Retos medioambientales en un mundo cambiante
5 Crisis de la biodiversidad
5 Crisis de la biodiversidad 5.3 Momentos cruciales en la evolución de la vida de nuestro planeta 5.3.1. Una historia muy larga grabada en la piedra Ya hemos visto que los biólogos procuran ordenar el conjunto de los organismos que conocemos en grupos jerárquicos que mantienen cierta coherencia interna: las especies de escarabajos están todas dentro del orden de los coleópteros, que a su vez pertenecen a la clase de los insectos y éstos al filo de los artrópodos (especie, género, familia, orden, clase y filo son los niveles taxonómicos clásicos, ordenados de menor a mayor). Hemos visto también que con el desarrollo del pensamiento evolutivo y concretamente a partir de la teoría de Darwin, esa organización de los seres vivos se realiza atendiendo a más aspectos que los directamente morfológicos, procurando generar grupos taxonómicos que mantengan sentido evolutivo. Dicho de otra forma, cuando pensamos en un grupo como los mamíferos, no sólo tenemos que hacernos a la idea que todas sus especies tienen ciertos caracteres que no existen en otros grupos (por ejemplo, pelo) sino que las especies de mamíferos tienen una historia evolutiva común. Es decir, todas las especies de mamíferos proceden de un mismo ancestro del que divergieron (evolucionaron) en el transcurso de los últimos 200 millones de años. ¿Qué características tenía esa especie ancestral? Bueno, pues desde luego no tendría los caracteres innovadores que evolucionaron en los grupos descendientes pero, sí que ya presentaría muchos de los caracteres que hoy en día siguen teniendo los mamíferos. Este juego entre caracteres innovadores de un grupo (caracteres synapomórficos, que han evolucionado en ese grupo y por tanto no están en ningún otro) y caracteres ya presentes en sus ancestros (caracteres plesiomórficos, comunes a otras líneas evolutivas) es lo que permite a los científicos establecer los linajes evolutivos de los seres vivos. ¿Y cómo podemos conocer el aspecto de un organismo que se extinguió hacer millones de años? Afortunadamente, muchos de los organismos que han habitado nuestro planeta en el pasado poseían una estructura esquelética que, tras morir y quedar enterrado en un entorno adecuado, sufrió la sustitución de la materia orgánica que la componía por compuestos minerales; es decir, su fosilización. La paleontología trabaja para desentrañar la historia de la vida que queda registrada en forma de fósiles que se encuentran enterrados en todo lo largo y ancho de nuestro planeta. Ya hemos visto la complejidad de definir una especie aun cuando podemos estudiar a los organismos vivos en su medio natural, así que podemos hacernos una idea de lo complicado que puede resultar esto cuando sólo cuentas con partes de un individuo que vivió hace millones de años. De la misma forma, hemos hablado del sesgo en nuestros datos sobre las especies que conocemos. El registro fósil es aún más caprichoso en cuanto a la posibilidad de fosilización de un individuo o a la probabilidad de encontrar un yacimiento. En cualquier caso, y pese a que la resolución de los estratos sedimentarios sólo tienen precisiones temporales de miles de años, la información proporcionada por la paleontología resulta fundamental para poder
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comprender la realidad del mundo natural y averiguar la edad de ciertas estructuras corporales que hoy en día vemos en numerosas especies a nuestro alrededor: todos los mamíferos, aves, lagartos, cocodrilos, tortugas y anfibios son tetrápodos (poseen cuatro patas, salvo algunos grupos especializados), y gracias a la paleontología sabemos que ya hace 400 millones de años ya existían organismos con cuatro patas que se movían por el medio terrestre; todos los tetrápodos y peces tienen una columna vertebral bien desarrollada, carácter que ya estaba presente en especies del Ordovícico (hace 500 millones de años). Así, remontándonos hacia atrás en la historia de la Tierra vamos encontrando en el registro fósil los momentos en el que aparecieron