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I. ¿CÓMO SABEMOS QUE HA HABIDO EVOLUCIÓN BIOLÓGICA? Las especies del pasado y las actuales no son las mismas(3)

mayo 19, 2011 2 comentarios

LA ÉPOCA QUE MEJOR CONOCEMOS DE LA HISTORIA DE LA VIDA EN LA TIERRA

De los eventos que hemos estado analizando hasta ahora, que comprenden el periodo anterior a los 550 millones de años, tenemos un registro fósil muy incompleto. Esta época que ocupa alrededor de 3.000 millones de años, es realmente muy poco conocida. Las conclusiones sobre ella se basan generalmente en hechos indirectos. Por ejemplo, el incremento en la concentración de oxígeno lo inferimos por la presencia de estratos rocosos oxidados de hace 2.000 millones de años.

Todo ese largo periodo es conocido como Precámbrico. Cuando el Precámbrico terminó se inició el Fanerozoico, que es la época que mejor conocemos de la historia en la Tierra. El registro fósil de esta época es completo: tenemos huellas de organismos, registros de sus partes duras (huesos, conchas, etc.), moldes en roca y en algunos casos hasta huellas de sus partes blandas.

La época Fanerozoica está dividida en cuatro eras. La parte final del Precámbrico (periodo Ediacárico), la era Paleozoica que ocupa aproximadamente 300 millones de años. La Mesozoica, 150 millones de años, y la Cenozoica, 60 millones de años. A grandes rasgos la primera era se caracteriza por la aparición de organismos de cuerpo blando con forma de gusanos.

Podemos encontrar fósiles de animales de cuerpo blando, como medusas, gusanos y plumas de mar, en rocas de todo el mundo.

Durante el Paleozoico aparecen los primeros animales con esqueleto. Es en ese entonces cuando el paisaje de la Tierra está dominado por helechos arborescentes, cuando los peces óseos alcanzan su mayor diversificación y cuando aparecen los primeros anfibios y reptiles.

(Izquierda. El trilobites supuestamente fue el primer crustáceo, es decir, un ser con un organismo cubierto por una coraza. Esto permitió su conservación en las rocas, debido precisamente a la dureza de su cuerpo,a su vez excavaban en los sedimentos del fondo en busca de alimentos y ocultarse de los depredadores; derecha. Helecho del Carbonífero, período de la era Paleozoica.)

La Era Mesozoica se caracterizó por la dominación de los dinosaurios, apareciendo también los primeros mamíferos y las primeras aves. Hacia el final de esta era aparecen las primeras plantas con flores (hace aproximadamente 100 millones de años),

(Arriba, Quetzalcoaltus; abajo, Ammonites, Ambos del Cretáceotercer y último período de la Era Mesozoica.)

por último, en la era Cenozoica nos encontramos con la diversificación (hace entre 100.000 y 200.000 años), con la aparición del hombre.

En estos últimos 550 millones de años han sido, pues, en los que se ha originado la mayor parte de los animales que conocemos ahora. Pero si pudiéramos dar una vuelta en el tiempo encontraríamos que la Tierra tal y como la conocemos ahora es muy reciente. Los dinosaurios conocieron sólo las plantas más primitivas y cuando se originaron los anfibios no había ni una planta con flores como la que nos enseñan en la escuela. Esto refuerza la idea de que la historia de la vida en la Tierra, aun en este periodo, ha sido muy cambiante. Los organismos han estado sujetos a cambios ambientales que no sólo incluyen cambios en la temperatura y la humedad del ambiente, sino que también se refieren a cambios en su medio ambiente biótico (las especies animales y vegetales que los rodean) que incluyen competidores, depredadores y presas.

¡Y SE MUEVE!

El fenómeno llamado deriva continental, consiste en el movimiento, sumamente lento, que han tenido los continentes. Este movimiento ha generado la separación de las distintas masas de tierra hasta la localización que tienen en la actualidad. Las especies vegetales y animales deben parte de su situación actual precisamente a ese movimiento. De hecho, las primeras evidencias que sugirieron que los continentes se han movido provinieron de la distribución actual de algunas especies relacionadas. Por ejemplo, la fauna de la parte sur de América, África y Australia es muy parecida.

Figura 4. Antes de la formación del puente de Panamá hace aproximadamente 2 millones de años, las faunas de América del Norte y Sudamérica tenían orígenes diferentes, pero ocupaban lugares similares en la naturaleza. El camello que conocemos corresponde al que aparece en América del Norte. El de América del Sur ya se extinguió.

