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El eslabón perdido de la evolución
John Grotzinger ha dedicado su carrera a resolver uno de los misterios más debatidos en la biología evolutiva: lo que sucedió hace cientos de millones de años para causar el estallido espontáneo de vida que engendró a los primeros antepasados de todos los animales de la Tierra en la actualidad. Regresó al MIT en enero de 2002 después de pasar un año en el Medio Oriente, donde recolectó rocas que contienen fósiles que datan de la llamada Explosión Cámbrica. Sobre la base de esos fósiles, Grotzinger, un sedimentólogo del Departamento de Ciencias Terrestres, Atmosféricas y Planetarias del Instituto, cree haber encontrado la respuesta.
Según el registro fósil, la vida en la tierra surgió hace 3.500 millones de años en forma de diminutas bacterias fotosintéticas. Durante cerca de tres mil millones de años, el planeta estuvo desprovisto de algo más grande que bacterias, plancton y algas microscópicas. Entonces, de repente, hace unos 540 millones de años, en las oscuras profundidades del océano, surgió una rica comunidad de pequeños animales. Desde largos gusanos espinosos hasta criaturas de cinco ojos con mangueras de agarre en lugar de bocas, transformaron por completo el fondo del océano hace unos 10 millones de años, en un abrir y cerrar de ojos en el tiempo evolutivo. Estos fueron los primeros representantes de prácticamente todos los principales grupos de animales de la tierra hoy en día y quizás aún otros grupos que desaparecieron hace mucho tiempo.
Los científicos han encontrado varias explicaciones para la explosión cámbrica. Según una teoría, la aparición de depredadores podría haber desencadenado un período de rápida evolución: los primeros animales de presa, en su lucha por adaptarse, adquirieron mecanismos de defensa como caparazones duros. Otra posibilidad es que el aumento de oxígeno atmosférico impulsó la evolución de estructuras corporales más complejas: el oxígeno es un requisito para el desarrollo y el crecimiento esquelético. Para aclarar lo que realmente sucedió, Grotzinger fue a Omán en enero de 2001 para buscar fósiles en rocas extraídas de campos petroleros a cinco kilómetros bajo tierra. El beneficio de estos fósiles es que están muy bien conservados, dice Grotzinger.
Cuando llevó sus muestras de rocas al MIT para su análisis, Grotzinger quedó asombrado por lo que vio. Junto con dos de sus colegas, el geocronólogo Sam Bowring y el geobiólogo Roger Summons, reconstruyó en tres dimensiones cómo habría sido la cuenca oceánica antes del período Cámbrico, el período geológico durante el cual ocurrió la explosión de vida. Los fósiles contenidos en las rocas indicaron que antes del período Cámbrico, los arrecifes oceánicos albergaban los primeros prototipos de animales con conchas blandas. Cloudina , una criatura parecida a un gusano, y Namacalathus , un animal diminuto con forma de copa de vino. Sin embargo, una vez que comenzó el período Cámbrico, estos organismos simplemente desaparecieron.
Al estudiar los isótopos de carbono en la roca, Grotzinger y Bowring determinaron que justo antes de que comenzara el período Cámbrico, ocurrió una gran catástrofe ambiental: los océanos dejaron de circular repentinamente. Este evento condujo a la extinción masiva de esos primeros animales, posiblemente a través de un aumento de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y el metano, liberados de los océanos en el momento en que los océanos comenzaron a circular nuevamente. La desaparición de los primeros animales, sostiene Grotzinger, despejó el campo de juego y permitió que surgiera un grupo de animales nuevo, más diverso y mejor adaptado.
Este no fue el resultado que Grotzinger pensó que encontraría. Nuestra teoría inicial era que la aparición de toda la diversa fauna del Cámbrico era más el resultado de la invención de conchas duras, que permitieron que estos organismos se conservaran repentinamente en el registro fósil, dice. No tenía idea de que íbamos a inventar una historia de extinción.
A principios de la década de 1990, Grotzinger había descubierto fósiles precámbricos de Cloudina y Namacalathus en Namibia. Pero el registro fósil en el límite entre el Precámbrico y el Cámbrico está mal conservado, y el destino de las primeras criaturas sigue siendo un enigma. Grotzinger especuló que eran simplemente animales de transición entre los primeros animales prototipo y la diversa fauna del Cámbrico. Pero sobre la base de sus datos de Omán, cree que fue la extinción de los primeros animales lo que estimuló la explosión cámbrica. Es una gran historia, pero opuesta a lo que esperaba, dice.
El hallazgo de Grotzinger es realmente la pistola humeante, dice Andrew Knoll, un biólogo evolutivo de la Universidad de Harvard que hace unos años fue uno de los primeros en proponer una teoría de la extinción para explicar la explosión cámbrica. Y aunque Knoll y muchos otros científicos han encontrado evidencia de un cambio ambiental importante en el límite precámbrico-cámbrico, ninguno ha podido correlacionar el evento directamente con la desaparición de los primeros prototipos de animales. Los nuevos datos de Omán unen estos dos eventos juntos por primera vez, haciendo que la teoría de la extinción, dice Grotzinger, sea un éxito total.
La nueva evidencia también es consistente con los patrones de otras extinciones importantes en la historia de la evolución animal. Por ejemplo, los dinosaurios y los mamíferos coexistieron hace 150 millones de años. Sin embargo, en todo ese tiempo, los mamíferos nunca salieron del tipo de caja ecológica en la que fueron confinados por los dinosaurios, dice Knoll. En cambio, seguían siendo pequeñas cosas parecidas a ratas que se deslizaban por los árboles. Sin embargo, una teoría líder ahora sostiene que cuando un meteoro golpeó la tierra hace 65 millones de años, acabando con los dinosaurios, los mamíferos sobrevivieron. En este nuevo entorno abierto, evolucionaron rápidamente, crecieron y llenaron nichos ecológicos vacíos. Es probable que antes se hubieran producido variantes similares de mamíferos mediante mutaciones genéticas, pero habrían sido eliminadas por selección natural durante el reinado de los dinosaurios. Después de la extinción de los dinosaurios, los mamíferos más grandes sobrevivieron.
Siempre existe una tensión entre la genética y la posibilidad ambiental, dice Grotzinger, quien recientemente fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias. Aunque los genes dictan cómo se ve un organismo, dice, las fuerzas físicas dan forma al curso de la evolución de una especie. Y cuando esas fuerzas son grandes, pueden abrir la puerta a formas de vida completamente nuevas.
Para verificar los resultados de Omán, los investigadores del MIT se han trasladado a China, donde han encontrado rocas que se remontan al límite precámbrico-cámbrico. China tiene muchas rocas de la edad adecuada y su conservación parece ser espectacular, dice Bowring. El año que viene, vamos a producir una gran cantidad de datos interesantes. Más fósiles y firmas de entornos antiguos continuarán arrojando luz sobre cómo llegaron a la tierra esas intrigantes criaturas que prosperaron en los océanos del Cámbrico hace cientos de millones de años.