por primera vez algunas de las características que hoy vemos presentes en infinidad de especies de animales y plantas. ¿Hasta dónde tenemos que retroceder para encontrar el origen de toda esta diversidad? Se postula que el comienzo de la vida en la Tierra se produjo hace unos 3.500 millones de años. Desde entonces hasta hace unos 750 millones de años, la vida en nuestro planeta fue fundamentalmente unicelular, aunque ya en este último periodo de tiempo tenemos constancia de la existencia de unos pocos animales con concha y un conjunto de organismos de cuerpo blando y planos denominados genéricamente fauna ediácara (por el lugar en el que fueron encontrados los fósiles). Unos 200 millones de años más tarde, en el periodo Cámbrico, el registro fósil revela que a lo largo de unos 60 millones de años la fauna del planeta experimenta una diversificación sin precedentes. Este aumento espectacular de diversidad de formas (que se conoce como explosión cámbrica) produjo linajes evolutivos con las bases estructurales de la totalidad de los grupos animales actuales y de muchos otros que no llegaron hasta nuestros días. Si atendemos a las jerarquías taxonómicas, vemos que el Cámbrico es el punto de origen de los principales filos (el nivel más alto) del reino animal, donde quedan fijadas las características fundamentales de la organización corporal (tabla 1). Este descubrimiento plantea una interesante pregunta: ¿por qué entonces y en tan poco tiempo? Estudiando los registros de los estratos sedimentarios, puede verse que durante este periodo se dan varios eventos geológicos y climatológicos a escala global que podrían estar relacionados. Por una parte comienza un cambio tectónico significativo que pasa por el desplazamiento y división de la masa continental que reunía prácticamente la totalidad de las tierras emergidas (que recibe el nombre de Rodinia), provocando así un aislamiento de las poblaciones de organismos que hasta entonces cohabitaban en un único y vasto océano. Por otra parte se apunta también a un aumento en la disponibilidad de nutrientes en los océanos. Este cambio vendría marcado por el progresivo aumento de temperatura que experimentó el clima de la Tierra que estaba saliendo del periodo glaciar más intenso que jamás ha experimentado (la glaciación Neoproterozoica). El aumento de la disponibilidad de nutrientes abrió un abanico de posibilidades tróficas, hasta entonces centradas en el autotrofismo, hacia el aumento de carroñeros y el de depredadores. Aparecieron pues, nuevos nichos tróficos por explotar que sin duda promovieron la diversificación de las especies. Aunque no conozcamos con certeza qué es lo que favoreció esta diversificación, lo que sí sabemos es que a lo largo de la historia de la Tierra ha habido momentos de mucha
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mayor diversidad, incluido el momento actual, pero prácticamente todos los animales que se han ido sucediendo han presentado algún patrón estructural fijado, o secundariamente derivado, en el Cámbrico. Que estos planes corporales básicos de los fila se hayan mantenido prácticamente inalterados durante tantos millones de años debe plantearnos algunas cuestiones vitales sobre la evolución de la vida que todavía siguen sin tener respuesta: ¿son estos esquemas de organización las únicas soluciones óptimas a los problemas de supervivencia y reproducción de los organismos vivos o son sólo combinaciones al azar que resultaron exitosas? Si fuera esto último, ¿por qué no hay constancia de la aparición de ningún otro filo en los últimos 400 millones de años? Filo
Características básicas
Representantes
Profíeros
Pluricelulares sin tejidos ni órganos. Sin simetría. Filtración y alimentación intracelular. Sésiles y acuáticos.
Esponjas (5.000 sp.)
Cnidarios
Dos (algunos tres) capas germinales de tejidos (diblásticos). Simetría radial. Musculatura y sistema nervioso sencillos. Acuáticos.
Medusas, corales, anémonas de mar (9.000 sp.)
Platelmintos
Triblásticos. Simetría bilateral. Nervios y ganglios. Órganos sensoriales. Vida libre y parásitos.
