Vida en el pasado

Por Roberto Molina Garza
Centro de Geociencias, UNAM

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Un ammonita del Jurásico en Sonora

Introducción

Más que nada, este documento es sobre fósiles, que son los restos preservados de vida que existió en el pasado. Esto incluye tanto fósiles corporales como trazas (huellas).

Los fósiles están preservados en un espacio cuatri-dimensional, que incluye la geografía y el tiempo. En su uso original, fósil viene del latín fossilium que significa desenterrado o excavado, y se aplicó tanto para cristales, como fósiles, como minerales.

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El significado de los fósiles se debatió por siglos,  desde las ideas de Aristóteles y antecesores que  los consideraron una virtud plástica de las rocas  mismas, que permitía a los fósiles crecer en ellas,  a las visiones Noéicas que los atribuían a  animales y plantas que murieron durante la  catástrofe bíblica.

Los fósiles son el registro, preservado en las rocas, de la historia biológica y ambiental del planeta.

La importancia del registro fósil está en el hecho que demuestran dos verdades sobre nuestro planeta:

La organización de la vida

La vida en nuestro planeta es increíblemente diversa. Mas de 1.5 millones de especies de organismos han sido descritas y el número crece cada día. Para hacer esta diversidad y complejidad biológica más manejable, científicos utilizan un sistema de clasificación jerárquico, basado en criterios expecíficos. La base de esta clasificación es la evolución. Una categoría dentro de la clasificiación incluye organismos que están más relacionado entre sí (en un sentido evolutivo- ancestro y descendiente) que lo que están a organismos contenidos en otra categoría de la misma jerarquía.

El sistema de clasificación se conoce como clasifiación Linneana

        Dominio        Eukariota
            Reino            Animal
                Phylum        Chordado    (subphylum- vertebrado)
                    Clase              Mamífero    (subclase- eutheria)
                        Orden            primate        (suborden- antropoidea)
                            Familia            homínidos
                                Género            homo
                                       Especie        sapiens
                                                
Este sistema se utiliza también para la clasificación de organismos fósiles, con algunas modificaciones. La definición de especie afirma que son organismos cuya descendencia es fértil; esto es algo que, por supuesto, no podemos demostrar para el caso de un fósil. Semejanza anatómica es el principal criterio para identificar miembros de una misma especie fósil.

Fosilización

¿Cómo y porqué se convierte un organismo viviente en un fósil después de su muerte? Las posibilidades de que esto suceda son realmente pocas. En las situaciones más comunes, el cuerpo del organismo debe contener partes resistentes a la descomposición orgánica. Las partes duras, como huesos y conchas, se preservan preferentemene que partes de tejido blando. Tener esqueleto o partes duras no garantiza que se fosilizen. Procesos físicos (ej: transporte y abrasión), químicos (intemperismo) y biológicos (organismos carroñeros) destruyen el material fosilizable. Ambientes de depósito con poco oxígeno, rápida taza de sedimentación y baja energía, facilitan la preservación .

Esta página explica el proceso de fosilización

madera petrificada
    La preservación orginal (como la momificación natural)
     implica que el material original que formaba parte del
    cuerpo de un organismo se preserva. Esto es raro. Más
    comunmente, otros procesos ocurren. La
    permineralización es el depósito de minerales en las
    cavidades y poros de lo que fué el cuerpo del organismo,
    aumentando así la densidad del material. Este proceso es
    común en la madera petrificada y los huesos.





Otra forma de preservación común es la recristalización. Los cambios en presión, temperatura y condiciones químicas que resultan del sepultamiento producen cambios en la estructura cristalina que originalmente formaba parte de un organismo. Es común, por ejemplo, que los organismos con esqueletos de carbonato de calcio (como conchas) ocurran en forma de aragonita, que recristaliza en calcita una vez que el material es recristalizado.


Otra forma de fosilización es el remplazamiento. En este proceso, el material original se disuelve y es sustituído por otro material, que normalmente es más resistente y estable. El material remplazante más común es sílice, otros posible son la pirita y ópalo.

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Molde del bivalvo Weyla, Sonora México

En ocasiones, no es el organismo el que se preserva, sino impresiones, moldes del exterior, o la formapermian interior. Por ejemplo, el interior de un caracol se puede rellenar de  sedimento,  y al disolverse la concha queda preservada la forma interior. Las  impresiones son comunes en el caso de hojas, insectos y algunos  invertebrados marinos (ej: agua mala). Una forma de impresión muy común  es la carbonización del material orgánico. Otras componentes vólatiles son  removidas, pero el carbón, más estable, queda como una película en el plano  de estratificación. Los fósiles traza más comunes son las huellas.