Este tipo de dinámica geológica muy probablemente no ha sido única durante la historia de la vida en la Tierra, pero en el periodo anterior a los 500 millones de años es muy difícil reconstruir los eventos. De cualquier manera podemos suponer que debe haber habido una dinámica continental muy activa en 3 300 millones de años.

[LA MEJOR EXPLICACIÓN GRÁFICA DE LA DERIVA CONTINENTAL QUE PUDE ENCONTRAR (Clic)]

¿QUÉ NOS DICE LA HISTORIA DE LA VIDA EN LA TIERRA?

De las modificaciones al medio ambiente físico podemos citar como particularmente importantes el cambio en la composición de la atmósfera por la actividad de los primeros organismos fotosintéticos, hace aproximadamente 2.000 millones de años; la modificación de la distribución de los continentes en los últimos 250 millones de años que afectaron la distribución de las especies y por último, la modificación local de los ambientes, como las elevaciones del Istmo de Panamá o las diferentes glaciaciones. Estas modificaciones han afectado también la distribución de la fauna y las flores actuales.

De entre las modificaciones a la organización y la estructura de los organismos se pueden mencionar todas las relacionadas con la integración de las funciones básicas de una célula: mantenimiento, crecimiento y reproducción. Otras, también muy importantes, incluyen el origen de los organelos de la célula eucarionte (mitocondrias, cloroplastos, etc.) como el resultado de la simbiosis de células individuales y el origen de los organismos multicelulares por la colaboración de células especializadas en diversas funciones.

Durante la historia de la vida en la Tierra ha habido cambios en la composición de la biota de nuestro planeta así como en la abundancia de cada una de las especies que la pueblan. La conclusión que podemos hacer es, entonces, que deben de haber existido eventos en el pasado que transformaron unas especies en otras. Que la historia de la vida en la Tierra es en sí un proceso de transformación de especies. A ese proceso se le llama evolución y el registro fósil, en su dinámica, nos muestra la evidencia de que este fenómeno ha existido.

Daniel Piñero, De las bacterias al hombre: La evolución, Fondo de Cultura Económica,  1996.

Imágenes:

http://steff28.blogspot.com/2008_11_01_archive.html

http://biojmlorca.blogia.com/2011/010910-trilobites.php

http://es.wikipedia.org/wiki/Era_Paleozoica

http://es.wikipedia.org/wiki/Cret%C3%A1cico

De las bacterias al hombre: (1), (2), (4), (5)

Bacterias de monóxido de carbono y la antigua atmósfera terrestre.

mayo 12, 2011 11 comentarios

Mediante el estudio de la vida en las aguas termales de un cráter volcánico en Siberia, un grupo de científicos descubrió una bacteria que produce y consume monóxido de carbono. El hallazgo puede proveer una nueva visión de la evolución de la atmósfera primitiva de la Tierra.

( Albert Colman, profesor asistente en ciencias geofísicas en la Universidad de Chicago)

Esta exótica bacteria que no depende del oxígeno, puede haber jugado un papel importante en la determinación de la composición de la atmósfera primitiva de la Tierra, de acuerdo a la teoría que el investigador de la Universidad de Chicago, Albert Colman, está investigando en las aguas termales de un cráter volcánico en Siberia.

Descubrió que tal bacteria consume y produce monóxido de carbono, un giro sorprendente que los científicos deben tener en cuenta en su intento por reconstruir la evolución de la atmósfera primitiva de la Tierra.

Colman, un viejo profesor en ciencias geológicas, se unió al grupo Americano-Ruso en 2005 trabajando en la caldera volcánica Uzon al este de la Península de Kamchatka para estudiar la microbiología y geoquímica de las aguas termales de la región. Colman y sus colegas se enfocaron en carboxidótrofos anaeróbicos –microbios con una fisiología tan exótica como su nombre. Estas usan monóxido de carbón mayoritariamente como energía, pero también como fuente de carbono para la producción de nuevo material celular.

Esta fisiología a base de monóxido de carbono resulta de la producción microbiana de hidrógeno, componente de ciertos combustibles alternativos. El equipo de investigación también trató de probar aplicaciones biotecnológicas para limpiar de monóxido de carbono ciertos gases residuales industriales y para la producción de biohidrógeno.

“Nos enfocamos en los campos geotérmicos”, dijo Colman, “creyendo que tales ambientes podrían resultar el hábitat principal para los carboxidótrofos  debido a la ventilación químicamente reducida, o en otras palabras, libre de oxígeno y los gases volcánicos en los manantiales ricos en metano, hidrógeno y dióxido de carbono.

