LOS ENIGMAS DE LA EXPLOSIÓN CÁMBRICA Y SUS PRIMEROS VERTEBRADOS

Orellana, Martin¹, Kauffmann, Klaus¹

1: Departamento de Geología, Facultad de Ingeniería, Universidad AndrésBello,Chile. m.orellanageo@gmail.com, kwkauffmann@gmail.com

Resumen.

La explosión Cámbrica describe el evento más intrigante de la evolución de la vida en la Tierra, desde como simples formas de vidas evolucionaron y se adaptaron a un sistema en proceso de cambios constante. Son varias las teorías que pueden ser invocadas para poder explicar una rápida diversificación de las especies animales del Cámbrico temprano, desde cambios en el patrón de diversificación animal, el cual, potenciado por cambios en niveles de los océanos, el aumento de la oxigenación que potencio el metabolismo de los animales y los cambios de concentración de elementos químicos, que entre otros, dieron la oportunidad de interactuar bajo procesos bióticos y abióticos, esto dio como resultado la explosión Cámbrica y el desarrollo de los primeros cordatas .

Palabras claves: explosión Cámbrica, adaptación, patrón de diversificación, procesos bióticos y abióticos, cordata.

Causas de la Explosión Cámbrica

Muchas hipótesis se han invocado para poder explicar la rápida diversificación de las especies animales en el Cámbrico Temprano (de 541 a 515 Ma.), donde se pude llegar a creer que hasta una explosión de estrellas en la Vía Láctea haya tenido que ver con el desarrollo de patrones en la reorganización genética de las especies. Recientemente las hipótesis de la explosión Cámbrica caen en tres principales categorías: de desarrollo/ genética, ecológica y abiótica/ medio ambiental. Más de estas hipótesis han sido postuladas como procesos únicos como causas principales de la explosión manteniéndose estrechas y codependiente. La probabilidad de la rápida diversificación de animales en el Cámbrico Temprano podría haber resultado de la interacción de procesos bióticos y abióticos.  (Fig.1). (Paul, S. and David, H., 2013)

Fig 1, Causas interconetadas. Sistema Tierra, de desarrollo y
proceso ecológico, los que han sido  hipotetizados como asilados
causas singulares de la mayor diversificación de la taxa marina
temprana en el Cámbrico. (rojo, geológico; azul, geoquímico; verde
biológico). La figura representa un estrecho intervalo de tiempo .

Un   desafío es poder dar con la definición precisa de la explosión. Esta es la primera aparición de grupos animales en donde su diversificación, está relacionada a la aparición de ecosistemas marinos con estructuras tróficas modernas. El momento de la diversificación de los grupos animales es bastante conocida, permitiendo una clara distinción entre las primeras apariciones de grupos de corona de animales de alto nivel en el Neoproterozoico (1000 Ma. a 541 Ma.), seguida por la principal diversificación de grupos animales, un incremento sustancial en la disparidad morfológica y la aparición de redes complejas de alimentación en el Cámbrico Temprano.  Las estimaciones del reloj molecular predicen que los miembros tempranos de muchos grupos animales, incluyendo esponjas, cnidarios, y bilaterales, vivieron entre los 850 hasta los 635 Ma. Los relojes moleculares y los registros fósiles indican que más de 100 existentes filos y clases aparecieron por primera vez en el Cámbrico; y solo un puñado es anterior al comienzo del Cámbrico.

Recientemente la atención ha vuelto a los procesos abióticos como una posible causa de la explosión Cámbrica. Un largo periodo de erosión en el Neoproterozoico habría tenido como resultado un muy bajo relieve en la superficie interior continental con una alta meteorización del basamento rocoso cristalino en conjunto con suelos asociados. Un mayor aumento en el nivel de mar, en el Cámbrico temprano, pero no tan temprano, llevo a inundarse estos sectores meteorizados, y provocando una serie de respuestas en el sistema tierra, incluyendo la extensiva erosión y movilización de rocas meteorizadas y regolitos y una rápida entrada de calcio, fosfato, y otros iones al océano. Las concentraciones de calcio en agua de mar incrementaron casi al triple en el Cámbrico temprano, y esta entrada puede facilitar directamente el origen de la biomineralización. Simultáneamente la entrada de fosfato proporciono flujo de nutrientes para áreas de aguas someras.

Cada hipótesis esbozada aquí es un mecanismo viable para incrementar el significado de diversidad de las especies dentro de su habitad, diferenciando entre habitad y/o una biodiversidad regional. Sin embargo, esto es improbable, ya que cualquier mecanismo puede explicar la explosión Cámbrica, son muchas de las hipótesis individuales las que actúan como bucles en componentes de retroalimentación interactiva entre el sistema Tierra y los procesos biológicos (Fig.1). Juntos estos procesos interactúan generando una cascada evolutiva que permite un rápido crecimiento en la diversidad. La iniciación de este evento es probable que haya sido en el Cámbrico temprano, con la subida del nivel del mar, la que permitió la inundación de márgenes continentales y sus interiores, producto de una rápida erosión. Este cambio en el nivel del mar podría también haber generado un gran incremento en áreas habitables entre la base de turbulencias de olas y la profundidad a la que penetra la luz, proporcionando un mayor impulso para el aumento de la diversidad. Estos tempranos eventos siguen interactuando complejamente dentro de procesos abióticos y bióticos. (Fig.1). Esto podría ser evaluado, por lo tanto, para un modelo de diversificación en una holística e interdisciplinaria vía, más que enfocarse en factores individuales casuales.

