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Ciencia

​Antes de que surgieran los animales, la evolución esperó un eón hasta poder respirar oxígeno

Así señala el investigador Chris Reinhard, cuyo equipo está rastreando las concentraciones de O2 en los océanos.

Europa Press. Madrid 26/07/2016 a las 06:00

Un par de veces en 4.000 millones de años, la evolución se ha ralentizado hasta casi detenerse y ha pasado aproximadamente un eón antes de que pudieran surgir formas de vida más complejas, como animales simples. La evolución puede haber estado a la espera de una respiración idónea de oxígeno, según señala el investigador Chris Reinhard, del Instituto de Tecnología de Georgia, en Estados Unidos, cuyo equipo está rastreando las concentraciones de O2 en los océanos, donde se desarrollaron los primeros animales

"El oxígeno atmosférico tenía un valor de 'x' en aquel entonces, por lo que asumimos que todo el océano es un vaso de precipitados que se equilibra con ese valor", señala Reinhard. Entonces, todos los animales en evolución en todas partes tendrían la misma concentración de oxígeno para vivir.

Pero los océanos son expansivos y asimétricos: con unas zonas profundas, otras menos, heladas en los polos y espesas en la circunferencia. Las turbulencias, las corrientes y las temperaturas distribuyen los sedimentos, las algas, la sal --y los gases como el oxígeno-- en depósitos desiguales. Los océanos dejan algunas zonas repletas y otras vacías y luego reorganizan sus cargas. Incluso hoy en día, las concentraciones de oxígeno disuelto varían ampliamente de región a región y de océano a océano.

El doctor Reinhard, profesor asistente de la Facultad de Ciencias de la Atmósfera y de la Tierra de Georgia Tech, y su equipo modelaron cómo el oxígeno entró en los océanos y la atmósfera a partir de fuentes acuáticas, y cómo los océanos podían haberlo mezclado durante mediados y finales del Proterozoico --hace entre 600 y 1.800 millones de años, cuando la atmósfera de la Tierra tenía solamente una parte del oxígeno respirable que posee en la actualidad.

En el modelo, el océano no participaba o participaba por igual, sino que en su lugar empujaba el O2 disuelto en áreas de concentración que cambiaron severamente a medida que las correspondientes concentraciones en la atmósfera crecían. Esto tiene implicaciones para la forma en la que los científicos piensan en el marco de tiempo para la evolución de los animales en la tierra y para las estimaciones futuras de la probabilidad de que haya vida compleja en exoplanetas.

Los resultados y parámetros detallados del modelado se describen en un artículo publicado este lunes en 'Proceedings of the National Academy of Science'. La investigación fue financiada por la 'National Science Foundation' y el Instituto de Astrobiología de la NASA.
 

OCÉANOS POCO PROPICIOS A LA EVOLUCIÓN EN EL PROTEROZOICO

Los humanos y los animales grandes de hoy en día se habrían sofocado rápidamente en un mundo similar al proterozoico y, según la investigación de Reinhard, sus océanos pueden no haber sido tan propicios para la evolución como se pensaba anteriormente. "Lo que realmente importa para la evolución temprana de los animales es el oxígeno del océano. Hasta cierto punto, realmente lo que importa es el oxígeno del mar a poca profundidad", dice Reinhard.

Esas aguas poco profundas del océano se llaman regiones bentónicas y en el Proterozoico, recibieron mucha luz solar y nutrientes clave para la evolución. Incluso hoy en día, están llenas de vida, lo que las hace lugares populares para el buceo y la pesca. Pero el nuevo modelo muestra que los niveles de oxígeno pueden haber habido poco fiables durante mediados y finales del Proterozoico.

Los metazoos más tempranos, término empleado para los seres multicelulares que son animales, pueden haber funcionado bien con cantidades escasas y haber sobrevivido a sequías de O2 --periodos de anoxia--, pero también evolucionaron en un mundo de creciente oxígeno respirable. El modelo computacional de Reinhard representó escenarios de concentraciones de oxígeno atmosférico de entre el 0,5 al 10 por ciento de los niveles actuales.

A bajas concentraciones, la simulación mostró que el oxígeno oceánico aumentó alrededor del ecuador, donde los puntos calientes en el agua producen mayores cantidades del mismo. Entonces -a medida que la atmósfera comenzó a llenarse de oxígeno-- en los océanos, se desplazó hacia los polos, donde el agua fría fue capaz de resistir a más oxígeno.

Anteriormente regiones ricas en oxígeno fueron despojadas de las condiciones propicias para la evolución animal. "En realidad, la ecología a la que habrían tenido que hacer frente hubiera sido muy grave", señala Reinhart, cuyo equipo podría haber enmarcado el estudio alrededor de otros organismos, pero eligió los metazoos. "Nos centramos en los animales, principalmente porque ahí es donde tenemos las mejores limitaciones empíricas de los niveles de oxígeno que los organismos necesitan", detalla.
 

LOS ANIMALES SURGIERON EN EL ÚLTIMO TERCIO DE LA HISTORIA DE LA VIDA TERRESTRE


Su evolución también dejó un calendario idóneo para el estudio científico, un registro fósil progresivo que se hizo más complejo a medida que los niveles de oxígeno aumentaron. En más o menos 3.700 millones de años de historia de la vida de la Tierra, los animales se presentaron en aproximadamente el último tercio. Animales peludos, con plumas e, incluso, animales escamosos sólo han aparecido en los últimos cientos de millones de años.

A medida que el oxígeno se hizo abundante, los animales se hicieron más grandes, más inteligentes, más rápidos y se convirtieron en depredadores y presas. La evolución fue a toda marcha, diversificando el registro fósil con el tiempo, pero volvieron a caer en picado durante mil millones de años más o menos, a mediados y finales del Proterozoico, y los fósiles de animales se hicieron más pequeños y más simples, como pequeñas esponjas blandas y medusas.

Sus huellas pétreas marcan el comienzo de una evolución muy compleja y pueden indicar concentraciones de oxígeno en ese momento. "Nos centramos en los cambios en el oxígeno atmosférico durante el periodo de tiempo en el que los animales aparecen en el registro fósil y tratamos de vincular cuantitativamente qué niveles de oxígeno habrían necesitado los primeros animales", apunta Reinhard.

Su modelo de cálculo de distribución de oxígeno se basó en la constelación actual de los continentes de la Tierra, muy diferente de la del Proterozoico, pero, según Reinhard, la diferencia no cambiaría las conclusiones y los conceptos que apoyan también deben aplicarse a las predicciones sobre la vida en exoplanetas con diferentes estructuras continentales.







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