04/Ene/09

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Un equipo de investigación informa cómo fue que la vida sobre la Tierra se volvió tan grande

En 3.500 millones de años, la vida sobre la Tierra fue desde simples células microscópicas hasta gigantescas secuoias y ballenas azules. Los científicos ahora han documentado cuantitativamente que el aumento de tamaño máximo de los organismos no fue gradual, sino que ocurrió en dos estallidos distintos "relacionados con la evolución geológica del planeta", dijo Michal Kowalewski, profesor de geociencias en Virginia Tech

Jonathan L. Payne, profesor adjunto de ciencias geológicas y ambientales en Stanford University; Jennifer A. Stempien, una reciente doctora en Virginia Tech, ahora investigadora asociada y becaria en enseñanza de la ciencia en ciencias geológicas en la University of Colorado, Boulder; y Kowalewski, son los investigadores principales en un proyecto para documentar el aumento del tamaño del cuerpo a través del tiempo, financiado por el National Evolutionary Synthesis Center (ww.nescent.org). Diez investigadores más se unieron al estudio, incluso Richard A Krause Jr., otro doctor diplomado en Virginia Tech, ahora investigador Alexander von Humboldt en el Museo Naturkunde der Humboldt-Universitaet de Berlín. Krause y Stempien también aportaron datos sobre el tamaño de los cuerpos en su disertación en Virginia Tech.

Los investigadores informan sobre sus conclusiones en la edición de la semana del 22 de diciembre de 2008 en línea de las Actas de la National Academy of Sciences en el artículo "Incremento en dos fases del tamaño máximo de la vida a lo largo de 3.500 millones de años refleja innovación biológica y oportunidad ambiental".

"Buscando los organismos más grandes, hemos revisado el conocimiento existente sobre la historia de la vida en nuestro planeta, desde las más antiguas, y todavía controversiales, bacterias fósiles en rocas de 3.500 millones de años, hasta los animales y plantas más grandes que viven hoy", dijo Kowalewski. "La idea era ver si podíamos reconstruir cómo aumentó el tamaño máximo de los organismos, calculado en relación con el biovolumen".

El tamaño es una de las características fundamentales de los organismos y un parámetro importante para estudiar su ecología, evolución y comportamiento. Y sin embargo, "antes de nuestro estudio, el conocimiento de cómo cambió el tamaño máximo del cuerpo de los organismos a través del tiempo estaba principalmente basado en el influyente gráfico que armó J. T. Bonner hace más de 40 años. Además, la curva de Bonner no estaba relacionada directamente a datos empíricos ni presentada en los rigurosos contextos taxonómicos y temporales", dijo Kowalewski.

"Una pensamiento común era que el tamaño aumentaba a medida que los animales y las plantas se volvían más complejos o cambiaban a través del tiempo", dijo Stempien. "Pero, de hecho, en la mayor parte de los casos no sabíamos cómo cambiaba el tamaño de un grupo de organismos durante el tiempo. ¿Aumentaba rápidamente después de la primera aparición y entonces disminuía, o viceversa?"

"Por lo tanto nuestro estudio fue motivado por una cuestión puramente exploratoria con respecto al primer patrón ordenado de los cambios del tamaño máximo de los organismos a través del tiempo", dijo Kowalewski. "Y queríamos responder la pregunta de una manera rigurosa y cuantitativa".

Pero a medida que reunían los datos del registro fósil, los científicos notaron un patrón notable.

"Durante nuestra segunda reunión grupal, reunimos los datos recogidos por los miembros de los diferentes equipos activos para grupos individuales de organismos", recuerda Payne. "En cuanto los pusimos juntos y los proyectamos sobre el tiempo geológico, se volvió muy claro el patrón básico presentado en el trabajo. Para mí, ésta es siempre la parte más excitante de hacer ciencia, ver los datos por primera vez, en especial cuando las implicancias de los resultados son evidentes de inmediato", dijo Payne.

"Quedamos sorprendidos al observar que casi todo el aumento de tamaño ocurrió en dos intervalos de tiempo distintos. Y además, esos intervalos venían a continuación de dos eventos de oxigenación muy importantes", dijo Kowalewski.

Payne dijo: "Darnos cuenta de que los episodios de aumento de tamaño se relacionabam con los eventos de oxigenación fueron esencialmente inmediatos, en gran medida porque las etapas de aumento al tamaño máximo se ven muy similares a nuestro conocimiento actual de la historia del incremento del oxígeno. La historia de las concentraciones de oxígeno atmosférico ha sido un área de investigación activa durante varias décadas, y ha recibido reciente atención y refinado. De modo que muchos de nosotros estábamos familiarizados con la curva de oxígeno por nuestras lecturas de literatura geológica y no fue difícil ver esa conexión".