Planarias, trematodos, cestodos (20.000 sp.)
Nematodos
Triblásticos y simetría bilateral. Sistema nervioso ganglionar. Cavidad interna y sistema digestivo completo. Órganos sensoriales. Vida libre y parásitos.
Miles de especies de vida libre, anisakis, lombrices intestinales (12.000 sp.)
Moluscos
Triblásticos y simetría bilateral. Sistema nervioso Caracoles, almejas, ganglionar. Cavidad interna verdadera (celoma). calamares, pulpos (50.000 Sistemas respiratorio, circulatorio y digestivo. Acuáticos y sp.) terrestres.
Anélidos
Triblásticos. Simetría bilateral. Cuerpo metamérico (repetición de unidades anatómicas o segmentos). Celomados. Sistema nervioso ganglionar. Sistemas respiratorio, circulatorio y digestivo. Acuáticos y terrestres.
Poliquetos, sanguijuelas, lombrices (15.000 sp.)
Artrópodos
Triblásticos. Simetría bilateral. Metaméricos. Celomados. Exoesqueleto. Sistema nervioso ganglionar. Sistemas respiratorio, circulatorio y digestivo. Acuáticos y terrestres.
Insectos, crustáceos, arácnidos (900.000 sp.)
Equinodermos Triblásticos. Simetría radial. No metaméricos. Celomados. Endoesqueleto. Sistema nervioso en anillo. Sistema digestivo completo. Acuáticos Cordados
Estrellas de mar, erizos de mar, holoturias (7.000 sp.)
Triblásticos. Simetría bilateral. Metaméricos. Celomados. Peces, anfibios, aves, Notocorda (varilla de soporte). Cordón nervioso tubular reptiles, mamíferos en posición dorsal. Endoesqueleto. Sistemas respiratorio, (65.000 sp.) circulatorio y digestivo. Acuáticos y terrestres.
Tabla 1. Algunos de los más de 20 filos descritos en la actualidad y que aparecieron en el periodo Cámbrico, junto con algunas de sus características que siguen estando presentes en todos los miembros del grupo. Se incluyen los nombres comunes de algunos de sus representantes y el número total aproximado de especies descritas.
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5.3.2. Grandes cataclismos brindan grandes oportunidades El registro fósil nos proporciona evidencias de la existencia de organismos en el pasado que ya no encontramos en la actualidad. Esta información resulta fundamental para reconstruir las relaciones filogenéticas de los grupos de seres vivos extintos y presentes y da soporte a numerosas hipótesis sobre cuál puede ser el mecanismo evolutivo por el cual se diversifica la vida en nuestro planeta. La paleontología nos permite darnos cuenta de que hay momentos en la historia geológica de la Tierra en que la cantidad de especies se ha reducido drásticamente. La extinción es un proceso natural que se da de manera regular a lo largo del periodo evolutivo y suele estar más o menos equilibrada con la especiación. Las especies, al igual que los individuos pero a una escala de tiempo mucho mayor, aparecen en un momento concreto de la evolución, tienen su momento de esplendor e inevitablemente desaparecen a los pocos millones de años. Hay que tener en cuenta que todas especies no son entidades estáticas, siguen evolucionando mientras existen sobre la superficie del planeta y por tanto, en unos cuantos millones de años, una especie puede tener poco que ver con el linaje del que proviene (habría evolucionado y un individuo ya no podría considerarse la misma especie que la de un individuo ancestral). No hay una cifra exacta sobre cuánto pervive una especie en nuestro planeta pues depende mucho del grupo taxonómico al que pertenezca y de cuál sea su papel dentro del ecosistema: aquellas que ocupan los lugares más altos de la cadena trófica suelen durar menos. Digamos que en promedio una especie existe durante menos de 10 millones de años. Sin embargo, cuando el registro fósil revela una reducción considerable en un corto periodo de tiempo del número de formas de vida y si esta reducción es a escala global y afecta a un número significativo de las especies conocidas estamos ante un evento de extinción masiva. Los científicos