Las huellas y otros fósiles trazas son muy importante pues de ellos se obtiene información sobre la forma de vida del organismo fósil.


Los fósile traza, sin embargo, no siempre se pueden identificar como tal y en muchos casos ni siquiera conocemos al organismo que produjo las "huellas".


La evolución y las extinciones

Evolución es una de las teorías científicas que ha provocado mayor discusión. También existen muchos conceptos erróneos al respecto. Evolución significa primeramente cambio. Evolución no es lo mismo que selección natural, aunque la selección natural fue propuesta por Darwin como mecanismo de creación de nuevas especies. Evolución hoy en día aporta el las bases fundamentales para entender el registro fósil. Evolución es un cambio cumulativo en las características de una población de organismos de generación en generación y puede ser producto de adaptación, radiación, selección natural, y hasta suerte.

Selección natural, no necesariamente implica supervivencia del más fuerte, sino del más adaptable. Iimplica que existe suficiente varación natural en los rasgos de una especie, que si las condiciones ambientales o la competencia con otros organismos favorecen a aquellos que poseen ciertos rasgos (pico más corto, garras más largas, oído más sensible, raíces más profundas, etc.), los organismos con estos rasgos tienen mayores posibilidades de sobrevivir y pasar estos rasgos a su descendencia.

evolucion

Uno de los errores más comunes en nuestra conceptualización de la evolución es verla como un proceso lineal, similar al ilustrado arriba. Las bases biológicas de la evolución existen en la genética.

El énfasis de muchas discusiones sobre evolución es en procesos de creación de nuevas especies, pero la extinción es igualmente importante. Generalmente extinciones ocurren por cambios en las condiciones

 un habitat; esto significa que en realidad existen numerosas causas de extinción. Desde la introducción de una nueva enfermedad, o un predador más eficiente, hasta las causasfive extraterrestres utilizadas para explicar las extinciones en masa.

La extinción de un gran número de especies, de una  diversidad  biológica importante, en un lapso relativamente  corto, se denomina extinción en masa. Estos son eventos  relativamente raros en la historia de la Tierra, pero  importantes preguntas sobre estos eventos no han sido aun  resueltas.

Como extinciones son algo común en la historia de la Tierra distinguir extinciones en masa no es tan fácil. Varios autores proponen la existencia de 5 eventos durante el Fanerozoico, el último de los cuáles es conocido como el límite K-T (hace 65 millones de años) y corresponde a la famosa extinción de los dinosaurios.

Por mucho, la más intensa crisis biológica ocurrió al final del Pérmico, cuando cerca del 50% de las familias de organismos terrestres se extinguieron.




time scale  

El registro fósil en el tiempo geológico

El Precámbrico

El Precámbrico cubre casi 90% de la historia del planeta. Los eventos más importantes son:
         ediacara 1             ediacara2
La vida en el Precámbrico tuvo características muy especiales dictadas por las condiciones ambientales, como la ausencia de oxígeno libre o sus bajos niveles y las altas concentraciones de CO2. Es también notable que no existe registro fósil de vida fuera de los océanos.

La diversificación de las faunas hacia finales del Precámbrico se ha asociado al aumento en las concentraciones de oxígeno, la presencia de mares someros en las márgenes de supercontinentes (Rodinia y Gondwana). Otros eventos, como la glaciación del Vendiano, también puden haber influído en este proceso.

El Paleozoico

La distribución de familias y géneros de organismos marinos se puden dividir en tres grandes grupos: la fauna del Cámbrico, la fauna del Paleozoico (del Ordovícico al Pérmico), y la fauna marina moderna (Mesozoico y Cenozoico). Cada fauna está dominada por grupos taxonómicos, que en conjunto inician como grupos con poca diversidad, tienen un intervalo de diversificación y eventualmente son remplazados por otra fauna después de una extinción en masa.
La paleoecología de las comunidades marinas incluye productores primarios (autotrofos) y consumidores (herbívoros, depredadores, carroñeros, parásitos, filtradores, etc.).


faunas


La rápida diversificación de metazoarios durante el inicio del Paleozoicio se conoce como la Explosión del Cámbrico . La gran mayoría de los diseños de organismos aparecen en este intervalo, incluso la variedad de diseños biológicos es mayor que en tiempos posteriores. Muchos de los diseños del Cámbrico pueden haber sido experimentos sin éxito del proceso evolutivo, como los organismos de la formación Burguess Shale, en Canadá.

