Las carreras de armas evolutivas entre animales marinos revisaron los ecosistemas oceánicos en escalas similares a las extinciones masivas desencadenadas por desastres globales, muestra un nuevo estudio.
Científicos de la Universidad de Umeå en Suecia y el Museo de Historia Natural de Florida utilizaron bases de datos paleontológicas para construir un modelo informático de múltiples capas de la historia de la vida marina durante los últimos 500 millones de años. Su análisis del registro fósil se hizo eco de un estudio seminal de 1981 realizado porpaleontólogo J. John Sepkoski, con una diferencia clave.
El innovador trabajo estadístico de Sepkoski mostró cambios abruptos en la biodiversidad en todo el océano hace unos 490 y 250 millones de años, correspondientes a dos eventos de extinción masiva. Estos eventos dividieron la vida marina en lo que él llamó "tres grandes faunas evolutivas", cada una dominada porun conjunto único de animales.
Pero el nuevo modelo revela un cuarto.
La feroz lucha por la supervivencia que se libró entre los animales marinos depredadores y sus presas hace unos 250 a 66 millones de años puede haber sido una fuerza igualmente poderosa, transformando la diversidad del océano en lo que vemos hoy. Esta tercera gran transición fue mucho más gradual quesus predecesores e impulsados por organismos, en lugar de procesos externos.
"Lo que aprendimos es que no todos los cambios importantes en la vida animal se han relacionado con eventos de extinción masiva", dijo el autor principal del estudio, Alexis Rojas, quien obtuvo su doctorado en la Universidad de Florida. Rojas ahora es investigador postdoctoralen el Integrated Science Lab, un centro dedicado a la investigación interdisciplinaria en la Universidad de Umeå.
Muchos científicos han sostenido durante mucho tiempo la opinión de que factores externos como la actividad volcánica, los impactos de asteroides o los cambios en el clima son los principales impulsores de cambios importantes en la biosfera de la Tierra, dijo el coautor del estudio Michal Kowalewski, asesor de doctorado de Rojas y FloridaCátedra Thompson de Paleontología de Invertebrados del Museo.
"El registro fósil nos dice que algunas de las transiciones clave en la historia de la vida fueron cambios rápidos desencadenados por factores externos abruptos. Pero este estudio muestra que algunas de esas transiciones importantes fueron más graduales y pueden haber sido impulsadas por interacciones biológicas entreorganismos ", dijo.
Una de las razones por las que el trabajo de Sepkoski fue tan revolucionario fue que adoptó un enfoque matemático de un problema práctico: el registro fósil es demasiado grande y complejo para que una persona pueda discernir los patrones subyacentes de la vida con solo observar los especímenes.
"Cuando se examinan sus componentes individualmente o en pequeños grupos, la complejidad de su forma, función, interacción e historia a menudo parece abrumadora y casi infinita", escribió en la introducción de su estudio de 1981.
Organizar estos componentes en una jerarquía de sistemas, argumentó, presentaba una visión más completa. El modelo de Sepkoski dividió 500 millones de años de vida oceánica en tres grandes dinastías, cada una separada por una extinción masiva que abrió el camino para que nuevos grupos florecieran yDespués del reinado de los trilobites, los animales parecidos a las almejas conocidos como braquiópodos y ciertos corales antiguos y amonitas cobraron prominencia. Después del cataclísmico final de la extinción del Pérmico, a veces conocido como el "Gran Moribundo", fueron a su vez reemplazados por caracoles, almejas,crustáceos, corales modernos y varios tipos de peces óseos.
La hipótesis de Sepkoski cambió fundamentalmente la forma en que los científicos pensaban sobre la historia de la vida, dijo Kowalewski. Ofreció una forma organizada de comprender la historia de los ecosistemas marinos: la historia general y los giros de la trama.
Pero a medida que crece nuestro conocimiento del registro fósil, también crece el dilema de Sepkoski de cómo analizar información tan vasta y compleja, dijo Kowalewski.
