2.7: Eón precámbrico
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Historia geológica y evolución biológica
Las siguientes secciones de este capítulo son una revisión de los principales eventos geológicos, la evolución biológica y algunos conceptos importantes relacionados con la historia de la Tierra, comenzando con los eventos más antiguos y la aparición de formas de vida en el registro fósil y que conducen al Presente.
Eón precámbrico
Precámbrico es el nombre general para el período de tiempo geológico entre cuando la Tierra se formó en el Sistema Solar (en Tiempo Hadeano hace unos 4.56 mil millones de años) y el comienzo del Eón Fanerozoico (hace unos 540 millones de años). Las rocas más antiguas de la Tierra son la edad precámbrica. El Precámbrico se subdivide en tres Eones:
• Hadean Eon (antes hace unos 4 mil millones de años)
• Eón Archean (hace entre aproximadamente 4.0 y 2.5 mil millones de años)
• Eón proterozoico (hace entre unos 2.5 mil millones y 540 millones de años).
El Precámbrico abarcó toda la historia temprana de la Tierra y las rocas de esa época conservan evidencia de la evolución de las formas de vida a nivel microbiano. En biología, la teoría celular establece que una célula es la unidad estructural y funcional fundamental de la materia viva, y que el organismo un cuerpo multicelular compuesto por células autónomas siendo sus propiedades la suma de las de sus células. Los organismos multicelulares (animales y plantas) no aparecen en el registro fósil hasta finales del tiempo Precámbrico (Proterozoico Tardío).
El Eón Fanerozoico comenzó después del fin del Eón Proterozoico hace unos 540 millones de años, y marca el cambio cuando los restos fósiles de organismos multicelulares comenzaron a aparecer en gran abundancia en el registro fósil (discutido más adelante).
| Tiempo geológico | Aspectos destacados de la evolución biológica |  Figura 2.15. El pensamiento actual es que la Luna se formó a partir de los escombros creados por la colisión de un pequeño objeto del tamaño de un planeta con la Tierra ancestral (o Proto Tierra) temprano en la historia del Sistema Solar hace unos 4.5 mil millones de años. |
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Hace cerca de 4.56 mil millones de años | Formación de la Tierra y la Luna dentro de la nebulosa del Sistema Solar (Figura 2.15). (Esto se discute en detalle en el Capítulo 1). | |
| Hace cerca de 4 mil millones de años | Evidencia de la vida celular más temprana de la Tierra (procariotas). | ||
| Hace cerca de 3 mil millones de años | Evidencia de fotosíntesis y primeras células eucariotas capaces de respirar a base de oxígeno. | ||
| Hace alrededor de 3.0 a 1.8 mil millones de años | Deposición mundial de formaciones de hierro bandeado fundamentales para la conversión gradual de la atmósfera terrestre rica en dióxido de carbono (CO 2) a oxígeno (O 2) (discutido más adelante). Esta conversión tardó casi mil millones de años. Una vez que hubo suficiente oxígeno libre en la atmósfera, esto permitió el desarrollo de una capa de ozono para proteger a la Tierra de la mortal radiación ultravioleta solar (UV). Los rayos UV destruyen muchos compuestos orgánicos orgánicos. Sin una capa de ozono, los rayos UV solares intensos probablemente habrían matado la vida en las aguas poco profundas del océano. | ||
| Hace cerca de 1.8 mil millones de años | Reproducción sexual plenamente establecida en eucariotas. La reproducción sexual aumentó la tasa de mutación en las especies, lo que llevó a un aumento de la biodiversidad. | ||
| Hace cerca de mil millones de años | Evidencia más temprana de organismos multicelulares (metazoos). Los primeros organismos multicelulares fueron muy primitivos pero diversificados muy rápidamente a través del tiempo geológico. | ||
| P H A N E R O Z O I C E O N ⬇ ︎ |
Período Cámbrico Comienzo hace unos 540 millones de años |
