¿Rocas desaparecidas de la superficie alimentaron la explosión cámbrica de la vida?

La Gran Discordancia —una pérdida de mil millones de años de rocas en los estratos de la superficie terrestre— podría explicar el origen de la vida animal

La vida en la Tierra experimentó una singular revolución hace poco más de 500 millones de años. En un parpadeo geológico, apareció la mayoría de los grupos del reino animal en los océanos de la Tierra y luego se comenzó a diversificar. La adquisición de los esqueletos, el advenimiento de la depredación y el aumento de los ecosistemas complejos ocurrió todo en lo que se conoce como la explosión cámbrica de animales marinos.

La vida dio un salto tan gigante hacia adelante en la abundancia y complejidad durante el Cámbrico que el propio registro en las rocas fue indeleblemente cambiado. Mucho antes de que los geólogos supieran la edad exacta de la Tierra, podrían dividir su historia en dos partes: los primeros 4.000 millones de años, conocidos simplemente como el Precámbrico, seguidos por el Fanerozoico, que significa «vida visible», donde se incluye el Cámbrico hasta hoy en día.

Se supone que el cambio evolutivo no debe ocurrir tan bruscamente, por lo menos no de acuerdo con Charles Darwin. «El dilema de Darwin» en la explosión del Cámbrico fue explicado en su El Origen de las Especies como un artefacto de un registro geológico incompleto, que no logró preservar los fósiles de una larga historia precámbrica de evolución animal de ritmo lento. Un siglo y medio de estudios ha demostrado que Darwin tenía razón: los animales sí tienen un origen precámbrico. El registro fósil de esa larga historia de cuerpos simples y comportamientos ya se ha sido descubierto, lo que demuestra que la explosión cámbrica fue un verdadero fenómeno evolutivo, que requiere ser explicado.

Como ocurre con cualquier gran misterio, se han propuesto muchas hipótesis diferentes para el largo retraso entre la primera aparición de animales simples y su eventual diversificación durante el Cámbrico. ¿Podría ser que la extensa espera de la explosión cámbrica refleja el tiempo que se tardó en generar los genes necesarios para controlar la formación de cuerpos diferenciados complejos? Los animales también requieren oxígeno para alimentar sus grandes cuerpos y estilos de vida activos, pero se cree que las concentraciones de oxígeno en la atmósfera de la Tierra fueron más bien bajas durante gran parte del Precámbrico, ¿así que quizás la explosión del Cámbrico no podría ocurrir hasta que el oxígeno atmosférico superó algún umbral crítico? ¿O tal vez la depredación fue una innovación que requiere un largo tiempo evolucionar, pero una vez allí, la intensificó a través de la selección natural a un ritmo rápido, en el mundo Fanerozoico de comer o ser comido?

Tenemos ahora una nueva hipótesis para añadir al conjunto. Se propone que el detonante de la explosión de vida animal fue un fenómeno geológico (Nature, vol 484, p 363). Aunque la hipótesis es una más en una larga lista de potenciales explicaciones no excluyentes esta tiene, literalmente, algo que se destaca: el registro geológico de la transición desde el Precámbrico al Cámbrico es evidente, incluso, desde más de un kilómetro de distancia.

Si usted está parado en el borde del Gran Cañón y mira hacia la parte inferior se puede distinguir fácilmente la Great Unconformity o «Gran Discordancia«, llamada así por el explorador y geólogo John Wesley Powell en 1869 durante su épico viaje por el río Colorado. Como implica el nombre, la Gran Discordancia es una yuxtaposición de dos tipos diferentes de roca de muy diferentes edades geológicas a lo largo de una prominente superficie de erosión. Esta superficie representa cantidades alucinantes de tiempo «perdido» en el registro rocoso. En muchos lugares faltan más de 1.000 millones de años, lo cual es más que la duración de la historia de los animales en la vida en la tierra. En el Gran Cañón, las rocas sedimentarias más recientes del Cámbrico depositadas sobre la superficie de la Tierra se asientan directamente en la parte superior de rocas precámbricas mucho más viejas, muchas de las cuales se formaron en las profundidades de la corteza terrestre.