"Con millones de especímenes fósiles ahora documentados, simplemente no hay una forma viable para que nuestro cerebro procese archivos tan masivos de datos paleontológicos", dijo. "Afortunadamente, los métodos analíticos continúan mejorando, brindándonos mejores formas de extraer y examinarinformación oculta dentro de estos datos inmensamente complejos ".
Rojas asumió este desafío utilizando los últimos avances en el modelado de datos. Específicamente, estaba interesado en usar herramientas de red complejas para crear una mejor representación del registro fósil. A diferencia de otros enfoques en paleobiología, las redes complejas usan una estructura enlazada de nodosrepresentar variables físicas y abstractas para descubrir patrones subyacentes en un sistema dado. Los enfoques de red se pueden aplicar a los fenómenos sociales, por ejemplo, mostrar los patrones de interacción de un usuario de Facebook con amigos en la plataforma, pero también se pueden aplicar a fenómenos naturales complejos.Al igual que Sepkoski, Rojas es un paleontólogo de formación clásica que busca una perspectiva nueva del registro fósil.
"Hay muchos procesos que ocurren al mismo tiempo en múltiples escalas: en su vecindario, su país y en todo el planeta. Ahora imagine los procesos que ocurren en un día, un año o 500 años. Lo que estamos haciendo es intentarpara comprender todas estas cosas a lo largo del tiempo ", dijo.
Una red simple puede consistir en una sola capa: todos los registros de la vida animal y dónde vivían. Pero la red de Rojas y sus colegas incorpora diferentes intervalos de tiempo como capas individuales, una característica que faltaba en investigaciones previas sobre macroevolución. El resultadoes lo que Rojas describió como un nuevo registro fósil abstraído, un complemento del registro fósil físico representado por los especímenes en las colecciones de museos.
"Es importante porque las preguntas que hacemos, los procesos que estamos estudiando, ocurren a diferentes escalas en el tiempo y el espacio", dijo Rojas. "Hemos retrocedido algunos pasos para poder ver el registro fósil completo.haciendo eso, podemos explorar todo tipo de preguntas ".
Piense en ello como navegar en Google Earth que representa los océanos durante los últimos 500 millones de años. ¿Cuándo y dónde iría?
"Nuestro mapa interactivo de la vida marina muestra grupos más pequeños de animales y sus interacciones dentro de cada fauna evolutiva", dijo Rojas. "En los niveles más básicos, este mapa muestra regiones oceánicas con animales particulares. Los componentes básicos de nuestro estudio son loslos propios animales. "
Esta compleja red muestra lo que el modelo de Sepkoski no pudo captar: una transición gradual en la vida oceánica coincidente con la Revolución Marina Mesozoica, que comenzó hace unos 150 millones de años durante la Era Mesozoica. Hipotetizada por primera vez en la década de 1970, esta revolución fue causada por laaumento rápido de depredadores marinos como peces óseos, crustáceos y caracoles, que han dominado los océanos desde entonces. Su proliferación hizo que las presas se volvieran más móviles, se escondieran debajo del fondo del océano o mejoraran sus defensas engrosando su armadura, desarrollando espinas o mejorando su capacidadpara regenerar partes del cuerpo.
Sepkoski conocía la Revolución Marina Mesozoica, pero su modelo, limitado por los métodos y datos disponibles en ese momento, no pudo delinear los ecosistemas oceánicos que preceden y siguen a esta transición gradual. El estudio de Rojas y sus colegas demuestra que tanto losy los procesos biológicos juegan un papel clave en la configuración de la vida oceánica en los niveles más altos.
"Estamos integrando las dos hipótesis: la Revolución Marina Mesozoica y las tres grandes faunas evolutivas en una sola historia", dijo Rojas. "En lugar de tres fases de la vida, el modelo muestra cuatro".
Joaquin Calatayud, Magnus Neuman y Martin Rosvall de la Universidad de Umeå también fueron coautores del estudio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Museo de Historia Natural de Florida . Original escrito por Natalie Van Hoose. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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