El enigma Cámbrico: Divergencia temprana y posterior éxito ecológico en la historia temprana de los animales

El registro fósil es ahora complementado con agentes geoquímicos mediante  cambios ambientales; un preciso marco de referencia temporal ha permitido para correlacionar rocas de diferentes áreas del mundo y evaluar las tazas de cambios ambientales con evidencia evolutiva; un incremento en el conocimiento de las relaciones filogenéticas y su información de origen entre varios clados vivientes y fósiles de  metazoa, basado en gran parte en secuencia molecular; y el crecimiento conocido del proceso de desarrollo evolutivo mediante estudios comparativos de grupos vivos. Colectivamente, estos registros ambientales permiten un entendimiento de la posibilidad y el potencial de desarrollo genético, y la oportunidad ecológica que existía antes y durante el Cámbrico. Aquí se presentarán una síntesis de estos registros y de este modo un marco de referencia macro evolutivo para el entendimiento de la explosión Cámbrica.

Los primeros cordata

Vertebrados del Cámbrico temprano del sur de China. Particularmente es en china donde comienza una gran diversificación de la fauna temprana del cámbrico si bien el registro fósil de los cordados del cámbrico es en extremo pobre, los restos de cuerpo blando conservados consisten principalmente en agnatas del Cámbrico temprano, los cuales se desarrollaron en el sur de china, en la provincia de Yunnan donde el principal foco de actividad de estas especies se desarrolló en las zonas cercanas a la ciudad de Chengjiang y al noreste del lago Fuxian. Las especies encontradas corresponden a los vertebrados más antiguos del mundo, pertenecientes al género Myllokunmingia y Haikouichthys.

Myllokunmingia fengjiaoa Shu, Zhang & Han sp. nov. Phylum Chordata, Subphylum Vertebrata, Clase Agnatha. fusiforme, con una longitud de aproximadamente 28mm y una altura máxima de 6mm (sin dorsal), el cual no desarrollo escamas, pero si desarrollo estructuras complejas como hemibranquias. Su anatomía interna incluye canal alimenticio con faringe e intestino notocorda, y una posible cavidad pericárdica.

Haikouichthys ercaicunensis Luo, Hu & Shu gen. et sp. nov. Phylum Chordata, Subphylum Vertebrata, Clase Agnatha. Fusiforme más delgados que Myllokunmingia, con una dorsal prominente hacia la parte anterior, y un largo aproximado de 25 mm. Su anatomía interna incluye cartílago craneal, cavidad pericárdica, intestino, gónadas, estando dispuesta a lo largo del tronco ventral.

Discusión y Conclusión

                La explosión Cámbrica es el evento más controversial en el desarrollo de la vida en la tierra, desde que el ser humano se dio cuenta de que solo era un suspiro en el tiempo geológico, ha evocado su esfuerzo en poder entender como la evolución, la genética, la diversidad, los cambios químicos y muchos otros factores ha tomado parte en este sistema dinámico, el cual ha modelado el paso de los seres vivos como una obra de arte por este planeta. Una simple mirada desde como unos simples organismos viviendo en un charco de alguna fumarola o en alguna profundidad oceánica de las más antiguas, tuvieron la fuerza y la paciencia para poder adaptarse a una tierra hostil, la que poco a poco fue convirtiéndose en su hogar. Han demostraron ser cadenas evolutivas adaptables y resistentes, como también otras que han quedado en los registros fósiles. La explosión Cámbrica involucra una construcción históricamente única de ambientes, canales de evolución alimenticia, adaptación abiótica, interacción de ecosistemas diversificados, y lo principal, la aparición de los cordados, nuestros primeros vertebrados.

Referencias

1.       Paul,S. &  David, H. 2013. Causes of the Cambrian Explosion, earth science. Science magazine, 341, 1355-1356.

2.       Douglas,E. Marc,L. Sarah, T. Erik, S. Davide, P. Kevin, P.  2011.The Cambrian Conundrum: Early Divergence and   Later Ecological Success in the Early History of Animals, Research articles. Science magazine, 334, 1091-1097.

3.       D. Shu, H. Luo, Simon, C., X. Zhang, S. Hu, L. Chen, J. Han, M. Zhu, Y. Li, L. Chen. 1999. Lower Cambrian vertebrates from south China, Articles. Nature Magazine, 402, 42-46.

4.       Ivan, S; Paul, S; Moya, S; Peter, T. 1997. Astraspis the anatomy and histology of ordovician fish. Paleontology, The journal of paleontology, 40, 625-643.