Decodificando un 200

Por Universidad de Oxford22 de agosto de 2023

Reconstrucción del fondo marino de Ediacara del Grupo Nama, Namibia, que muestra la diversidad animal temprana. Crédito: Museo de Historia Natural de la Universidad de Oxford / Mighty Fossils

Un estudio dirigido por la Universidad de Oxford nos ha acercado más a desentrañar una antigua pregunta que ha intrigado a los naturalistas desde la época de Charles Darwin: ¿cuándo surgieron los primeros animales en la historia de la Tierra? Los hallazgos fueron publicados recientemente en la revista Trends in Ecology & Evolution.

Los primeros animales aparecen en el registro fósil hace unos 574 millones de años. Su llegada aparece como una "explosión" repentina en rocas del período Cámbrico (hace 539 millones de años a hace 485 millones de años) y parece contrarrestar el ritmo típicamente gradual del cambio evolutivo. Muchos científicos (incluido el propio Darwin) creen que los primeros animales en realidad evolucionaron mucho antes del período Cámbrico, pero no pueden explicar por qué no aparecen en el registro fósil.

Reconstrucción de Charnia, candidato a ser el primer fósil animal del Período Ediacárico de hace 574 millones de años. Crédito: Museo de Historia Natural de la Universidad de Oxford / Mighty Fossils

The ‘molecular clock’ method, for instance, suggests that animals first evolved 800 million years ago, during the early part of the Neoproterozoic era (1,000 million years ago to 539 million years ago). This approach uses the rates at which genes accumulate mutations to determine the point in time when two or more living speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> La última especie compartió un ancestro común. Pero aunque las rocas del Neoproterozoico temprano contienen microorganismos fósiles, como bacterias y protistas, no se han encontrado fósiles de animales.

Esto planteó un dilema para los paleontólogos: ¿el método del reloj molecular sobreestima el punto en el que los animales evolucionaron por primera vez? ¿O hubo animales presentes durante el Neoproterozoico temprano, pero demasiado blandos y frágiles para ser preservados?

Dickinsonia, uno de los fósiles de animales más antiguos de la biota de Ediacara, formación de cuarcita Ediacara Rawnsley, Australia. 560-550 millones de años. Crédito: Lidya Tarhan

To investigate this, a team of researchers led by Dr. Ross Anderson from the University of OxfordThe University of Oxford is a collegiate research university in Oxford, England that is made up of 39 constituent colleges, and a range of academic departments, which are organized into four divisions. It was established circa 1096, making it the oldest university in the English-speaking world and the world's second-oldest university in continuous operation after the University of Bologna." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">El Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Oxford ha llevado a cabo la evaluación más exhaustiva hasta la fecha de las condiciones de preservación que se esperarían para capturar los primeros fósiles de animales.

El autor principal, el Dr. Ross Anderson, dijo: "Los primeros animales presumiblemente carecían de caparazones o esqueletos a base de minerales, y habrían requerido condiciones excepcionales para fosilizarse". Pero ciertos depósitos de lutitas del Cámbrico demuestran una conservación excepcional, incluso de tejidos animales blandos y frágiles. Razonamos que si estas condiciones, conocidas como preservación Burgess Shale-Type (BST), también ocurrían en rocas neoproterozoicas, entonces la falta de fósiles sugeriría una ausencia real de animales en ese momento.'

To investigate this, the research team used a range of analytical techniques on samples of Cambrian mudstone deposits from almost 20 sites, to compare those hosting BST fossils with those preserving only mineral-based remains (such as trilobites). These methods included energy dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction carried out at the University of Oxford’s Departments of Earth Sciences and Materials, besides infrared spectroscopy carried out at Diamond Light SourceDiamond Light Source is the UK’s national synchrotron. It works like a giant microscope, harnessing the power of electrons to produce bright light that scientists can use to study anything from fossils to jet engines to viruses and vaccines. The machine accelerates electrons to near light speeds so that they give off light 10 billion times brighter than the sun." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Diamond Light Source, el sincrotrón nacional del Reino Unido.

Imagen de uno de los sitios de Tonian con preservación BST pero sin fósiles de animales del trabajo de campo. Formación Svanbergfjellet, De Geerbukta, Svalbard, Noruega. Crédito: Ross Anderson / Universidad de Oxford

El análisis encontró que los fósiles con una preservación excepcional del tipo BST estaban particularmente enriquecidos en una arcilla antibacteriana llamada berthierine. Las muestras con una composición de al menos un 20 % de berthierina arrojaron fósiles de BST en aproximadamente el 90 % de los casos.

El mapeo mineral a microescala de los fósiles de BST reveló que otra arcilla antibacteriana, llamada caolinita, parecía unirse directamente a los tejidos en descomposición en una etapa temprana, formando un halo protector durante la fosilización.

"La presencia de estas arcillas fue el principal predictor de si las rocas albergarían fósiles de BST", añadió el Dr. Anderson. "Esto sugiere que las partículas de arcilla actúan como una barrera antibacteriana que impide que las bacterias y otros microorganismos descompongan los materiales orgánicos".

Luego, los investigadores aplicaron estas técnicas para analizar muestras de numerosos depósitos de lutitas neoproterozoicas ricos en fósiles. El análisis reveló que la mayoría no tenía las composiciones necesarias para la conservación de BST. Sin embargo, tres depósitos en Nunavut (Canadá), Siberia (Rusia) y Svalbard (Noruega) tenían composiciones casi idénticas a las rocas BST del período Cámbrico. Sin embargo, ninguna de las muestras de estos tres depósitos contenía fósiles de animales, aunque las condiciones probablemente eran favorables para su conservación.

El Dr. Anderson añadió: "Las similitudes en la distribución de arcillas con fósiles en estas raras muestras del Neoproterozoico temprano y con depósitos excepcionales del Cámbrico sugieren que, en ambos casos, las arcillas estaban adheridas a tejidos en descomposición, y que las condiciones propicias para la preservación del BST estaban disponibles en ambos". períodos de tiempo. Esto proporciona la primera “evidencia de ausencia” y respalda la opinión de que los animales no habían evolucionado en la era Neoproterozoica temprana, contrariamente a algunas estimaciones del reloj molecular.'

Según los investigadores, el estudio sugiere una posible edad máxima del origen de los animales de unos 789 millones de años: la edad estimada más joven de la formación Svalbard. El grupo pretende ahora buscar depósitos neoproterozoicos cada vez más jóvenes con condiciones para la conservación del BST. Esto confirmará la edad de las rocas en las que faltan animales en el registro fósil porque realmente estaban ausentes, y no porque las condiciones no permitieran fosilizarlos. También tienen la intención de realizar experimentos de laboratorio para investigar los mecanismos que sustentan las interacciones arcilla-orgánico en la preservación de BST.

El Dr. Anderson añadió: «El mapeo de las composiciones de estas rocas a microescala nos permite comprender la naturaleza del registro fósil excepcional de una manera que nunca antes habíamos podido hacerlo. En última instancia, esto podría ayudar a determinar cómo el registro fósil puede estar sesgado hacia la preservación de determinadas especies y tejidos, alterando nuestra percepción de la biodiversidad a lo largo de diferentes eras geológicas.»

Referencia: “Procesos de fosilización y nuestra lectura de la antigüedad animal” por Ross P. Anderson, Christina R. Woltz, Nicholas J. Tosca, Susannah M. Porter y Derek EG Briggs, 27 de junio de 2023, Trends in Ecology & Evolution.DOI: 10.1016 /j.tree.2023.05.014