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La depredación como motor de la evolución

Por José Gabriel Segarra

miércoles 22 de octubre de 2014, 11:53h
La depredación como motor de la evolución
La explosión de vida del Cámbrico, que tuvo lugar hace unos 500 millones de años, constituye uno de los eventos más desconcertantes de la historia de nuestro planeta. Recientes investigaciones sugieren que el motor que desencadenó la aparición súbita de unos cincuenta grupos animales, dentro de la categoría taxonómica de filum, pudo ser el surgimiento de los primeros depredadores.
El 30 de agosto de 1909 el paleontólogo estadounidense Charles D. Walcott paseaba a caballo junto a su esposa por un sendero a través de la ladera del monte Wapta, en la Columbia Británica (Canadá). Walcott amaba las montañas Rocosas canadienses y cada verano acudía con su familia a aquellos idílicos parajes. Súbitamente la montura de la mujer resbaló y dio la vuelta a una laja. Walcott, a la sazón el mayor experto mundial en fósiles del Cámbrico, observó de inmediato que aquella roca contenía gran abundancia de fósiles desconocidos para la ciencia. Profundamente emocionado por su descubrimiento, Walcott se dedicó a explorar la zona hasta que una tormenta de nieve le obligó a abandonar el campamento. Hasta el verano siguiente no pudo regresar y localizar el yacimiento del que se había desprendido aquella extraordinaria laja, en la zona de Burgess Shale. Fue así como se encontró el que quizás sea el testigo más importante de la llamada “explosión del Cámbrico.”
Durante dicha explosión de vida, que ocurrió hace entre 542 y 490 millones de años, aparecieron unos cincuenta nuevos grupos de animales encuadrables en la categoría de filum, un rango muy alto de la taxonomía zoológica. Si bien muchos de ellos se extinguieron con el tiempo, el resto dio origen a la mayor parte de las formas vivas actuales, entre ellas nuestro propio filum, el de los cordados. Lo extraño es que el registro fósil anterior a ese periodo es extremadamente pobre y está formado por animales muy simples, sin ninguna relación aparente con la fauna del Cámbrico. Lo que nos lleva a preguntarnos qué fue lo que dio origen a esa súbita y extraordinaria irrupción de formas de vida.

Una nueva teoría para un viejo enigma
Hace tiempo que vienen planteándose diversas teorías al respecto. Tal vez, especulan los paleontólogos, la explicación se encuentre en el aumento de oxígeno atmosférico que tuvo lugar en esa época o quizá coincidiera con el final de la era glacial denominada “bola de nieve”, que cubrió casi toda la superficie terrestre. O puede que la explicación esté en la aparición de mecanismos genéticos capaces de permitir una serie de estructuras, como la simetría bilateral, los huesos, los caparazones y la locomoción rápida.

El pasado 29 de abril, el profesor de biología y geología Charles Marshall, de la Universidad de Harvard, daba una conferencia en el Harvard Museum of Natural History en la que sugería una nueva teoría, según la cual sería la interacción entre especies –y concretamente la depredación– el motor que habría hecho posible la explosión del Cámbrico. “La fauna de Ediacara no interaccionaba entre sí como lo hacen los animales actuales,” afirmó Marshall, en referencia a los fósiles de un periodo anterior al de Burgess Shale. “Creo que la causa de la explosión del Cámbrico fueron las interacciones ecológicas.”
Durante el Precámbrico, explicó el profesor, no existían animales terrestres y los marinos se alimentaban únicamente de bacterias, lo que implica un proceso muy pasivo en la búsqueda de alimento. Aparentemente estas primitivas formas de vida desaparecieron antes del Cámbrico, sin que todavía se hayan encontrado los antepasados de la fauna posterior.

Por eso Marshall supone que el origen de aquella explosión de vida pudo estar en alguno de los extraños animales que poblaban las aguas del Precámbrico y que su extraordinaria diversificación fue más producto de una reorganización de sus genes que de la adquisición de nuevo material genético. “No se trata de nuevos genes que crean nuevas innovaciones morfológicas, sino más bien la forma en que se ensamblan todas ellas,” afirmó. En apoyo de esta idea apuntó que la genética molecular moderna ha demostrado que los diferentes filum actuales comparten una gran cantidad de genes entre sí y que lo que diferencia a unos de otros es básicamente la manera en que se organizan dichos genes.

Un modelo vegetal para simular la evolución animal
De manera que la cuestión es encontrar un mecanismo plausible que explique cómo pudo desencadenarse esa masiva reorganización genética. Marshall se ha inspirado en un modelo de ordenador que reproduce la evolución de las plantas frente a una presión selectiva variada. El modelo parte de una planta sencilla cuya evolución está controlada por seis reglas básicas y se encuentra sometida a cuatro presiones selectivas: éxito reproductor, estabilidad mecánica, interceptación de la luz y decrecimiento de la superficie. Al ejecutar este sencillo modelo se desarrollan veinte tipos de plantas diferentes, que coinciden con formas que se detectan en el registro fósil.