El equipo descubrió una amplia gama de carboxidótrofos. Paradójicamente, Colman encontró que la mayor parte del monóxido de carbono en la zona de Kamchatka no estaba burbujeando con los gases volcánicos; al contrario “se estaba produciendo una comunidad microbiana en dichos manantiales,” dijo. Su equipo empezó a considerar las implicaciones de una poderosa fuente de microbios de monóxido de carbono, tanto en los manantiales locales como en la Tierra primitiva.

La gran oxidación

Los expertos creen que la atmósfera primitiva de la Tierra difícilmente contenía apenas algo de oxígeno, pero sí cantidades relativamente grandes de dióxido de carbono y posiblemente metano. Luego, durante el período llamado “La gran oxidación” hace alrededor de 2,3 a 2,5 mil millones de años atrás, los niveles de oxígeno en la atmósfera aumentaron de pequeñas, ridículas cantidades a concentraciones moderadamente bajas.

“Esta importante transición permitió una amplia diversificación y proliferación de estrategias metabólicas y liberó el camino para una posterior subida de oxígeno a niveles que fueran lo suficientemente altos para sostener vida animal”, agregó Colman.

El procesamiento de monóxido de carbono por la comunidad microbiana puede haber influenciado en la química atmosférica y el clima durante el Arcaico, un intervalo histórico de la Tierra que precede a la Gran Oxidación.

Anterior simulaciones computarizadas se basan en una biósfera primitiva como el único medio para eliminar el monóxido de carbono cercano a la superficie cuando los rayos ultravioletas del Sol dividieron las moléculas de dióxido de carbono. Este disipador teórico en la biósfera habría impedido una acumulación considerable de monóxido de carbono en la atmósfera.

“Pero nuestro trabajo muestra que no puedes considerar comunidades microbianas en un solo sentido, como un disipador de monóxido de carbono. Estas comunidades tanto producen como consumen monóxido de carbono, es un círculo dinámico”, comentó el científico.

Los cálculos de Colman sugieren que el monóxido de carbón puede haber alcanzado concentraciones que se aproximan a 1% en la atmósfera, decenas de miles de veces mayor que las concentraciones actuales. Esto, a su vez, ha ejercido influencia en la concentración de metano en la atmósfera, un poderoso gas relacionado con el efecto invernadero, con consecuencias en las temperaturas globales.

Concentraciones tóxicas

Además, concentraciones tan altas de monóxido de carbono han sido tóxicas para muchos microorganismos, poniendo una presión evolutiva en la primitiva biósfera.

“Una fracción mucho mayor de estas comunidades microbianas han estado expuestas a altas concentraciones de monóxido de carbono y han tenido que desarrollar estrategias para hacer frente a las altas concentraciones debido a su toxicidad”, continuó.

Colman y estudiantes graduados de la Universidad  de Chicago, han llevado a cabo trabajo de campo, tanto en Uzon como en Lassen, Parque Nacional Volcánico de California. Recientemente Colman viajó a Kamchatka para realizar trabajos de campo adicionales en 2007 y 2010.

“Este fantástico campo tiene una gran variedad de aguas termales”, dijo. “Diferentes colores, temperaturas, químicas, diversos tipos de microorganismos viviendo en ellos. Es muy parecido a Yellowstone en algunos aspectos”. Los manantiales de Lassen tienen un rango más estrecho de químicos ácidos, aún así, la producción microbiana de monóxido de carbono parece ser de amplia configuración.

Frank Robb, colaborador de la Universidad de Maryland, Baltimore, felicita a Colman por su “entusiasmo ilimitado” y por su “meticulosa preparación”, cualidades completamente necesarias para garantizar la seguridad del transporte de los delicados instrumentos al campo.

“Algunas de estas formas de vida microbianas en el complejo hidrotermal de la caldera pueden sobrevivir en entornos más extremos que los que los científicos han observado  en la superficie”, dice Colman. “Una cosa que no sabemos  muy bien es la medida en que las comunidades microbianas de debajo de la superficie influye en lo que vemos en la superficie”. “Sabemos, por el cultivo de las aguas profundas de ventilación de microbios, que pueden vivir a temperaturas que exceden las temperaturas que observamos en la superficie,  y algunos a su vez metabolizan monóxido de carbono”.

La Fundación Nacional de Ciencia y la Administración Nacional Aeronáutica y Espacial del Instituto de Astrobiología financiaron la investigación de Colman en Kamchatka. El trabajo ofrece herramientas para la astrobiología, el estudio de las posibilidades de vida en otros mundos, mostrando cómo los organismos pueden prosperar en ambientes extremos fuera de la Tierra, incluyendo el subsuelo de Marte, Júpiter, Europa, la luna, o incluso planetas que orbitan otras estrellas.

Original article: http://www.astrobio.net/pressrelease/3934/carbon-monoxide-bacteria-and-earths-ancient-atmosphere