El origen del barro

Comenzó a aparecer hace unos 458 millones de años, cambiando para siempre la vida en el planeta

Hace años, el geólogo Neil Davies viajó a Bolivia para buscar entre montones de peces fosilizados. Quería saber más sobre la antigua costa por la que nadaron estos peces hace aproximadamente 460 millones de años, y tal vez aprender cómo murieron. Descubrió que los peces parecían haber sido asfixiados por la arena fangosa que los ríos arrastraban rápidamente al mar, tal vez durante una tormenta.

Montones similares de peces asfixiados aparecen en otras partes del mundo en rocas de edad similar. Esto fue antes de que las plantas colonizaran los continentes, por lo que las riberas de los ríos no tenían raíces ni tallos que pudieran atrapar sedimentos fangosos en la tierra.

Si se magnificara este efecto a nivel global, los impactos habrían sido sustanciales, no solo en la vida costera sino en el paisaje de todo el planeta. Antes de las plantas, los ríos habrían despojado a los continentes de limo y arcilla, componentes clave del barro, y enviado estos sedimentos al lecho marino. Esto habría dejado continentes llenos de roca estéril y mares con peces asfixiados.

Una vez que las plantas llegaron a la tierra, las cosas comenzaron a cambiar. El barro se adhería a la vegetación a lo largo de las orillas de los ríos y se quedó pegado en lugar de ir directamente al lecho marino.

Davies, ahora en la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, y sus colegas descubrieron que la expansión de las plantas terrestres entre hace aproximadamente 458 millones y 359 millones de años coincide con un aumento de más de diez veces en el barro en la tierra, y un cambio significativo en las formas en que fluían los ríos. La llegada de las primeras plantas y luego del barro "cambió fundamentalmente la forma en que opera el mundo", dice.

Imagen: El surgimiento de plantas en la tierra se corresponde con un surgimiento de barro en el registro geológico.

La vida desarrolló herramientas para hacer frente a la nueva fangosidad y las nuevas formas de los ríos, lo que resultó en una diversificación de la vida y los paisajes que persiste hasta el día de hoy. Las plantas son responsables de gran parte de este cambio, pero el barro también contribuyó al agregar cohesión a los continentes; a diferencia de la arena, el barro húmedo se pega.

Davies está trabajando ahora para averiguar si las primeras plantas aumentaron la creación de barro, atraparon más en su lugar o jugaron ambos roles. Es una historia que vale la pena aclarar, dice Woodward Fischer, geobiólogo del Instituto de Tecnología de California en Pasadena. "El barro es una de las cosas más comunes y abundantes que se te ocurran", dice. "El reconocimiento de que durante la mayor parte de la historia de la Tierra no fue así es un gran problema".

La investigación también podría ayudar a informar las modernas decisiones sobre proyectos de ingeniería fluvial como la construcción de presas, dice Fischer. Comprender las formas en que la vegetación manipula el flujo de los ríos y la acumulación de sedimentos podría ayudar a prevenir algunas de las fallas que han contribuido a las inundaciones a lo largo del río Mississippi y otras importantes vías fluviales en todo el mundo. "Cada poquito que podamos hacer mejor allí tiene un gran impacto", dice.

De barro y riberas

Cuando los geólogos hablan de barro, se refieren a diminutas partículas que se pegan cuando están mojadas. Esas partículas a menudo se han desprendido con el tiempo de rocas más grandes debido a las fuerzas del viento, la lluvia, el hielo y la nieve. Los hongos y los microbios también pueden descomponer las rocas y formar barro.

Antes de que las plantas llegaran a la tierra, estaba presente el barro; en su mayor parte, los ríos lo enviaban al lecho marino. Una vez que aparecieron las plantas, no solo mantuvieron los sedimentos en su lugar, sino que sus raíces también rompieron físicamente la roca y liberaron sustancias químicas que la desmoronaron aún más. De esta manera, las plantas aceleraron lo que los geólogos llaman la "fábrica continental de barro".

Desde la década de 1960, los geólogos han observado que los ríos que fluían antes de que las plantas llegaran a la tierra a menudo se ven diferentes en el registro geológico que los que se formaron una vez que reverdecieron los continentes. Los primeros ríos se parecían a los que caen a lo largo de la costa de grava de Alaska en la actualidad, dice Taylor Perron, científico de la tierra del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge, quien escribió sobre los factores que controlan la formación del paisaje en la Revisión anual de la Tierra y las ciencias planetarias de 2017.

Esos ríos de grava de Alaska tienen muchos canales que se entrelazan a través de los bancos de arena, desplomándose continuamente y formando más canales a medida que se desbordan periódicamente, como riachuelos en la orilla de una playa. Sin nada que ancle estas riberas en su lugar, colapsan continuamente para formar nuevos canales.

Pero la llegada de las plantas mantuvo a raya esa erosión, y el barro se sumó a la cohesión de las orillas del río, por lo que era menos probable que los ríos se desplomaran en estas trenzadas formas. En cambio, desarrollaron un solo canal que serpenteaba a través del paisaje en forma de serpenteante "S", como lo hacen hoy en día partes de los ríos Mississippi y Amazonas. En este sentido, la llegada de las plantas "es uno de los mejores experimentos naturales en paisajes que jamás haya sucedido en la Tierra", dice Perron.

Imagen: La vegetación a lo largo de las orillas de los ríos puede ayudar a estabilizar esas orillas y producir un solo canal que serpentea a través del paisaje en forma de "S", como lo hacen actualmente las secciones del río Amazonas, que se muestran aquí. El registro geológico sugiere que tales ríos serpenteantes se volvieron más comunes en la Tierra una vez que las plantas colonizaron la tierra.