El inicio del Período Cámbrico inició una radiación de especies conservadas en el registro fósil. Esto es, en parte, porque muchos organismos comenzaron a desarrollar el primer material esquelético duro como parte de planes corporales defensivos y funcionales. La diversidad de especies conservadas en sedimentos cámbricos se debe en parte a que los organismos de cuerpo blando no se conservaron en sedimentos de la edad precámbrica. Cambios significativos ocurrieron en el entorno físico global en el tiempo cámbrico. La formación de la capa de ozono creó hábitats hospitalarios y nuevos espacios para que los organismos se movieran hacia arriba y utilizaran ambientes marinos poco profundos y cálidos que siguieron a una gran transgresión en los continentes. Los organismos finalmente pudieron adaptarse a este nuevo ambiente al permitirles utilizar calcita (CaCo 3) para partes duras del cuerpo (conchas y exoesqueletos). Los organismos con partes del cuerpo calcáreo se conservaron selectiva o preferentemente en rocas cámbricas y sedimentarias más jóvenes. Por lo tanto, la preservación selectiva de las partes del cuerpo calcáreo ha facilitado la búsqueda de evidencias de formas de vida hoy conservadas como fósiles. Los sedimentos compuestos por los restos esqueléticos de organismos (con conchas y exoesqueletos ricos en CaCo 3) se llama cal, que se convierte en una roca a veces bastante fosilífera, la caliza. |
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Evidencia temprana de vida a escala global
Las formaciones de hierro bandeado (BIF) son depósitos minerales sedimentarios que consisten en lechos alternos de minerales ricos en hierro (en su mayoría hematites) y capas ricas en sílice (chert o cuarzo) que se formaron hace aproximadamente 3.0 a 1.8 mil millones de años (Figura 2.16). La teoría sugiere que los BIF están asociados con la captura de oxígeno libre liberado por procesos fotosintéticos por el hierro disuelto en las antiguas aguas oceánicas. Los antiguos océanos se enriquecieron en CO 2 (al igual que la atmósfera). El hierro se disuelve fácilmente en agua rica en CO 2 — este es un experimento fácil de ilustrar: ¡gota y clavo de hierro en una botella de refresco y se disolverá completamente en unos días! Los primeros océanos deben haber sido ricos en hierro (¡similar a la sal es hoy en día)! Una vez que se consumió casi todo el hierro libre disuelto en el antiguo agua de mar, el oxígeno podría acumularse gradualmente en la atmósfera. Una vez que había suficiente oxígeno libre en la atmósfera, se podría formar una capa de ozono.
Los depósitos BIF de edad precámbrica se conservan en muchos lugares del mundo, ocurriendo como depósitos masivos y generalizados, de cientos a miles de pies de espesor. Los BIF que vemos hoy en día son solo restos de lo que probablemente fueron depósitos cada vez más grandes y extensos. Durante la época precámbrica, los depósitos BIF probablemente cubrieron extensamente grandes partes de las antiguas cuencas oceánicas globales. Hoy en día, los BIF son la principal fuente del mineral de hierro del mundo y se encuentran conservados en todas las principales regiones de escudo continental.
Figura 2.16. Muestra de formación precámbrica de hierro bandeado (BIF) del condado de Fremont, Wyoming.
Teoría celular en la evolución
La Teoría Celular dicta que todos los seres vivos conocidos están constituidos por una o más células (la estructura fundamental y unidad viviente funcional en todos los seres vivos. Todas las células vivas surgen de células preexistentes por procesos que implican división celular.
Las células se dividen en dos clases principales: células procariotas y células eucariotas.
Las células procariotas incluyen (bacterias y organismos relacionados). Los procariotas carecen de un núcleo (o envoltura nuclear) y generalmente son genomas (material genético) más pequeños, estructuralmente más simples y menos complejos que las células eucariotas (Figura 2.17).
Figura 2.17. Estructuras celulares de procariotas y eucariotas
Las células eucariotas contienen orgánulos citoplásmicos o un citoesqueleto, y contienen un núcleo en el que el material genético se separa del citoplasma. Los eucariotas incluyen hongos, plantas, animales y algunos organismos unicelulares. Las células eucariotas son capaces de reproducción sexual (Figura 2.17).
Los fósiles procariotas más antiguos conocidos tienen alrededor de 3.5 mil millones de años.
Los fósiles eucariotas más antiguos conocidos tienen alrededor de 1.5 mil millones de años.
Los mismos procesos moleculares básicos están involucrados en la vida tanto de procariotas como de eucariotas, lo que sugiere que todas las células actuales son descendientes de un solo ancestro primordial.
La endosimbiosis es una teoría que sugiere que los orgánulos evolucionaron en células eucariotas y ocurrieron cuando un tipo de célula se incorporó a otro tipo de célula, creando una relación simbiótica en beneficio de ambas (como cloroplastos en plantas y mitocondrias en animales).
Los virus son estructuras orgánicas no vivas capaces de autorreplicación genética que no se clasifican como células y no son organismos unicelulares ni multicelulares; los virus carecen de un sistema metabólico y dependen de las células hospedadoras que infectan para reproducirse. Los virus probablemente han influido en la evolución a nivel celular en el tiempo precámbrico, así como impactan la evolución de las especies hoy en día
Un estromatolito es un montículo de sedimento calcáreo formado por capas de cianobacterias secretoras de cal (bacterias azul-verdes, algas y otras formas de vida eucariotas más primitivas) que atrapan sedimentos, creando capas acumulaciones (Figura 2.18). Los estromatolitos se encuentran en rocas precámbricas y representan algunos de los primeros fósiles conocidos. Los estromatolitos son conocidos de todos los períodos de tiempo geológicos y siguen ocurriendo hoy en día, con ejemplos excepcionales que se asemejan a formas de vida antiguas que aún se están formando hoy en día en lugares como Shark Bay, Australia (Figura 2.19).
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| Figura 2.18. Los estromatolitos, fósiles de esteras de algas cianobacterianas, ocurren en rocas que datan de la época precámbrica temprana, pero todavía se pueden encontrar viviendo en algunos ambientes acuáticos hoy en día. | Figura 2.19. Los estromatolitos de Shark Bay, Australia, son ejemplos vivos modernos de estromatolitos que se asemejan a fósiles del Eón Precámbrico. |
La vida en el tiempo precámbrico tardío (Eón Proterozoico Tardío)
Las evidencias de la primera reproducción sexual aparecen en el registro fósil hace cerca de 1.2 mil millones de años. Muchos organismos eucariotas, incluyendo protistas (formas unicelulares y coloniales), hongos y organismos multicelulares (incluyendo plantas y animales) se reproducen sexualmente.
Los metazoos son animales multicelulares que tienen células que se diferencian en tejidos y órganos y suelen tener una cavidad digestiva y sistema nervioso. Metazoos aparecieron en la Tierra en el tiempo Precámbrico Tardío (Eon Proterozoico Tardío) consistentes en células que con crecimiento se diferenciarían en tejidos u órganos únicos utilizados para fines especiales, como locomoción, alimentación, reproducción, respiración, tejidos capaces de sentir el medio ambiente, etc. Se han descubierto formas de vida del Precámbrico
tardío, pero los fósiles de este periodo son escasos y mal conservados porque no contenían partes duras (esqueletos, dientes, etc.). La impresión es que los sedimentos son fósiles de trazas dominantes (huellas, senderos, rastros de descanso y alimentación) y se han encontrado raras impresiones corporales.
Un grupo de antiguos organismos fósiles llamados la fauna ediacaran es una de las primeras ocurrencias conocidas de animales multicelulares es el registro fósil. Fueron nombrados por las Colinas Ediacaran de Australia del Sur donde fueron descubiertas por primera vez. Se han encontrado rastros de fauna ediacárica en todo el mundo en rocas sedimentarias de aproximadamente 635 a 541 millones de años (edad precámbrica muy tardía) y consistieron en organismos de cuerpos blandos en forma de fronda y tubo, en su mayoría formas de vida sésiles (significado sésil unido al fondo marino). Muchos de los fósiles de este período de tiempo comparten características similares de algunas familias o clases de organismos que aún se encuentran en la Tierra hoy en día (incluyendo gusanos segmentados, medusas, cordados y otros invertebrados).