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updated 6:40 PM CET, Dec 14, 2017

Reveladas las vidas de extrañas criaturas de hace 500 millones de años

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vida en el periodo Ediacárico

Nueva investigación usando la ingeniería inversa rellena algunos detalles del periodo Ediacárico

Los paleontólogos están acostumbrados a trabajar con fósiles que parecerían extraños a muchos biólogos acostumbrados a las criaturas vivientes. Y a medida que avanzamos en la historia de la Tierra, los fósiles empiezan a parecer aún más extraños. Carecen de colas, patas, esqueletos, ojos... cualquier característica que nos ayude a entender dónde encajan estos organismos en el árbol de la vida. En estas circunstancias, la ciencia de la paleontología se vuelve mucho más difícil.

En ninguna parte esta cuestión es más evidente que en el período Ediacárico, que duró de 635 millones a 541 millones de años. Un peculiar conjunto de fósiles enteramente blandos de esta era se denominan colectivamente la biota de Ediacara. A pesar de casi 70 años de cuidadoso estudio, los paleontólogos aún no han identificado rasgos claves entre ellos que nos permitan entender cómo están relacionados estos organismos con los animales modernos. Las formas evidentes entre los organismos Ediacarianos son, en su mayor parte, verdaderamente únicas - y no estamos más cerca de entender su lugar en la historia evolutiva.

En lugar de buscar características que nos permitan calzar algunos de estos organismos en grupos de animales conocidos, los paleontólogos han adoptado un enfoque diferente. Se basa en una técnica llamada dinámica de fluidos computacional que les permite hacer ingeniería inversa de cómo vivían estos organismos en su entorno oceánico.

Misteriosos fósiles

El período Ediacárico marca un intervalo fundamental en la historia de la Tierra. En su inicio fue el último de los eventos llamados la "Tierra bola de nieve" - episodios que duraron millones de años, cuando toda la superficie de nuestro planeta estaba cubierta de hielo. Sigue el período geológico Cámbrico, que vio la primera aparición de muchos de los grupos animales que reconocemos hoy en día. Esto es lo que comúnmente se conoce como la explosión cámbrica.

Cuando en el Ediacárico se descubrieron grandes fósiles complejos, los investigadores naturalmente esperaban que muchos de ellos representaran a los primeros parientes de los mismos grupos de animales que habían sido reconocidos en el Cámbrico. Pero estos Ediacarianos parecen completamente distintos de los animales modernos.

Por ejemplo, los rangeomorfos eran una colección de organismos parecidos a hojas y matas con una arquitectura fractal única, construida a partir de una serie de elementos ramificados en "fronda", cada uno de unos pocos centímetros de longitud, cada uno de los cuales está compuesto por una fronda más pequeña y elementos idénticos.

Otro - el Tribrachidium - era un pequeño organismo hemisférico que poseía tres ramas elevadas que se encuentran en la parte superior del organismo y que curvaban hacia el margen en sentido contrario a las agujas del reloj.

Tribrachidium

Entonces, ¿cómo encajan los extraños como estos con lo que vino antes y lo que vino después? Simplemente no hemos sido capaces de colocarlos en ningún árbol evolutivo.

Con el fin de comprender mejor estos organismos, los paleontólogos se han visto obligados a adoptar un enfoque diferente. Han abandonado todas las suposiciones sobre con quien podrían estar relacionados, y en su lugar tratan de responder a preguntas más fundamentales. Por ejemplo, ¿Se movían? ¿Cómo se alimentan? ¿Cómo se reprodujeron? Al responder a estas preguntas, pueden comenzar a entender su biología y ecología, que a su vez puede proporcionar indicios de cómo están relacionados estos organismos con otras formas de vida multicelular. Así es como han empezado a realizar la ingeniería inversa de la biota de Ediacara.

Modelando la dinámica de fluidos para ingeniería inversa de fósiles

Una de las técnicas más importantes a nuestro alcance es la dinámica de fluidos computacional (CFD por sus siglas en inglés), un método para simular virtualmente flujos de fluidos alrededor de objetos usando computadoras.

La justificación para utilizar este enfoque radica en la observación de organismos en los océanos modernos. Sabemos que muchos animales (si no todos) que viven en ambientes marinos poco profundos han desarrollado adaptaciones que les permiten interactuar y manipular las corrientes, ya sea para reducir la resistencia y evitar que sean barridos (piensa lapas y mejillones), o para ayudarse en la alimentación (piensa en crinoideos, anémonas de mar y corales gorgonáceos). Así podemos aprender mucho sobre la biología y la ecología de un organismo estudiando la forma en que se comporta en los fluidos en movimiento.