La forma de un río puede parecer trivial, pero tiene efectos de gran alcance en la vida dentro y alrededor de él. Las curvas en un sinuoso canal, por ejemplo, pueden alterar la temperatura o la química del agua, haciéndola diferente de las secciones que corren en línea recta y creando nuevos microambientes a los que las plantas y los animales deben adaptarse, dice Davies.

Incluso las primeras plantas, que se parecían a los musgos, podrían haber comenzado a alterar la forma en que se acumulan los sedimentos en las riberas de los ríos, dice Kevin Boyce, paleontólogo de la Universidad de Stanford que coescribió sobre la evolución de las plantas en la Revisión anual de la Tierra y las ciencias planetarias de 2017. "Esas no eran grandes árboles", dice Boyce, "pero aun así habrían influido en los movimientos del agua" al disminuir su flujo.

A medida que las plantas evolucionaron hasta alcanzar el tamaño de un árbol hace unos 386 millones de años, adquirieron la capacidad de frenar el viento. Las partículas finas atrapadas en los vientos caían al suelo cuando las ráfagas morían en las ramas, dejando más sedimentos atrapados entre los troncos y tallos.

La vida en el barro

Esto planteó nuevos desafíos a los animales como los primeros milpiés y criaturas parecidas a gusanos. "El barro proporciona un medio totalmente diferente para que vivan las cosas", dice Anthony Shillito, geólogo de la Universidad de Oxford, Reino Unido.

Para atravesar el barro, un animal como un gusano crea grietas por las que arrastrarse contrayendo su cuerpo, extendiéndolo, exprimiendo el agua fuera del camino y moviéndose hacia adelante. Esto es mecánicamente diferente de viajar a través de la arena, lo que requiere que un animal excave material fuera del camino, dice Shillito. Así que los primeros gusanos e insectos terrestres habrían tenido que desarrollar partes del cuerpo equipadas para lidiar con movimientos más fangosos.

Y esos movimientos, a su vez, podrían haber ayudado a dar forma al barro mismo, dice Lidya Tarhan, paleobióloga de la Universidad de Yale. "El acto de cavar y excavar esas madrigueras y mantenerlas limpias puede mover los sedimentos y cambiar la distribución de los sedimentos y también afectar la química", dice ella. Por ejemplo, algunos invertebrados ingieren sedimentos para extraer nutrientes, y las reacciones químicas en sus intestinos pueden formar finas partículas que salen en forma de barro en sus heces.

Imagen: Aquí hay tres ejemplos de rastros dejados en el registro fósil por movimientos de animales. A menudo no es posible averiguar exactamente qué criatura dejó qué rastro, porque diferentes tipos de animales pueden producir rastros de aspecto similar. Pero estudiar los diferentes patrones puede ofrecer información sobre cómo pueden haber viajado los animales a través de paisajes antiguos. A medida que los primeros animales comenzaron a colonizar la tierra, algunos se abrieron paso a través de los sedimentos (A y C), mientras que otros se abrieron camino raspando (B).

Pero la influencia más fuerte que probablemente tuvieron los primeros animales excavadores en sus entornos fangosos, dice Tarhan, habría sido aflojar el barro y permitir que se dispersara en los ríos y en los paisajes. Con el aumento de los ríos de un solo curso, el barro habría tenido más oportunidades de extenderse a las llanuras aluviales. Tales llanuras no se desarrollan tan fácilmente a lo largo de los ríos trenzados, cuyas orillas se derrumban con facilidad cuando las aguas suben, dice Chris Paola, sedimentólogo de la Universidad de Minnesota en Minneapolis.

Los ríos modernos que la gente ha deforestado muestran cómo la ausencia de vegetación puede desestabilizar las riberas y hacer que pierdan cohesión. A lo largo del río Sacramento de California, por ejemplo, las áreas que los agricultores despejaron para cultivar son mucho más susceptibles a la erosión que las áreas que permanecen boscosas. Los conservacionistas han trabajado para estabilizar el río plantando más de un millón de plántulas a lo largo de sus orillas.

Vídeo: Este vídeo de un experimento de laboratorio muestra cómo el crecimiento de la vegetación a lo largo de los canales (en este caso, la alfalfa que crece dentro de un canal experimental) manipula la forma del flujo del canal. A medida que se propaga la alfalfa, el canal pasa de un patrón trenzado a un patrón de un solo curso con una definida llanura aluvial.

Comprender la interacción de las plantas y el barro en el flujo del río puede informar los esfuerzos para restaurar los ríos erosionados a un estado más estable. "Si no entiendes qué está impulsando al río a un estado u otro, es difícil hacerlo bien", dice Paola, coautora de un artículo sobre la restauración de los deltas de los ríos en la Revisión anual de ciencias marinas de 2011. Y dado que gran parte de la vida gira hoy en día en torno a los ríos, es importante hacerlo bien.

Pero esto siempre ha sido cierto. La vida siempre se ha congregado alrededor de los ríos, desde la primera aparición de plantas y animales en la tierra. Es por eso que las primeras acumulaciones de barro a lo largo de los ríos, y cómo influyó en su flujo, no es algo que pasar por alto.

"Una vez que lo sacas de la ecuación e imaginas el mundo sin tanto barro en la tierra", dice Davies, "entonces se convierte en un tipo de planeta muy diferente".

Imagen de cabecera: Antes de que las plantas colonizaran la tierra, muchos ríos cruzaban áridos paisajes y arrojaban grandes cantidades de sedimentos al mar, como lo hace hoy el río Copper en Alaska.