeerJ

Chimeneas hidrotermales en Marte

Chimeneas hidrotermales en Marte

Marias PassEl robot Curiosity lleva un buen tiempo investigando la superficie de Marte, concretamente las cercanías del cráter Gale. Este cráter de impacto, con 3,5-3,8 mil millones de años de antigüedad, fue escogido por la presencia de formaciones visibles desde el espacio, formaciones geológicas que indicaban la posible presencia de agua en tiempos pasados. Y, de hecho, se han encontrado gran cantidad de muestras: estratificaciones de sedimentos, escorrentías fósiles, cantos rodados… aunque, como no tenemos idea de la mecánica geológica de otros mundos, podría tener otras causas. Pero las evidencias son ya aplastantes.

Agua caliente

Chimeneas hidrotermalesLo último es aún más interesante, porque consiste en unos accidentes demasiado pequeños para ser vistos desde la órbita. Son restos de lo que parecen ser antiguas chimeneas hidrotermales, esas surgencias de agua mineral casi hirviendo que en la Tierra ocurren en las profundidades del océano y que se consideran uno de los posibles puntos de aparición de la vida orgánica.

El agua caliente cargada de minerales es no solamente un lugar químicamente activo, donde reacciones complejas pudieron dar lugar a aminoácidos y finalmente a moléculas autorreplicantes, sino que es un punto de reunión de todo tipo de organismos debido a la temperatura y los nutrientes que allí se encuentran.

Bichos

La base de la cadena alimenticia la constituyen las arqueas quimiosintéticas, que obtienen su energía oxidando compuestos ferrosos, sulfuro de hidrógeno o amoníaco que sale por las chimeneas. A partir de ahí se alimentan otros microbios, organismos filtradores, pequeños depredadores… claro, todo esto en la Tierra. En Marte, no tenemos ni idea: pudieron ser fuentes totalmente estériles.

Se localizan en tres zonas diferentes del cráter Gale: Yellowknife Bay, Dingo Gap y Marias Pass. Todas ellas tienen un diámetro máximo de unos 70 cm, con bordes de cementación (por la huella de los fluidos) y capas concéntricas o irregulares. Su composición consiste en minerales de la arcilla y basálticos, pero existen variaciones de los contenidos en sílice, magnesio, titanio, hierro y en los niveles de hidratación.

En realidad, podrían incluso ser otra cosa totalmente distinta: lo único que nos indican es que por dentro fluían sedimentos licuados. Pudieron ser simplemente fumarolas de lodo, bastante inhóspitas para cualquier cosa que no sea un organismo extremófilo.

En Almería, también (claro)

Hay algunos puntos de la Tierra donde, aparte de chimeneas activas, existen restos fósiles similares a los marcianos: Australia, Colorado, Santa Cruz (USA) y Las Herrerías (Almería). De este último sitio procede el mineral llamado jarosita, por el Barranco Jaroso, en Sierra Almagrera, posiblemente originado durante la actividad de las placas tectónicas durante el Mioceno superior. En este caso la actividad está conectada al flujo de aguas termales.

No es la primera señal de actividad hidrotermal en Marte: la Spirit encontró, en el entorno del cráter Gusev, una especie de “coliflores” silíceos que se parecen mucho a los estromatolitos terrestres causados por tapetes microbianos que precipitan sílice en formas caprichosas.

Puede que no veamos vida en Marte durante un tiempo, pero cada vez estamos más cerca de descubrir su presencia en de épocas pasadas.