Los Suelos Primigenios del Precámbrico Cambiaron la Evolución de la Vida sobre la Tierra

Investigaciones aparecidas este mes de julio de 2009 nos informan que la vida tal como la conocemos se origino gracias a la acción sobre la atmósfera de unos suelos primigenios órgano-minerales constituidos por bacterias fotosintéticas que formaron un tapiz verde sobre la faz de la Tierra emergida. Tal manto de verdor dio lugar a un cambio de la composición atmosférica, permitiendo la emergencia de vida multicelular compleja y la génesis de las rocas calizas. Este nuevo escenario cambia radicalmente nuestros conocimientos sobre la evolución biológica, litológica y edafológica de nuestro planeta.

Caption: This is a late Precambrian carbonate outcropping at

south end of Death Valley, California. Carbon isotopes in these

layers bear evidence of the first extensive greening of the Earth.

Credit: L.P. Knauth, Arizona State University

Sinceramente, se trata de esas noticias que uno desearía ofrecer diariamente en este blog. Desde ayer ando algo excitado (mentalmente, se sobreentiende). Y no es para menos, ya que si tal descubrimiento cambia la visión que atesoramos sobre la evolución biológica, geológica y edafológica, debería elevar la edafosfera a cotas de prestigio que con anterioridad eran impensables.

Estromatolitos: Fuente Westwood College

Los estromatolitos son la primera forma de vida de la que tenemos testigos fósiles. Si la Tierra inició su andadura cósmica hace 4.500 millones de años, las cianobacterias que dan lugar a las estructuras minerales mencionadas, datan al menos de unos 3.400 millones de años. Hablamos ya de formas fotosintéticas que aun viven en ciertos ambientes costeros y lagunares. Hasta hace unos días, se pensaba que gran parte de los primeros estadios de la evolución biológica se generaron en los océanos primigenios. Y así se sigue postulando, aunque ciertos investigadores postulan que la vida pudieran haberse generado en los regolitos o suelos minerales. Sin embargo, la aparición de la vida multicelular compleja comenzó a surgir hace, más o menos, 540 millones de años. Hablamos de la denominada Fauna de Ediacara. Los científicos han especulado desde hace muchos años cuales fueron las causas que dieron lugar a tal explosión cámbrica. Ahora resulta que el disparador de aquél cambio brusco en el registro fósil, fue propiciado por unos suelos órgano-minerales hasta ahora desconocidos. Al menos nuevas investigaciones así lo afirman. Se trataba de suelos recubiertos por un tapiz de bacterias fotosintéticas que se remontan a unos 700 millones de años, es decir, 140 (Neoproterozoico) antes de la aparición de la vida compleja que se supone que invadió posteriormente los continentes. Al parecer, esta edafosfera primordial también propició la expansión de las rocas calizas “sensu lato”. En consecuencia, la litosfera también cambio en aquél supercontinente denominado Ventia (del que a penas tenemos indicios), por la acción de sus suelos.

Hasta ese instante geológico, la atmósfera era muy rica en anhídrido carbónico y pobre en oxigeno. Sin embargo, el mencionado manto verde propició el secuestro de carbono por los suelos (disminución del efecto de invernadero), enriqueciéndose la atmósfera de O2. Tal cambio climático, según los autores del estudio, disparó la explosión cámbrica y su fauna asociada de Ediacara (invertebrados vermiformes de formas aplanadas, etc.). A partir de allí, la vida comenzó a generar morfologías paulatinamente más complejas. Se trata de un descubrimiento que cambia nuestra concepción de la historia de la Tierra. Y si es “brutal” para la ciencia, aun más lo es en el caso de la edafología.   

Evolución de la Vida en el contesto de la biosfera. Fuente: Science

Las fechas que nos indican los autores del estudio, pertenecientes a la Universidad Estatal de Arizona,  en una Publicación de Nature, se encuentran ubicadas en lo que hasta ahora se conocía como, el Periodo Criogénico del Neoproterozoico. Se supone que durante el mismo la Tierra padeció uno o dos periodos enormemente fríos, en la que los glaciares invadieron casi todo el Planeta.  Se trata de los episodios conocidos por “Bola de Nieve”. Bien pudiera haber sucedido que el secuestro de carbono por el suelo en forma orgánica e inorgánica (fuera la causante de aquellos gélidos tiempos), al secuestrar carbono atmosférico y disminuir drásticamente el efecto de invernadero, inyectando a su vez oxígeno. Ya veremos si es así o no.