han localizado cinco momentos en los últimos 500 millones de años en los que la reducción observada en la diversidad se ajusta a la definición de extinción masiva (tabla 2). Sin duda el más conocido de todos ellos fue el evento que tuvo lugar hace unos 65 millones de años. Según los datos recogidos, un meteorito de unos 10km de anchura colisionó con la Tierra en una zona de lo que hoy conocemos como la península de Yucatán. Durante años se habían propuesto hipótesis para explicar el fenómeno de extinción en masa que se llevó por delante a los dinosaurios (y a otros grupos completos como los ammonites o los reptiles marinos, más muchas especies de otros grupos). En 1980, los Álvarez (padre e hijo) estaban realizando una investigación geológica en Italia cuando dieron con un estrato sedimentario del terreno en el que la concentración de Iridio era mucho más alta de lo normal. El Iridio es un elemento muy escaso en la corteza terrestre pero que se encuentra en abundancia en ciertos asteroides, de manera que su presencia anómalamente elevada en un estrato apuntaba a una aportación muy grande desde el exterior del planeta. Los Álvarez, dado que la edad del estrato estaba alrededor de los 65 millones de años, interpretaron esta anomalía del Iridio como una prueba a favor de las hipótesis que proponían el impacto de un gran asteroide como la causa de la extinción de los
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dinosaurios. Para apoyar esta idea, esa misma anomalía en la concentración de Iridio debía existir en estratos de la misma edad en otras partes del planeta, cosa que se fue confirmando en los años siguientes. Finalmente, las características deducidas del impacto a partir de la cantidad de material eyectado más la antigüedad de las rocas, llevaron a proponer el cráter de Chicxulub (México, en la costa de la península de Yucatán) como el posible lugar de colisión del asteroide. La cantidad de energía desprendida del impacto inicial más todas las consecuencias derivadas del mismo, especialmente la eyección de una gran cantidad de materia a la estratosfera que redujo considerablemente la cantidad de energía solar en la superficie de la Tierra, marcaron el comienzo del fin para un gran número de especies. Este evento determina el final del periodo Cretácico y el comienzo del Terciario, por lo que es conocido como la extinción del K/T.
Extinción
Impacto
Ordovícico
86%
Episodios glaciares consecutivos y repetidos aumentos y descensos en los niveles oceánicos. Formación de los Apalaches y cambios en la química atmosférica de los océanos. Gran reducción del CO2 atmosférico.
75%
Enfriamiento global posiblemente por diversificación de las plantas terrestres con la consiguiente reducción del CO2 atmosférico. Evidencias de anoxia oceánica. No se descarta el impacto de un asteroide.
96%
Vulcanismo Siberiano y calentamiento global. Acidificación y anoxia oceánica por ascenso de aguas profundas. Altas concentraciones de SH2 y CO2 en atmósfera y océanos. No se descarta el impacto de un asteroide.
80%
Gran actividad volcánica (creación del océano Atlántico con la separación de Pangea) y un incremento del CO2 en la atmósfera con el consiguiente calentamiento global.
76%
Impacto de un asteroide en la zona de Yucatán que causa un enfriamiento a escala global. Existen evidencias de una situación previa de reducción de la biodiversidad por vulcanismo, calentamiento global y anoxias oceánicas.
443 (2-3) Devónico 359 (2-29) Pérmico 251 (0.2-3) Triásico 200 (0.6-8) Cretácico (K/T) -6
65 (10 -2.5)
Causas
Tabla 2. Las cinco grandes extinciones en masa de las que tenemos registro. Se muestra el periodo aproximado en el que tuvieron lugar, su duración estimada, el impacto sobre la fauna y flora (porcentaje de extinción) y las causas probables de cada evento. Todas las cifras están expresadas en millones de años (tomado de Dbarnosky et al., 2011).