La fauna del Cámbrico está principalmente representada por trilobites (una especie exitinta de artrópodos), los archeocyatidos (una forma colonial de psudo-corales), braquiópodos inarticulados y moluscos primitivos.

La fauna de la formación Burgess Shale representa organismos de cuerpo blando y phylla extinctos relacionados a los artrópodos, preservados en forma tri-dimensional. Es una fauna sumamente importanteanomaloca por varias razones: marrela     anomalocaris
Marrella, un pequeño artrópodo            Anomalocaris

Por mucho tiempo científicos pensaron que el Cámbrico fué el comienzo de la vida. Después se pensó que fue el origen de esqueletos. Hoy pensamos que representa: (1) una impresionante radiación adaptiva de los organismos multicelulares; (2) una expansión global de estos animales en los habitats oceánicos; (3) el casi simultáneo desarrollo de esqueletos duros en un número de phyla con la diversificación. No obstante, mucho se debate si el desarrollo de esqueletos es contemporáneo con la diversificción o se trata de una falsa impresión producto de la preservación preferencial de organismos con partes duras. Es decir, quizá la diversifiación empezó antes, en organismos sin partes fosilizables, y no hay un registro fósil adecuado de ella.

trilobite Trilobite

La fauna del Paleozoic es principalmente epifauna, es decir residente sobre el fondo marino y principalmente compuesta de filtradores. Incluye corales, bryozoarios, braquiópodos, esponjas, equinodermos, trilobites, graptolitos, cephalópodos y bivalvos. Es la fauna característica del Ordovícico al Pérmico, por más de 250 millones de años. La caus de la radiación de filtradores durante el Ordovícico no se conoce en detalle. Dos importantes extinciones ocurrieron durante el Paleozoico, una al final del Ordovícico y otra hacia finales del Devónico. La primera fue posiblemente causada por glaciación. En la segunda, las comunidades de corales fueron las más afectadas: las causas no se conocen.

La extinción de finales del Pérmico es la crisis biológica más importante en la hisotria de la Tierra. Sus causas no se conocen aunque varias hipótesis han sido propuestas, desde volcanismo hasta fromación del supercontinente Pangea. Completamente cambió la composición y organización de las comunidades marinas. La faunasdel Paleozoico fueron remplazadas por la fauna marina moderna, dominada por Moluscos (bivalvos, gasterópodos, cephalópodos), equinoideos y otros organismos nektónicos-
Se extinguieron los trilobites, muchas familias de cephalópodos (nautioideos y ammonoideoos), muchas familias de brquiópodos.

Los eventos más importantes del Paleozoico después de la explosión del Cámbrico son los siguientes: La prominencia de grupos planktónicos también cambió considerablemente del Paleozoico al Mesozoicoconodont
y el Cenozoico. Mientras que los acritarcos, graptolitos y conodontos fueron dominantes durante el Paleozoico, los foraminíferos, diatomeas, coccolitopóridos y dinoflagelados dominan en el Cenozoico. Los radiolarios y conodontos son los grupos más importantes del Mesozoico. Los conodontos son un grupo muy enigmático de fósiles. Son elemntos parecidos a dientes o mandíbulas compuestos de apatita calcárea, parecido al material que compone los huesos. No se sable a que tipo de animal pudieron haber pertenecido, pero tienen un gran valor estratigráfico, pues se utilizan como fósil índice.



Los depredadores marinos están presentes en la fauna del Burgess Shale (Anomalocaris, por ejemplo), los cefalópodos (nautiloideos y ammonoideos) y los euryptéridos son los depredadores más comunes del Ordovícico al Silúrico. La radiación de los peces durante el Devónico resultó en los grandes depredadores del Paleozoico tardío, como Coelacantos y tiburones, que más tarde, en el Mesozoico, competirían con los reptiles marines (icthyosauros y plesiosauros).

plesio

Los crustáceos evolucionaron durante el Paleozoico, pero no fué hasta el Jurásico, en el Mesozoico, que langostas y cangrejos desarrollaron elementos para la predación activa (pinzas, por ejemplo). Los cefalópodos fueron grupos muy exitosos durante el Paleozoico tardío y el Mesozoico, y en particular los ammonoideos son muy importantes como fósil índice.