Abajo os reproduzco la noticia original aparecida en Terrdaily, que intenté traducir ayer como pude, por cuanto me parece bastante confusa (el inglés coloquial americano es suahili para los que aprendimos con el de UK). Hoy he encontrado un comentario más claro y conciso en Sofpedia, algunos de cuyos fragmentos incluyo al final del post. Al margen de los detalles isotópicos, se nos informa de cómo el regolito y sus aguas subterráneas comenzaron a transformarse por la acción de la vida, dando lugar a ingentes cantidades de carbonatos. Por lo tanto, podemos también señalar que se trata de las primeras evidencias de la aparición de ciclos biogeoquímicos  (que no geoquímicos) en la Tierra emergida. Pido disculpas por la traducción tan prosaica que realicé. Sin embargo, las noticias deben difundirse con rapidez y este post parece ser la primera nota (en este caso en forma de post) aparecida en lengua española, por cuanto no he detectado ninguna otra en la Web (a no ser que sea minutos antes de colgar el post).  Bueno, pues ahí vamos para los que deseen profundizar un poco más.

Juan José Ibáñez

Explosive Growth Of Life On Earth Fueled By Early Greening Of Planet

by Staff Writers; Tempe AZ (SPX) Jul 14, 2009

Earth’s 4.5-billion-year history is filled with several turning points when temperatures changed dramatically, asteroids bombarded the planet and life forms came and disappeared. But one of the biggest moments in Earth’s lifetime is the Cambrian explosion of life, roughly 540 million years ago, when complex, multicellular life burst out all over the planet.

Tierra desde en sus más de 4.5 mil millones de años de historia se encuentra repleta de puntos de inflexión (o de no retorno) debido a cambios drásticos de su temperatura, bombardeo de asteroides. La vida que albergaba hasta aquellos momentos desapareció en gran medida para volver a comenzar la colonización de la geosfera. Pero uno de los momentos culminantes de le evolución biológica es conocido como la “explosión cámbrica”, acaecida hace aproximadamente 540 millones de años atrás, cuando los complejos, multicelulares se esparcieron por  todo el planeta.

While scientists can pinpoint this pivotal period as leading to life as we know it today, it is not completely understood what caused the Cambrian explosion of life. Now, researchers led by Arizona State University geologist L. Paul Knauth believe they have found the trigger for the Cambrian explosion.

Mientras que los científicos pueden identificar este período como el hito fundamental a la vida tal como la conocemos hoy, aun no se comprende plenamente el proceso que causó la explosión cambrica. En una publicación reciente, investigadores liderados por el geólogo de la Universidad Estatal de Arizona L. Paul Knauth creen haber encontrado el detonante de la explosión Cámbrico.

It was a massive greening of the planet by non-vascular plants, or primitive ground huggers, as Knauth calls them. This period, roughly 700 million years ago virtually set the table for the later explosion of life through the development of early soil that sequestered carbon, led to the build up of oxygen and allowed higher life forms to evolve.

Se trata de una masiva invasión del planeta por parte de plantas no vasculares, o primitivos terrenos (suelos) huggers, como los llama Knauth. Durante este período, hace 700 millones de años, se sentaron las bases para una ulterior explosión y desarrollo de los primeros suelos capaces de secuestrar carbono, es decir organo-minerales, iniciando la liberación de oxígeno que condicionó la ulterior evolución biológica de vidas más complejas.

Knauth and co-author Martin Kennedy, of the University of California, Riverside, report their findings in the July 8 advanced on-line version of Nature. Their paper, «The Precambrian greening of Earth,» presents an alternative view of published data on thousands of analyses of carbon isotopes found in limestone that formed in the Neoproterozoic period, the time interval just prior to the Cambrian explosion. «An explosive and previously unrecognized greening of the Earth occurred toward the end of the Precambrian and was an important trigger for the Cambrian explosion of life,» said Knauth, a professor in Arizona State‘s School of Earth and Space Exploration.

Knauth y coautor Martin Kennedy, de la Universidad de California, Riverside, informaron de sus pesquisas el 8 de julio, en la versión on-line de la Revista Nature. Tal Artículo lleva por título (traducido al español castellano): “Ecología de la Tierra durante el Precámbrico,». En este manuscrito se muestra una visión alternativa de los datos publicados en miles de análisis de isótopos del carbono inorgánico de rocas calizas del período Neoproterozoico, el intervalo de tiempo previo a la explosión Cámbrico. «Una explosiva y desconocida fase ecológica del planeta tuvo lugar hacia finales del Precámbrico, que actuó como detonante de la explosión del Cámbrica, dijo Knauth, profesor en la Escuela del Estado de Arizona de la Tierra y Exploración Espacial.