Para Marshall, he aquí la clave del enigma: el desarrollo de una serie de elementos básicos que, al combinarse mediante reglas simples, puedan originar una amplia diversidad de formas. Y posiblemente, supone, el equivalente a estos elementos básicos en el mundo animal sean los órganos que permiten interaccionar con el medio externo: ojos, mandíbulas, antenas, garras… Precisamente aquellos de los que carecía la fauna del Precámbrico.

En definitiva, hace 500 millones de años hubo “algo” que facilitó el desarrollo de dichas estructuras interactivas y, en cuestión de años, nuestro planeta pasó a albergar la mayor diversidad animal de toda su historia, aunque de momento no tengamos ni idea de la naturaleza de ese “algo”. “Yo creo (...) que la explosión fue provocada por el inicio de interacciones entre adultos,” concluye Marshall, “podría deberse a la evolución de la mandíbula o de un intestino más alargado, o a la evolución de alguna estructura que permitiera dar mordiscos en lugar de desagradables chupadas.”
Reconstruyendo las redes del pasado
Al mismo tiempo que Marshall daba los últimos retoques a su conferencia, un equipo multidisciplinar del Santa Fe Institute (Nuevo Méjico) y del Pacific Ecoinformatics and Computational Ecology Lab de Berkeley (California), dirigido por la ecóloga Jennifer Dunne, publicaba un artículo en la revista on-line PLoS Biology donde se incidía en la misma idea desde otro punto de vista. El equipo de Dunne había estudiado las redes tróficas de los animales marinos del Cámbrico a partir del registro fósil para compararlas con las redes actuales. Con este fin habían creado, con ayuda de Richard Williams, un técnico del Microsoft Research en Cambridge (Reino Unido), un programa informático que permitía representar una red trófica en tres dimensiones.
¿Cómo reconstruir una red trófica de hace más de 500 millones de años? Los investigadores se basaron en los fósiles canadienses de Burgess Shale (505 millones de años de antigüedad) y los chinos de Chengjiang Shale (520 millones de años) que han preservado en muy buen estado las partes blandas de muchos animales. Para saber cuáles se comportaban como depredadores buscaron aquellos con las características apropiadas, tales como garras, grandes ojos y dientes, así como los que tenían restos de otros animales en su aparato digestivo. Las presas, por su parte, se delataban por tener en sus cuerpos rastros de mordiscos. Gracias a este tipo de pistas pudo determinarse, por ejemplo, que uno de los grandes depredadores de la época era Anomalocaris canadensis, un animal que se alimentaba sobre todo de trilobites. O que el gusano priapúlido Ottoia prolifica practicaba el canibalismo.

La atemporalidad de las redes tróficas
Para comparar la organización de los ecosistemas del Cámbrico con los actuales, el equipo ha usado nuevas herramientas matemáticas que permiten analizar la incertidumbre de los datos fósiles. “Los paleontólogos conocen desde hace tiempo que las redes tróficas son importantes, pero hemos carecido de un método riguroso para estudiarlas en tiempos pasados,” dice el paleontólogo Doug Erwin, del Santa Fe Institute y la Smithsonian Institution. “Hemos mostrado que podemos reconstruir antiguas redes tróficas y compararlas con las redes modernas, abriendo nuevas vías a la paleontología. Estamos sorprendidos de que muchos aspectos de la estructura básica de las redes tróficas han sido establecidas durante la explosión inicial de vida animal.”
Dunne, por su parte, asegura que “hay unas pocas diferencias intrigantes con las redes modernas, particularmente en la red temprana de Chengjiang Shale. De todas formas, independientemente de las especies, o ambientes, o historia evolutiva que consideremos, se aprecian la misma clase de patrones de redes tróficas.” Estos patrones consisten en un mismo número de especies omnívoras o caníbales, o en el mismo promedio en cuanto a número de presas por cada depredador.
“Lo que no sabemos,” añade Dunne, “es por qué las redes tróficas de diferentes hábitats y en diferentes épocas comparten tantas regularidades. Podría ser que la evolución de las especies conduzca a un patrón estable a escala de comunidad, por ejemplo limitando el número de especies con muchos depredadores a través de la presión selectiva que genere extinciones o el desarrollo de defensas frente al depredador. O también, los patrones pueden reflejar configuraciones persistentes dinámicas de muchas especies que interactúan entre sí, o puede que las leyes fundamentales de la física limiten la forma en la que los recursos fluyen a través de las redes ecológicas.”
Williams concluye que “esta investigación es un excelente ejemplo de cómo los métodos de computación pueden usarse como parte de un estudio interdisciplinar para ayudar a producir nuevos resultados. Si mejoramos nuestra idea de cómo se comportaban los ecosistemas en el pasado, podremos comprender mejor y solucionar lo que sucede a los ecosistemas ahora y en el futuro”.
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