Con especies modernas, los investigadores pueden estudiar flujos de fluidos alrededor de animales vivos. Pero para los organismos que han estado extinguidos por más de medio billón de años - como la biota de Ediacara - las simulaciones virtuales que utilizan CFD son el único enfoque.

Así es como lo hacen. Primero, obtienen un modelo 3D digital de un fósil y lo colocan en un tanque virtual con canales. Entonces, simulan el agua que fluye sobre y alrededor del fósil digital. Visualizar patrones de flujo y recirculación alrededor del organismo permite a los investigadores probar hipótesis sobre cómo se movió y alimentó el organismo. Con algo tan misterioso y oscuro como la biota de Ediacara, estas percepciones pueden acercarnos a entender lo que son.

Un trabajo reciente con el enigmático fósil Ediacarano Parvancorina es un ejemplo de este enfoque. Parvancorina es un organismo de apariencia simple, con forma de escudo, típicamente de 1-2 centímetros de longitud, con una serie de crestas en forma de ancla en su superficie superior. Aunque se ha interpretado en una variedad de maneras, la mayoría de los científicos han asumido que se fijó en el fondo marino - lo que se llaman sésiles. Nadie ha visto ningún miembro preservado de Parvancorina y nunca se ha encontrado en asociación con huellas o senderos fosilizados.

Parvancorina

Los investigadores decidieron probar esta idea construyendo modelos 3-D de las dos especies conocidas de Parvancorina y luego usando CFD para ver cómo sus estructuras superficiales únicas afectaron a los patrones de flujo de fluido en diferentes orientaciones. Sus resultados mostraron que los patrones de flujo de agua alrededor del modelo eran dramáticamente diferentes dependiendo de cómo se orientaba en la corriente.

Suponiendo que Parvancorina era un alimentador de suspensión, los resultados demuestran que habría sido bueno en la captura de alimentos en el agua del océano sólo cuando se orientó en una sola dirección específica. Esto es obviamente una mala noticia si eres un alimentador de suspensión sésil, al igual que algunos otros miembros de la biota Ediacara. Si confías en la corriente para llevar agua cargada de nutrientes y partículas de alimentos a tu boca o aparato de alimentación, quieres que eso suceda, no importa en qué dirección fluya la corriente. Si estás atascado en un lugar y cambia la situación actual, tienes un problema si sólo puedes recolectar comida cuando te viene desde una dirección. Cualquier otro estilo plausible de alimentación - por ejemplo, rastrillando - también implicaría que estas criaturas tenían un estilo de vida móvil.

Los científicos también utilizan estas simulaciones para calcular el arrastre en diferentes orientaciones. Aunque hablar de los extremos delantero y trasero en el Parvancorina es un poco problemático (porque ni siquiera podemos decir si tenía algo parecido a una cabeza y cola), por lo general piensan en el final del escudo como el frente. Han demostrado que el arrastre experimentado por Parvancorina era típicamente más bajo cuando se colocó frente a la corriente, en comparación con cuando se colocó de lado. Esto también es una mala noticia si eres un organismo sésil, porque te deja abierto a ser arrancado del sedimento durante fuertes corrientes.

La inferencia de estas dos observaciones es clara: Parvancorina estaba mejor adaptado a la vida como un organismo móvil, en lugar de sésil.

Nueva comprensión del estilo de vida Parvancorina

Esta conclusión puede sonar como una nota menor en la historia de la vida en la Tierra. Pero los científicos creen que tiene poderosas implicaciones de cómo vemos la biota de Ediacara como un todo.

En primer lugar, se sabe muy poco sobre el Parvancorina y cualquier información adicional es crucial. El conocimiento de que era móvil nos ayudará a determinar dónde se encuentra este fósil en el árbol de la vida.

En segundo lugar es importante la conclusión de que Parvancorina fue móvil, pero no dejó ningún rastro de su movimiento - significando que muchos otros fósiles de Ediacarianos que hemos asumido son sésiles en realidad también podrían haber sido móviles. Esto puede requerir que reimaginemos los ecosistemas Ediacarianos como mucho más dinámicos y, por extensión, mucho más complejos de lo que pensábamos anteriormente.

Mediante el uso de herramientas como la dinámica de fluidos computacional para la ingeniería inversa de la biota de Ediacara, nos estamos acercando a entender lo que representan y cómo vivieron y funcionaron las criaturas 15 millones de años antes de la explosión cámbrica cámbrica.

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