«During this period, Earth became extensively occupied by photosynthesizing organisms,» he added. «The greening was a key element in transforming the Precambrian world – which featured low oxygen levels and simple, bacteria dominant life forms – into the kind of world we have today with abundant oxygen and higher forms of plant and animal life.»

«Durante este período, la Tierra llegó a ser extensamente ocupada por los organismos fotosintéticos«, añadió. «El verdor resulta ser un elemento clave para la transformación precámbrica mundo – que trasformó un ambiente con bajos niveles de oxígeno, y formas de vida simples de tipo bacteriano – en la clase de naturaleza actual: con abundante oxígeno y de formas superiores de vida vegetal y animal».

Knauth calls the work «isotope geology of carbonates 101.»

In order to understand what happened on Earth such a long time ago, researchers have studied the isotopic composition of limestone that formed during that period. Researchers have long studied these rocks, but Knauth said many focused only on the carbon isotopes of Neoproterozoic limestones.

Knauth pide la obra «geología isotópica de los carbonatos 101.»

Con vistas a comprender lo que sucedió en la Tierra tanto tiempo atrás, los investigadores han estudiado la composición isotópica de las calizas que se formaron durante ese período. Numerosos investigadores abordaron con anterioridad este tipo de rocas, pero centrándose únicamente, dijo Knauth, en los isótopos de carbono de las calizas del Neoproterozoico.

Knauth and Kennedy’s study looked at a bigger picture

«There are three atoms of oxygen for every atom of carbon in limestone,» Knauth says. «We looked at the oxygen isotopes as well, which allowed us to see that the peculiar carbon isotope signature previously interpreted in terms of catastrophes was always associated with intrusions of coastal ground waters during the burial transformation of initial limestone muds into rock. It’s the same as we see in limestones forming today.»

Knauth Kennedy y estudio de una imagen mayor

«Existen tres átomos de oxígeno por cada átomo de carbono en las calizas,» dice Knauth. «Analizamos también los isótopos de oxígeno, lo cual nos permitió ver que la peculiar firma de isótopos de carbono previamente interpretados en términos de catástrofes asociadas a la intrusión de las aguas subterráneas costeras durante la transformación inicial por enterramiento de los lodos iniciales de fangos calcáreos. Esto equivaldría a observar como se generan tales rocas calizas hoy en día”.

Brave new world

By gathering all of these published measurements and carefully plotting carbon isotopic data against oxygen isotopic data, a process Knauth said took three years, the researchers began to formulate a very different type of scenario for what led to complex life on Earth. Rather than a world subject to periods of life-altering catastrophes, they began to see a world that first greened up with primitive plants. «The greening of Earth made soils which sequestered carbon and allowed oxygen to rise and get dissolved into sea water,» Knauth explained. «Early animals would have loved breathing it as they expanded throughout the ocean of this new world.»

El Nuevo mundo

Al reunir todas estas mediciones publicadas con anterioridad y trazar cuidadosamente los datos isotópicos de carbono frente a los de de oxígeno, un proceso que según Knauth llevo tres años de trabajo, los investigadores comenzaron a formular un nuevo y diferente escenario para el surgimiento de la vida compleja. Más que un escenario en el que alternaban periodos de estabilidad y catástrofes, (como se suponía) comprendieron que primero se generó un manto verde compuesto con plantas primitivas. De la interacción de este manto verde primordial con las rocas surgieron los primeros suelos órgano-minerales capaces de secuestrar ingentes cantidades de carbono y liberar masivamente oxigeno que se disolvió en las aguas del mar, explica Knauth. «Los primeros animales comenzaron a respirar esta último elemento, expandiéndose por todos los océanos del nuevo mundo».

A key element to this scenario is not so much what the researchers saw in the data, but what was missing. When they plotted the data for various areas from which it was derived they kept noticing an area on the plots that contained little or no data. They dubbed it the «forbidden zone.» «If previous interpretations of carbon isotope data were correct, there would be no forbidden zone on these cross plots,» Knauth said. «The forbidden zone would be full of Neoproterozoic data.»