La precisa causa de esta brecha sigue siendo un misterio. Lo que está claro, sin embargo, es que durante decenas o incluso cientos de millones de años antes del Cámbrico, fueron retiradas las rocas más altas de los continentes, exponiendo las rocas subyacentes del basamento cristalino. Este proceso de despojo continental se produjo en una amplia zona. Gran parte de América del Norte, desde California hasta el estado de Nueva York tienen una gran Discordancia similar a la del Gran Cañón, y los geólogos han informado de características similares en otros continentes también.

¿Cómo puede que la formación de la Gran Discordancia sea responsable de la explosión del Cámbrico? Creemos que se trata de cambios en la química del agua de mar. Ésta fue puesta en marcha por la erosión a gran escala y la meteorización química de las rocas cristalinas expuestas en un área tan grande que no ha habido nada como esto en los pasados 1.000 millones de años de historia de la Tierra. Cuando una lluvia ligeramente ácida, capaz de arrastrar el dióxido de carbono, cayó sobre estas rocas del basamento, el calcio, el magnesio, el fosfato y los iones de bicarbonato, el dióxido de silicio y más minerales fueron liberados y llevados a los océanos.

Un sello distintivo de la explosión cámbrica es la adquisición generalizada de esqueletos minerales en una cantidad de diferentes grupos de animales, con la participación de varios tipos de minerales, tales como las conchas de sílice de los organismos microscópicos llamados radiolarios, y el carbonato de calcio de las valvas y caparazones de los artrópodos ahora extintos llamados trilobites. Se propone que el origen de biomineralización —la capacidad de los organismos para formar estos minerales— fue una respuesta biológica a los cambios en la química del agua de mar. Estos cambios se deben a las últimas etapas de la formación de la Gran Discordancia, cuando el mar se extendió sobre la continentes. La acción de las olas sobre las rocas expuestas al ambiente del basamento erosionaron aún más la superficie, dejando al descubierto superficies minerales frescas y causando un aumento del flujo de los iones utilizados en biomineralización al océano.

Los productos de la meteorización de las rocas cristalinas no sólo concluye en biominerales, también termina en sedimentos como la piedra caliza. Se sabe hace mucho que los sedimentos formados en el Cámbrico tienen una abundancia de estos minerales precipitados a partir de agua de mar, lo cual proporciona evidencia para la hipótesis.

Se sospecha que la elevada concentración de iones en el agua de mar bajaron eficazmente la barrera evolutiva para biomineralización. Hoy en día, la mayoría de los organismos invierten energía en la creación de biominerales porque las partes duras del cuerpo son ecológica y evolutivamente ventajosas. Pero la evolución no podía «prever» cuán útiles serían los biominerales al formar los dientes, garras y conchas que hoy conocemos. En su lugar, se cree que el influjo de los iones promovido por las últimas etapas de la formación de la Gran Discordancia puede haber bajado la barrera de energía para la biomineralización, o causado que aparecieran los biominerales como subproductos metabólicos. La utilidad de estas nuevas materias primas significó que la selección natural se hiciera cargo rápidamente.

¿La formación de la Gran Discordancia fue directamente responsable de la explosión del Cámbrico? Se requiere hacer un mayor trabajo, sobre todo con respecto a los tiempos detallados que llevó la biomineralización y el avance del mar a través de grandes extensiones de tierra seca, y también en las consecuencias biológicas reales del propuesto flujo químico producto de la erosión. Sin embargo, una cosa está clara: el registro geológico físico de la transición Precámbrico-Cámbrico es tan notable como la explosión del Cámbrico, y se piensa ahora que los dos están relacionados de modo causal.

Los autores son Robert Gaines, un geólogo de la Universidad de Pomona, Claremont, California, que investiga la conservación extraordinaria de fósiles. Y Shanan Peters, un geólogo de la Universidad de Wisconsin-Madison. Este ensayo se basa en una conferencia que dieron sobre la explosión del Cámbrico en la reunión de 2013 de la Sociedad Geológica de Londres.

Fuente: New Scientist. Aportado por Eduardo J. Carletti

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