La evolución de los peces es una historia fascinante. Desde los Agnathos (sin mandíbula, como Hemicyclapsis ), a los peces gigantes con armadura (como Dunklosteus ), a los peces cartiloginosos (tiburones y mantarayas), los peces se adaptaron a todos los ambientes marinos y los ambientes acuáticos terrestres. Los peces con pulmones y aletas con hueso (como el coelacanto) son los ancestros de los tetrápodos vertebrados terrestres (anfibios). Los peces rápidamente se convirieron en los depredadores carnívoros más importantes.

Un libro fascinante sobre esta etapa en la historia de la vida en el planeta se puede encontrar en:planet ocean


La transición de la vida de los oceános a los continentes no fue fácil. Las plantas y animales, por ejemplo tuvieron que enfrentar mucho obstáculos. La temperatura es más constante en los océanos y en los continentes el suministro de agua es irregular. Tanto plantas como animales en los oceános requiern de menos soporte estructural, pues pueden flotar. Para evitar la desecación, plantas desarrollaron cutículas. Esta limitación nunca ha sido resuelta por los anfibios que tienen que permanencer en ambientes húmedos. Los reptiles lo resolvieron con escamas en la piel. Los invertebrados terrestres, desde escorpiones hasta cangrejos y moluscos, deben haber seguido a las plantas en su colonización de los habitats terrestres, probablemente compartiendo ambientes acuáticos y terrestres. Los insectos y arañas primitivas aparecen en el Devónico. Los insectos evolucionaron alas en el Carbonífero, el tiempo en que aparecen también cucarachas, escarabajos y parientes de los saltamontes. De los grupos de organismos terrestres actuales, solo pocos son los que no aparecieron ya en el Paleozoico (mamíferos, aves, y plantas con flores aparecen en el Mesozoico).

La flora del Paleozoico está primero representada por los rhyniofytos, de los cuáles el más comun es el género Cooksonia ( elcook más antiguo fósil de plantas terrestres. Las hojas, característica tan comun de las plantas, no están presentes en los rhynipfitosevolucionan en el Devónico Tardío y el Carbonífero, probablemente a partir de espinas o los extremos de ramas. El xylema (o tejido maderable) también evoluciona en el Devónico. Los lycopodos (como el lepidodenro) son un grupo común durante este tiempo, así como los esfenofitos

lepydodendro                                                                                                                        cooksonia
 

lepido        clamaties   Calamites- esfenopsido del Paleoico tardío

Otro grupo de plantas dominantes en el Paleozoico tardío son los helechos. Estos grupos utilizaron esporas como forma de reproducción. Plantas con semillas (gymnoespermas) aparecen en el Devónico tardío, pero no se diversifican hasta finales del Paleozoico. Las coníferas, por ejemplo, aparecen a finales del Carbonífero o Pérmico.

Mesozoico

mesozoico

EL Mesozoico es mejor conocido como la era de los dinosaurios, aunque la era de los moluscos no es una mala descripción. En este período aparecen los primeros mamíferos, las aves, y las angyospermas. Los favoritos de todos, los dinosaurios, aparecen durante el Triásico c casi el mismo tiempo que los primeros mamíferos. Aunque los efenopsidos, helechos y lycopodos aun están presentes en el Mesozoico, las plantas típicas de esta era son las cycadas, ginkgos y las coníferas. Las angiospermas (plantas con flores) aparecen hacia finales del Cretácico (hace 75 millones de años). Las plantas con flores tuvieron un gran éxito, posiblemente por ocupar habitats bajo la cubierta de árboles mayores con los que con competía por nutrientes y por su énfasis en polinización por otro grupo igualmente exitoso, los insectos. Las floras de sabana y desierto, evolucionaron en el Cenozoico.

Los vertebrados terrestres se pueden dividir en 5 grupos. Ya sea por inovaciones morfológicas o por extinciones, distintos grupos se han alternado en dominio de los habitats terrestres. Los amfibios dominaron durante el Paleozoico tardío, los pelycosauros y therapsidos (reptiles synapsidos) durante el Paleozoico tardío y Mesozoico temprano, los theropodos y saurópodos (dinosauria) durante en Jurásico, los theropodos y ornithischianos durante el Cretácico, y los mamíferos durante el Cenozoico.