Un elemento clave de este escenario no es tanto lo que los investigadores vieron en los datos, sino de lo que no aparecía. Cuando los autores trazaron (dibujaron) los gráficos con los datos procedentes de las distintas regiones geográficas detectaron lagunas. En cuenta pensaron si aquellas ultimas daban cuenta de interpretaciones isotópicas incorrectas, ya que de ser adecuadas no debían aparecer las lagunas mentadas, dijo Knauth. «La zona prohibida (con lagunas) debía estar repleta de datos del Neoproterozoico.»

«These zones show that the isotopic fingerprints in limestone we see today started in the late Precambrian and must have involved the simultaneous influx of rain water that fell on vegetated areas, infiltrated into coastal ground waters and mixed with marine pore fluids. During sea level drops, these coastal mixing zones are dragged over vast geographic regions of the flooded continents of the Neoproterozoic,» Knauth said. «Vast areas of limestone can form in these mixed pore fluids.» All of which points to an environmental trigger of the Cambrian explosion of life.

«Estas zonas muestran que las huellas dactilares isotópicas de la piedra caliza que vemos comenzaron en el Precámbrico tardío, debiéndose haberse constituido por el influjo simultáneo del agua precipitada sobre áreas vegetadas, que a la postre terminaron por descender a los acuíferos costeros, mezclándose con las salobres en su matriz porosa. Durante las bajadas del nivel del mar, las áreas previamente mentadas se dispersaron a lo largo de amplias regiones geográficas de los continentes inundados (mojados) del Neoproterozoico, dijo Knauth. «Enormes extensiones de piedra caliza se formaron así en la matriz de poros aludida. Y como corolario dispararon la explosión cámbrica de la vida.

«Our work presents a simple, alternative view of the thousands of carbon isotope measurements that had been taken as evidence of geochemical catastrophes in the ocean,» Knauth explained. «It requires that there was an explosive greening of Earth’s land surfaces with pioneer vegetation several hundred million years prior to the evolution of vascular plants, but it explains how a massive increase in Earth’s oxygen could happen, which has been long postulated as necessary for animals to evolve big time.» «The isotopes are screaming that this happened in the Neoproterozoic,» he added.

«Nuestro trabajo presenta de forma sencilla un escenario alternativo y novedoso a la luz de las miles de mediciones de isótopos de carbono, y que con anterioridad fueron tomados como evidencias de catástrofes geoquímicas oceánicas, explicó Knauth. «Tal escenario requiere la presencia previa de un manto verde sobre la superficie emergida constituido por una vegetación pionera que realizó su trabajo durante cientos de millones de años con anterioridad al origen de las plantas vasculares, explinado s su vez como acaeció el masivo incremento de oxígeno considerado necesario para le evolución de los animales a lo largo del tiempo«. «Los isótopos están gritando que esto ocurrió en el Neoproterozoico», añadió.

Related Links

Arizona State University

Version en softpedia

Since our planet was first created some 4.5 billion years ago, numerous things had to fall in place for life to appear. And when it did, it apparently not only spread, but broke out with incredible power and energy. Of course, there were hitches along the road, some of them major (five clearly established extinction events), some smaller (prolonged eruptions, ice ages), and life almost didn’t make it at times, but evolution could not be stopped. Now, researchers have managed to identify the moment when it all started, as well as the main factor that allowed for life to blossom on our world.

Roughly 540 million years ago, researchers determined that life in its multicellular form simply broke over all barriers, and spread around the planet, setting the basis for the emergence of more complex species, such as fish, which eventually led to the appearance of land mammals, dinosaurs, and, finally, early humans. While scientists have known this for a while, the trigger behind this “outburst” was a matter of speculation until recently, when Geologist L. Paul Knauth of the Arizona State University came up with a possible answer.

According to the expert, primitive ground huggers, as in non-vascular plants, were the organisms responsible for allowing life to spread from one end of the Vendian supercontinent to the other. “An explosive and previously unrecognized greening of the Earth occurred toward the end of the Precambrian and was an important trigger for the Cambrian explosion of life,” the expert explains.

“During this period, Earth became extensively occupied by photosynthesizing organisms. The greening was a key element in transforming the Precambrian world – which featured low oxygen levels and simple, bacteria dominant life forms – into the kind of world we have today with abundant oxygen and higher forms of plant and animal life,” he adds.

(……)

 Estromatolitos: Fuente Westwood College

School of Earth and Space Exploration, Arizona State University, Tempe, Arizona 85287-1404, USA

Department of Earth Science, University of California, Riverside, Riverside, California 92557, USA