"Algo que es muy interesante es que cada uno de estos "pasos" tiene relación con un tiempo en la historia de la vida, donde hay innovación en la complejidad de la vida; en el primero aparece la célula eucariota y el segundo es la vida mulitcelular", dijo Stempien, que estaba tan impresionada con el descubrimiento que lo incluyó en el material sobre el registro fósil para el curso introductorio que estaba enseñando sobre historia geológica.

He aquí lo que el equipo de investigación aprendió:

Durante los primeros 1.500 millones de años de la historia registrada de la vida -hace unos 3,5 a 2 mil millones de años- sólo se encuentran fósiles tipo bacterias. El tamaño máximo al que una célula bacterial puede crecer está severamente limitado. Por consiguiente, el tamaño máximo de la vida no podía cambiar hasta la llegada de organismos más complejos, que ocurrió en algún momento hace unos 2.000 millones de años.

Pero antes de eso, ocurrió otra cosa que cambió el planeta. Mucho tiempo atrás durante la Archea, hace más de 3.000 millones de años, algunas bacterias primitivas inventaron un metabolismo que les permitió usar la energía solar y el dióxido de carbono como alimento; o sea que inventaron la fotosíntesis. Estas bacterias crecían en océanos sin oxígeno. La atmósfera también carecía de oxígeno entonces. Como las plantas de hoy, las bacterias liberaron oxígeno en el océano y al final en la atmósfera. La aparición del oxígeno libre, incluso tan escaso como era, tuvo numerosas consecuencias, incluso biológicas. El oxígeno libre hizo posible la evolución de una estructura celular más compleja. Los organismos desarrollaron un núcleo para contener su material genético e incorporaron otros mecanismos intra-celulares.

La célula eucariota subió a la tierra -todavía como un organismo unicelular, pero capaz desarrollar estructuras unicelulares mucho más grandes que cualquier bacteria. En unos doscientos millones de años, los organismos pasaron de ser células no visibles a la simple vista a organismos macroscópicos, algunos del tamaño de una moneda.

"En cierto modo, por lo tanto, un aumento en tamaño y complejidad fue una consecuencia de las interacciones geobiológicas entre la vida y la tierra. La vida misma le permitió a la vida volverse más compleja", dijo Kowalewski.

La vida languideció como simples células durante otros mil millones de años, justo antes de la transición del Precámbrico al Cámbrico, hace unos 540 millones de años, cuando el oxígeno atmosférico otra vez aumentó notablemente llegando a no menos del 10% de su concentración actual.

Muchos científicos argumentan que el segundo incremento en los niveles de oxígeno fue un requisito clave para la evolución de la aun más compleja vida multicelular (formadora de tejidos). En cuanto este nuevo nivel de complejidad fue alcanzado, los límites del tamaño de los cuerpos impuestos sobre los organismos unicelulares fueron retirados y empezaron a aparecer organismos más grandes en el registro fósil. Relativamente rápido en términos evolutivos -en cien millones de años- las mayores formas de vida pasaron de las monedas unicelulares a gigantescos animales marinos como el Ordovician cephalopods, de diez pies de longitud. Uno piensa en los dinosaurios, que vinieron mucho más tarde, aunque no mencionados en el trabajo de PNAS. "En la época en que existían, eran efectivamente las formas de vida más grandes sobre la tierra, pero no eran mucho más grandes que los cefalópodos gigantes que ya existían en los océanos en el Ordoviciano", dijo Kowalewski.

A propósito, los animales marinos y las plantas vasculares pueden llegar a cuerpos incluso más grandes que el más grande de los dinosaurios. Hoy, esos enormes organismos incluyen a las ballenas azules y las secuoias gigantes, siendo la primera la forma de vida más grande conocida.

Los científicos informan en su artículo de PNAS que a lo largo de 3.500 millones de años de historia documentada de la vida, el tamaño máximo del cuerpo de los organismos aumentó 16 veces. Pero la mayor parte de ese aumento ocurrió en dos intervalos relativamente breves que representan menos del 20% de la historia total registrada de la vida.

Stempien, una de los tres investigadores principales para el equipo de trabajo NESCent que hizo el trabajo de PNAS, señaló que este esfuerzo fue sólo un punto de partida para el equipo. "Cada individuo eligió un tema para un manuscrito, de modo que pronto habrá más trabajos excitantes sobre el tamaño y la historia evolutiva, desde el origen hasta la extinción y a través de grupos diferentes", dijo.

Fuente: Astrobiology. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard