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5 - Febrero - 2021
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El último hallazgo de un equipo de científicos de Virginia Tech, la Academia China de Ciencias, la Universidad de Educación de Guizhou y la Universidad de Cincinnati ha revelado los restos de un microfósil que, muy parecido a un hongo, surgió al final de una edad de hielo hace unos 635 millones de años.Al menos 3 veces más antiguo que los primeros dinosaurios, se trata del fósil terrestre más antiguo jamás encontrado y parece albergar más de un secreto que los científicos ahora comienzan a desentrañar. Los resultados de la investigación se publican esta semana en la revista especializada Nature Communications bajo el titulo Cryptic terrestrial fungus-like fossils of the early Ediacaran Period. Cuando se piensa en un hongo lo más probable es hacerlo en términos culinarios o en relación a la capacidad de estos de medrar entre la materia orgánica en descomposición. Ahora, no obstante, la nueva investigación dirigida Shuhai Xiao, profesor de geociencias de la Facultad de Ciencias de Virginia Tech College, y Tian Gan, adjunto en su laboratorio, acaba de destacar uno de los papeles más importantes que pudieron haber desempeñado los hongos a lo largo de la historia de nuestro planeta: ayudar a la Tierra a recuperarse de una Edad de Hielo.

Shuhai Xiao dando el callo.

El fósil en cuestión fue encontrado en unas pequeñas cavidades dentro la sección más profunda de un yacimiento de rocas de dolomías sedimentarias bien estudiadas de la Formación Doushantuo, en el sur de China. Aunque la Formación Doushantuo ha proporcionado una plétora de fósiles hasta la fecha, los investigadores no esperaban encontrar ningún fósil en la base inferior de las dolomías, sin embargo, es aquí donde, contra todo pronóstico, Gan encontró unos pequeños fósiles de aspecto filamentoso, una de las características clave de los hongos. "Fue un descubrimiento accidental", explica Gan. "En ese momento, nos dimos cuenta de que este podría ser el fósil que los científicos han estado buscando durante mucho tiempo. Si nuestra interpretación es correcta, este descubrimiento resultará muy útil para comprender el cambio paleoclimático y la evolución temprana de la vida", añade.

Imagen microscópica de microfósiles filamentosos parecidos a hongos

El descubrimiento podría resultar clave para comprender múltiples puntos de inflexión a lo largo de la historia de la Tierra entre los que se encuentran el período Ediacárico y la terrestralización de los hongos. Cuando comenzó el período ediacárico, el cual se desarrolló entre hace 635 y 542 millones de años aproximadamente, nuestro planeta se encontraba recuperándose de una catastrófica edad de hielo, también conocida como la "Tierra bola de nieve". La Tierra bola de nieve es una hipótesis climática que sostiene que nuestro planeta se vio inmerso en una glaciación global en la que las temperaturas medias oscilaron sobre los -50ºC, lo que produjo que tantos los océanos como los continentes quedarán cubiertos por una gruesa capa de hielo. Se calcula que en ese momento, las superficies del océano estaban congeladas a una profundidad de más de un kilómetro; un ambiente increíblemente duro para prácticamente cualquier organismo vivo excepto para algunas formas de vida microscópica que lograron prosperar. Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo cómo la vida volvió a la normalidad y cómo la biosfera pudo evolucionar a partir de este momento para tornarse más compleja que nunca.

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Con este nuevo fósil en la mano, Tian y Xiao están seguros de que estos habitantes de las cavernas microscópicas y de bajo perfil desempeñaron numerosos papeles en el reacondicionamiento del medio ambiente terrestre del periodo Ediacárico. Una de las claves de esta afirmación se basa en en su formidable sistema digestivo. Los hongos tienen un sistema digestivo bastante singular que juega un papel enorme en el ciclo de los nutrientes. Así, mediante el uso de enzimas secretadas al medio ambiente, los hongos terrestres pueden descomponer químicamente las rocas y otra materia orgánica resistente que posteriormente puede reciclarse y exportarse al océano. "Los hongos tienen una relación mutualista con las raíces de las plantas, lo que les ayuda a movilizar minerales como el fósforo" comenta Gan. "Pero más allá de su conexión con las plantas terrestres y los importantes ciclos nutricionales, los hongos terrestres tienen una influencia determinante en la meteorización bioquímica, el ciclo biogeoquímico global y las interacciones ecológicas".

Aunque los hongos pudieron haber surgido entre hace unos 2400 y 900 millones de años, y pese a que la evidencia anterior indicaba que las plantas terrestres y los hongos formaron una relación simbiótica hace unos 400, este nuevo descubrimiento retrasa el momento en la línea temporal en que estos dos reinos colonizaron la tierra. "Antes la pregunta solía ser: "¿había hongos en el ámbito terrestre antes del surgimiento de las plantas terrestres?'", continua Xiao. "Nuestro estudio sugiere que sí. Este fósil parecido a un hongo es 240 millones de años más antiguo que el registro anterior. Este es, hasta ahora, el registro más antiguo de hongos terrestres", afirma.

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Xiao está encantado de abordar los aspectos ambientales de estos microorganismos. Hace sesenta años, pocos creían que los microorganismos, como las bacterias y los hongos, pudieran conservarse como fósiles. Ahora que el investigador los ha visto con sus propios ojos, planea aprender más sobre cómo han estado prácticamente congelados en el tiempo. Con este mero descubrimiento, han surgido nuevas preguntas, y dado que los filamentos fosilizados iban acompañados de otros fósiles, Gan se ha propuesto explorar sus relaciones pasadas. "Uno de mis objetivos es limitar las afinidades filogenéticas de estos otros tipos de fósiles asociados con los fósiles de hongos", afirma. "Siempre es importante comprender los organismos en el contexto ambiental", declara Xaio al respecto. "Tenemos una idea general de como estos microorganismos vivían en pequeñas cavidades de rocas dolomías.

Pero se sabe poco sobre cómo vivieron exactamente y cómo se conservaron. ¿Cómo pueden haber quedado conservados en el registro fósil unos organismos parecidos a los hongos que carecen de huesos o conchas?" Xiao se refiere a estos explícitamente como "organismos parecidos a los hongos" ya que no se puede afirmar con certeza que el fósil sea tal, y aunque hay una gran cantidad de evidencia que respalde que se trata de hongos, la investigación sobre estos extraños microfósiles sigue en curso, por lo que habrá que esperar a que esta termine para revelar con total seguridad su naturaleza fúngica. “Por el momento afirmamos que puede tratarse de hongos porque es la mejor interpretación de los datos que tenemos en este momento” concluye Xiao dejando la puerta abierta a toda posibilidad.

La formación de Doushantuo es un Lagerstätte descubierto en 1997 en la provincia de Guizhou, al sur de China, y está caracterizado por ser uno de los yacimientos de fósiles más antiguos y mejor preservados. El yacimiento contiene fósiles de lo que parecen ser grupos de células que pudieron ser parte de embriones de los animales más antiguos que se hayan conocido hasta ahora y que existieron dentro de un rango que va de los 635 a los 551 millones de años de antigüedad. Aún está en debate si realmente sean embriones o colonias de bacterias Thiomargarita. La formación es de especial interés pues puede aclarar dudas sobre la misteriosa fauna de la explosión de Avalon y establecer nexos con la fauna de la explosión cámbrica, cuyos descendientes si son reconocibles.

La Cueva Zhijin, una cueva kárstica también conocida como Cueva Daji, en el condado de Zhijin, ciudad de Bijie, provincia de Guizhou.

Guizhou es una provincia montañosa en el suroeste de China. Es famosa por sus tradicionales villas rurales donde habitan grupos minoritarios como los miao y los dong. También es famosa por la cascada Huangguoshu de 74 m de altura. Cerca se encuentra la cueva del Palacio del Dragón, un extenso sistema subterráneo con canales. Las vastas cavernas de la cueva Zhijin albergan formaciones de carsos. Fuera de Guiyang, la capital, se encuentra la fortaleza y la ciudad de Qingyan, que data del siglo XIV.

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Uno de los pasos más importantes en esa escalera que es la historia de la evolución biológica tuvo lugar hace aproximadamente 2.000 millones de años, con la aparición de los primeros seres eucariotas: organismos unicelulares que contienen un núcleo diferenciado. De este primer linaje eucariota surgirían posteriormente todos los organismos superiores que conocemos en la actualidad, incluidos los hongos, las plantas y los animales. Sin embargo los orígenes y mecanismos que dieron lugar a la vida compleja tal y como la conocemos hoy en día, siguen velados por datos aún desconocidos para los científicos. No obstante, hace algunos años, los microbiólogos analizaron las secuencias de ADN de unos sedimentos marinos que arrojaron nueva luz sobre la incógnita. Dichos sedimentos fueron recuperados de un respiradero hidrotermal conocido como el Castillo de Loki -bautizado así por el dios nórdico del fuego- en el Océano Ártico. La secuenciación de las moléculas de ADN allí halladas revelaron que estas derivaban de un grupo de microorganismos previamente desconocido. Y aunque las células de las que se originó el ADN no pudieron aislarse y caracterizarse directamente, los datos mostraron que estaban estrechamente relacionadas con las arqueas, por lo tanto, los investigadores nombraron al nuevo grupo Lokiarchaeota.

Las arqueas, junto a las bacterias, son los linajes más antiguos conocidos de organismos unicelulares. Sorprendentemente, los genomas de la Lokiarchaeota indicaron que podrían exhibir características estructurales y bioquímicas específicas de los organismos eucariotas. Esto sugirió que Lokiarchaeota podría estar relacionado con el último ancestro común de los eucariotas. De hecho, lo que el análisis filogenómico del ADN de Lokiarchaeota del Castillo de Loki sugería era una fuerte evidencia de que este nuevo grupo podía estar emparentado con uno de los descendientes de los últimos antepasados comunes de los organismos eucariotas y de las arqueas a su vez.

Las arqueas, a veces llamadas árqueas, son un gran grupo de microorganismos procariotas unicelulares que, al igual que las bacterias, no presentan núcleo ni orgánulos membranosos internos, pero son fundamentalmente diferentes a estas, de tal manera que conforman su propio dominio o reino.

Científicos alemanes descubrieron en 2012 que este ser vivo puede recorrer en un segundo 500 veces su tamaño, el guepardo solo lo hace 15 veces.

El profesor William Orsi, del Departamento de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente de la universidad Ludwin-Maximilian de Munich, en cooperación con científicos de la Universidad de Oldenburg y el Instituto Max Planck de Microbiología Marina, han podido examinar directamente la actividad y el metabolismo de la Lokiarchaeota. Y los resultados de sus experimentos, los cuales se recogen en el artículo titulado Metabolic activity analyses demonstrate that Lokiarchaeon exhibits homoacetogenesis in sulfidic marine sediments publicado en 2019 en la revista Nature Microbiology, apoyan la relación sugerida entre Lokiarchaeota y eucariotas, y proporcionan pistas sobre la naturaleza del entorno en el que evolucionaron los primeros eucariotas.

El escenario más probable para el surgimiento de eucariotas es que aparecieron resultado de una simbiosis en la que el huésped era una arquea y el simbionte era una bacteria. Según esta teoría, el simbionte bacteriano dio lugar posteriormente a las mitocondrias: los orgánulos intracelulares que son responsables de la producción de energía en las células eucariotas. Esto significa que los antepasados de los eucariotas surgieron, de facto, directamente de las arqueas y no formaron un dominio separado en el árbol de la vida. De hecho Christa Schleper, profesora de la universidad de Viena y una de las autoras de los primeros estudios realizados sobre Lokiarchaeota, declaraba en el momento de su hallazgo que: "es como si acabáramos de descubrir los primates, es decir, los parientes más próximos vivos de los seres humanos, que también nos dan ideas interesantes sobre la naturaleza del último antepasado común. Sin embargo, el antepasado común de Lokiarchaeota y Eucariotas data de mucho más atrás, aproximadamente 2.000 millones de años".

Una hipótesis para explicar este paso evolutivo propone que el huésped arquea dependía del hidrógeno para su metabolismo, que el precursor -bacteriano- de la mitocondria metabolizaba. Esta "hipótesis del hidrógeno" plantea que las dos células asociadas presumiblemente vivían en un ambiente anóxico que era rico en hidrógeno, y si se hubieran separado de la fuente de hidrógeno se habrían vuelto más dependientes entre sí para sobrevivir, lo que podría conducir a un evento endosimbiótico. "Si los Lokiarchaeota, como descendientes de este supuesto arqueón o célula primordial, también dependen del hidrógeno, esto respaldaría la hipótesis del hidrógeno", explicó Orsi. "Sin embargo, hasta ahora, la ecología de estas arqueas en su hábitat natural era una cuestión especulativa". Orsi y su equipo, ahora por primera vez, caracterizaron el metabolismo celular de Lokiarchaeota basándose en la información que se desprende de los núcleos de sedimentos obtenidos del fondo marino de una extensa región anóxica -sin oxígeno- en la costa de Namibia. Lo hicieron analizando el ARN presente en estas muestras. Las moléculas de ARN se copian del ADN genómico y sirven como planos para la síntesis de proteínas. Por lo tanto, sus secuencias reflejan patrones y niveles de actividad genética. Los análisis de las secuencia revelaron que Lokiarchaeota en estas muestras superaba a las bacterias entre 100 y 1000 veces. "Eso indica fuertemente que estos sedimentos son un hábitat favorable para ellos, promoviendo su actividad", comentó Orsi.

El colémbolo fantasma no suele superar los 5 milímetros de longitud y apenas se mueve. Sin embargo, prospera en todos los continentes del mundo y es una de las especies terrestres más antiguas de las que se tiene constancia. Ahora, además, sabemos que también es de las más resistentes. Un estudio científico publicado recientemente en la revista especializada Proceedings of the National Academy of Sciences y liderado por el biólogo Byron Adams, de la Universidad Brigham Young, quien estudia las alteraciones de los ecosistemas terrestres provocados por cambios en el clima, ha determinado que estos diminutos hexápodos han soportado hasta 30 glaciaciones desde el período cuaternario, sobreviviendo a cambios drásticos a lo largo de unos 5 millones de años.

Un equipo de científicos dirigidos por Adams investiga la historia y la distribución de estos artrópodos en el suelo de la Antártida Occidental para determinar cómo evolucionó la dinámica de la banquisa a lo largo del tiempo y cómo esas variaciones climáticas afectaron a los ecosistemas en el pasado. "La historia evolutiva de los organismos biológicos puede corroborar las conclusiones que los científicos inferimos de campos como la geología y la glaciología, explica Adams en un comunicado- Al hacerlo, podemos predecir mejor cómo la vida en la tierra podría responder a este tipo de cambios en la actualidad".

Para realizar el estudio los investigadores han pasado 20 años recolectando muestras de seis especies de diferentes microartrópodos en 91 localizaciones de la Antártida Occidental. Estas diminutas criaturas viven en el suelo y presentan una movilidad muy limitada. Además, solo pueden colonizar áreas libres de hielo, lo que permite a los científicos inferir los movimientos de las placas de hielo a lo largo de los períodos históricos. Así, durante las glaciaciones, el área de distribución se reduce, mientras que a medida que retroceden con el deshielo, sus poblaciones vuelven a dispersarse.

Los investigadores estudian estos artrópodos en el suelo de la Antártida Occidental para determinar cómo evolucionó la dinámica de la banquisa a lo largo del tiempo y cómo esas variaciones climáticas afectaron a los ecosistemas en el pasado.

Los colémbolos probablemente viajan largas distancias y colonizan nuevas áreas solo cuando se encuentran frente a aguas abiertas a lo largo del frente de las Montañas Transantárticas, explica Adams a National Geographic España. Esto es, cuando la capa de hielo de la Antártida Occidental se encuentra en retroceso. En estos casos estos organismos no encuentran obstáculo alguno para moverse en cualquier dirección, formando largas comunidades con muy pocas diferencias en su estructura genética. Sin embargo, el avance del hielo, aclara el científico, puede atrapar poblaciones que perviven durante largos períodos de tiempo completamente aisladas que empiezan a evolucionar de forma independiente. Estas son las poblaciones de colémbolos más interesantes, pues podrían determinar hasta qué punto estas criaturas han logrado adaptarse a los cambios drásticos provocados por las glaciaciones a lo largo de millones de años.

Las propiedades del suelo (el pH, la humedad, la presencia de sales, fósforo…) son determinantes para determinar qué tipo de organismos prospera en en distintos suelos. Las regiones de las montañas Transatlánticas en las que el hielo se funde periódicamente son más adecuadas para la vida que aquellas zonas en las que se han acumulado toxinas, sin que el agua líquida pueda eliminarlas, explica el científico. En este sentido, durante los períodos más cálidos producidos entre las numerosas glaciaciones es probable que la vida microbiana fuese más abundante y más diversa, mientras que a medida que las capas de hielo iban ganando terreno se producía un fenómeno inverso, detalla el científico.

Lo llamamos el "colémbolo fantasma" porque es blanco, como nuestras representaciones de os fantasmas. Pero también porque después de buscarlo arriba y abajo en las Montañas Transantárticas y no encontrarlo en ninguna parte, comenzamos a preguntarnos si realmente existían”, explica Adams.

Pero esa regla de tres, alerta Adams, no es extensible a todos los organismos, pues ‘parte de la microbiota que hoy encontramos en la Antártida es capaz de entrar en etapas inactivas, en una suerte de animación suspendida, durante largos períodos de tiempo, y ‘revivir’ cuando regresan las condiciones favorables. Ese es el caso de algunos de los colémbolos estudiados, que demostraron haber sobrevivido largos períodos de tiempo a la espera de una nueva etapa de deshielo.

Los científicos analizaron las muestras obtenidas y las cotejaron con los modelos climáticos de gelólogos y glaciólogos para comprobar si estos encajaban. “A través de aproximaciones moleculares demostramos que tanto el momento como los patrones de colonización y aislamiento de los colémbolos coincide con lo que los geólogos y glaciólogos nos dicen sobre el aumento y la disminución de la capa de hielo de la Antártida Occidental”, asegura el biólogo. Unas conclusiones que, argumenta, son realmente importantes, pues nos permiten conocer de antemano qué magnitud ecológica la desaparición de la banquisa de la Antártida Occidental, la cual se traduciría en un aumento de 3 metros en el nivel del mar. Si queremos predecir los cambios climáticos del futuro es fundamental que entendamos cómo se comportó esta capa de hielo en el pasado”, concluye el experto.

Un grupo de científicos de la Universidad Virginia Tech (Estados Unidos) descubrió a finales de2020 en China los microfósiles de algas verdes más antiguos conocidos hasta ahora, que datan de hace mil millones de años y podrían estar relacionados con el antepasado de las primeras plantas y árboles terrestres.

El estudio, liderado por el profesor Shuhai Xiao, de la Facultad de Ciencias de Virginia Tech, se publicó en la revista Nature Ecology & Evolution. Los microfósiles de estas algas, conocidas científicamente como Proterocladus antiquus, son apenas perceptibles por el ojo humano, ya que tienen dos milímetros de longitud y son aproximadamente del tamaño de una pulga común. El profesor Shuhai destacó la importancia del hallazgo al asegurar que se trata de los especímenes más longevos jamás encontrados, ya que el primer registro fósil de alga verde fue descubierto en rocas con aproximadamente 800 millones de años de antigüedad. Los fósiles estaban impresos en rocas de un área de tierra seca, donde anteriormente había un océano, cerca de la ciudad de Dalian, en la provincia de Liaoning (norte de China). Fue el estudiante de postdoctorado y colaborador de Shuhai, Qing Tang, quien descubrió los microfósiles de las algas marinas usando un microscopio electrónico y llamó la atención de su mentor. Para poder estudiar con detalle los fósiles, el equipo los bañó con aceite mineral para crear así un fuerte contraste que permitiese un mejor análisis.

Un fósil de algas verdes que data de hace mil millones de años.

Shuhai dijo que la hipótesis actual es que las plantas terrestres (árboles, pastos, cultivos alimenticios, arbustos...) evolucionaron a partir de algas verdes, que eran plantas acuáticas. A lo largo del tiempo y tras millones de años, salieron del agua y se adaptaron y prosperaron en la tierra seca, que se convirtió en su nuevo entorno natural. "Estos fósiles están relacionados con los antepasados de todas las plantas terrestres modernas que vemos hoy", afirmó y agregó que toda la biosfera "depende en gran medida de las plantas y las algas para la alimentación y el oxígeno, pero las plantas terrestres no evolucionaron hasta hace unos 450 millones de años". "Nuestro estudio muestra que las algas verdes evolucionaron hace mil millones de años, haciendo retroceder el récord de algas verdes en unos 200 millones de años", apuntó. Recordó, sin embargo, que no todos los científicos coinciden en el origen de las plantas verdes, ya que algunos consideran que este tipo de flora "se originó en ríos y lagos, luego conquistó el océano y más tarde la tierra". En su opinión, los nuevos fósiles "sugieren que las algas verdes fueron actores importantes en el océano mucho antes de que sus descendientes de plantas terrestres se mudaran y tomaran el control de la tierra seca".

Un microfósil es un fósil que sólo se puede estudiar con lupa o mediante un microscopio óptico o electrónico de barrido, cuyos tamaños oscilan entre algunos milímetros (mm) y algunas decenas de micras (µm). Los microfósiles pueden corresponder a organismos enteros, o microbiota o a fragmentos de las partes duras de organismos de mayor tamaño o macrobiota (por ej. dientes, otolitos, espinas). Los microfósiles de animales o de sus partes se conocen como microfauna (por ej. ostrácodos, molares de micromamíferos) aunque también se emplea este término para algunos microfósiles de protistas (por ej. foraminíferos). Los microfósiles vegetales, habitualmente provenientes de la fosilización del fitoplancton reciben el nombre de microflora.

La ciencia que se encarga del estudio de los microfósiles se denomina micropaleontología. Las técnicas de estudio de los microfósiles son diversas, dependiendo del grupo de que se trate y del sedimento o roca matriz (por ej. caliza) en el que se encuentren, pero las más habituales son, el estudio microscópico en lámina delgada con el que se obtienen cortes bidimensionales de los organismos fósiles, o el estudio de los microfosiles lavados y levigados cuando se trata de organismos conservados en sedimentos blandos (por ej. margas, lutitas). Algunos grupos de microfósiles (por ej. foraminíferos, ostrácodos, micromamíferos) tienen una gran importancia como fósiles índice y marcadores en bioestratigrafía, tanto de series sedimentarias marinas como continentales de diferentes épocas. Existe un tamaño de fósil inferior al microfósil, denominado nanofósil, que habitualmente se estudian mediante la técnica de frotis o bien con microscopio electrónico. El tamaño límite entre ambos se suele establecer en torno a los 50 µm, si bien en los estudios de alta resolución de detarminados grupos como los foraminíferos, se estudia la fracción >38 µm del levigado con técnicas "micro" y no "nano".

Dinoflagelado, cocolito, foraminífero y diatomea.

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