Aunque ésta es la más conocida no fue ni mucho menos la mayor. Al final del periodo Pérmico hace 250 millones de años se estima que se produjo la extinción de más del 96% de las especies del planeta, esta vez probablemente por una actividad volcánica especialmente elevada durante un largo periodo de tiempo. Las causas de las otras tres grandes extinciones pueden achacarse también a diferentes fenómenos pero lo significativo de todo esto es que no son las colisiones con meteoritos o la erupción de volcanes las que producen la extinción directa de la mayor parte de las especies. Son los cambios climáticos derivados de estos eventos los que están detrás de la desaparición de gran parte de las formas de vida de nuestro planeta. Y pese a que a escala geológica estos eventos de extinción son relativamente rápidos, no tenemos que perder de vista que todos ellos tuvieron una duración de entre cientos de miles a varios millones de años.
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Sin embargo, pese a que nuestro planeta ha sufrido estos trágicos momentos, vemos que la vida continúa, y además de forma tremendamente exuberante: la diversidad actual de nuestro planeta está por encima de la que parece haber jamás existido. No hay que perder de vista que la eliminación de una gran cantidad de especies abre una gran cantidad de oportunidades ecológicas para el resto de especies que siguen adelante. La presión de selección experimentada por las especies dependerá de la velocidad del fenómeno de extinción. Si es rápido, como en el K/T, no hay margen de maniobra; las condiciones cambian bruscamente y sólo las especies que tienen la suerte de tener características apropiadas, consiguen sobrevivir. Una extinción a lo largo de muchos millones de años puede permitir que ciertos grupos sobrevivan si son capaces de adaptarse a los cambios que se están dando. En cualquier caso, el mundo es de aquellos que consiguen permanecer y los que desaparecen dejan un hueco (un nicho) que puede ser ocupado. Tras los grandes eventos de extinción siempre se recoge un periodo de recuperación en la biodiversidad que se extiende entre 2 y 9 millones de años, a lo largo del cual se puede disparar la diversidad de grupos que antes de la extinción no parecían tener un papel predominante. El grupo del que descienden los mamíferos es muy antiguo y durante el periodo posterior a la extinción del Pérmico (durante el Triásico, entre 250 y 200 millones de años) tuvieron un papel predominante. Sin embargo, tras la extinción del Triásico, fueron otros grupos de tetrápodos los que se desarrollaron y gobernaron la Tierra durante cerca de 150 millones de años en lo que conocemos como la era de los dinosaurios. Fue tras la extinción del K/T cuando el grupo de los mamíferos, que aún seguía con varios representantes sobre el terreno, tomó la iniciativa y experimentó la radiación (diversificación) de formas y grupos que podemos ver hoy día. El Cenozoico ese así reconocido como la era de los mamíferos (siempre, claro está, con el permiso de las aves). ¿Qué habría sido de nuestro querido grupo si aquel meteorito no hubiera colisionado con la Tierra hace unos 65 millones de años?
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Lectura recomendada en la web: - Título: El origen de la Tierra Link: https://youtu.be/FgdBE127FCQ Descripción: Interesante documental del canal Historia sobre el origen del planeta Tierra, la evolución de sus continentes y los grandes periodos de diversificación y extinción. Bibliografía adicional utilizada en esta sección (puede que no esté públicamente accesible) - Barnosky, A. D., Matzke, N., Tomiya, S., Wogan, G. O. U., Swartz, B., Quental, T. B., Ferrer, E. A. (2011). Has the Earth’s sixth mass extinction already arrived? Nature 471 (7336): 51–57 - Erwin, D. H. (1998). The end and the beginning: recoveries from mass extinctions. Trends in Ecology & Evolution, 13(9), 344–349. - Levinton, J.S. (2004) La edad de oro de la evolución animal. En: Temas 35: Biodiversidad, pp: 26–34. Investigación y Ciencia (Scientific American). - Valentine, J.W. (2004) On the origin of phyla. University of Chicago Press. 614p. London.
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