Primeros pasos de la vida fuera del agua

por para Ciencia Hoy el . Publicado en Número 154.

Cuándo y cómo las plantas colonizaron los continentes.

La aparición de plantas terrestres es uno de los hechos más significativos en la historia de nuestro planeta. No solo fue un hito fundamental en la evolución de la vida: marcó además el inicio de decisivos cambios ecológicos, pues favoreció la formación de suelos, modificó profundamente el ciclo del carbono y alteró la composición de la atmósfera, con la consecuente transformación irreversible del clima global. Estos cambios permitieron que la evolución produjera otros organismos más complejos, que irían ocupando todos los continentes.

Las primitivas plantas que se afincaron fuera del agua probablemente descendieron de un grupo de algas multicelulares verdes que habitaban aguas dulces y que habrían migrado a ambientes terrestres, en los cuales sobrevivieron y proliferaron. No se han encontrado restos fósiles de ellas ya que, sin tallo ni raíces o partes leñosas, habrían sido demasiado frágiles para soportar los procesos de fosilización. Podemos suponer, sin embargo, que habrían sido similares a las pequeñas y simples hepáticas actuales.

El camino que permitió adquirir conocimiento sobre estas primeras plantas es el estudio de restos de organismos microscópicos contenidos en las rocas, del que se ocupa la palinología, una disciplina que hizo grandes avances desde mediados del siglo XX. Entre esos restos están las esporas y los granos de polen (denominados genéricamente palinomorfos) producidos en grandes cantidades por todas las plantas terrestres como parte de su función reproductiva.

Esporas y granos de polen tienen una pared gruesa que, durante su dispersión por el viento o por corrientes de agua, los protege de la radiación ultravioleta y de la desecación. Cuando terminan incorporados a los sedimentos inorgánicos, esa pared soporta el proceso de fosilización, por el que pueden permanecer inalterados por millones de años.

Así, cuando las plantas migraron del medio acuático al terrestre, los palinomorfos fueron capaces de sobrevivir al cambio de las condiciones ambientales, y sus características les permitieron resultar preservados como fósiles en mayor número y en más tipos de rocas que las plantas que los habían producido.

Por ello, aunque no tengamos fósiles de las primeras plantas que colonizaron la Tierra, podemos reconstruir, mediante sus esporas, cómo fueron ocupando los continentes. Esas primeras plantas descendientes de algas verdes y establecidas en tierra firme se llaman embriofitas, y son los ancestros de todas las plantas terrestres pasadas y actuales. Las esporas de las primeras embriofitas se conocen por criptoesporas y constituyen la evidencia concreta de que disponemos sobre el inicio del proceso de colonización de los continentes por plantas, también llamado de terrestralización de las plantas.

Las criptoesporas más antiguas conocidas tienen una edad aproximada de 470Ma y los restos de plantas terrestres más antiguos alcanzan una edad de unos 425Ma, es decir, pertenecen al período ordovícico del Paleozoico. Por lo tanto, el estado actual del conocimiento nos lleva a inferir que en sus primeros 45Ma de existencia las plantas terrestres no tuvieron características que les hubiesen permitido llegar hasta nosotros como fósiles.

El hallazgo de fósiles de esporas mucho más antiguos que los fósiles de plantas, que además presentan algunas formas inusuales en esporas más modernas, hizo conjeturar a los científicos si podrían ser esporas de plantas terrestres que no conocíamos, tema aún abierto a discusión.

Algunas de las evidencias más importantes de que las criptoesporas muestran afinidad biológica o parentesco con las plantas terrestres que conocemos son las siguientes:

  • Las criptoesporas son similares a las esporas de las plantas terrestres conocidas tanto por su tamaño como por poseer una pared gruesa y resistente. Pero se diferencian de ellas por estar frecuentemente envueltas en una fina membrana y por aparecer tanto en forma individual como en unidades de dos y cuatro individuos (llamadas respectivamente mónadas, díadas y tétradas).
  • Como ocurre con las esporas y el polen de plantas actuales, las criptoesporas se encuentran principalmente en rocas sedimentarias de origen terrestre que corresponden a los ambientes donde vivieron las plantas que las generaron. Pueden hallarse en rocas sedimentarias de origen marino por haber sido transportadas hacia el mar y haberse depositado en zonas cercanas a la costa.
  • Algunas criptoesporas de más de 400Ma, como las tétradas envueltas en una membrana, son similares a las esporas de ciertas hepáticas actuales.
  • La composición química de la pared de las criptoesporas es similar a la de las esporas de plantas terrestres que conocemos.

Hepáticas actuales, pequeñas plantas herbáceas no vasculares que podrían guardar semejanza con las primeras plantas terrestres. Las escalas miden 2cm. Fotos Irene Garibotti, INIBIOMA, Universidad Nacional del Comahue-Conicet.

Plantas fósiles que datan de entre hace 425 y 390Ma. Se elevaban escasos centímetros del suelo. La escala marca 1cm. Foto Philippe Gerrienne, Universidad de Lieja.

Hasta hace unos años, las criptoesporas más antiguas que se conocían habían sido halladas en territorios actuales de la República Checa y del reino de Arabia Saudita respectivamente por Milada Vavrdová, del Instituto de Geología de la Academia Checa de Ciencias, y Paul K Strother, de Boston College. Se estimó su edad en unos 460Ma. Ambos territorios eran entonces parte del supercontinente Gondwana o de zonas terrestres a su alrededor llamadas perigondwánicas.

Hace unos diez años, la autora y su grupo de trabajo, en colaboración con investigadores belgas de la Universidad de Lieja, hallaron criptoesporas de unos 470Ma de antigüedad en el área del río Capillas, en la sierra de Zapla de la provincia de Jujuy y a unos 40km en línea recta hacia el este-noreste de la capital provincial, descubrimiento que desplazó en unos 10Ma el supuesto momento del comienzo de la terrestralización de las plantas y cambió la referencia geográfica.

Las criptoesporas a que se refiere el párrafo anterior provienen de rocas sedimentarias originadas en un ambiente marino cercano a la costa. Hemos hallado cinco variedades diferentes, mónadas y tétradas, algunas envueltas en una delgada membrana. Miden hasta unos 40 micrómetros, por lo que su reconocimiento y estudio deben hacerse con microscopio.

Junto con ellas se hallaron microfósiles de organismos marinos que formaron parte del plancton del antiguo mar. Sobre la edad de este existe extensa investigación, lo cual facilitó la datación indicada de las criptoesporas.

El hecho de que encontráramos cinco variedades de criptoesporas indica que estas tuvieron tiempo para que la evolución las diversificara, indicio de que probablemente las primeras plantas establecidas en tierra firme datan de antes, incluso tal vez de hace más de 500Ma.

En el proceso de terrestralización de las plantas, uno de los hitos más significativos es la evolución de un linaje de embriofitas que recibió el nombre de plantas vasculares o Tracheophyta (traqueofitas). Es el grupo de plantas más complejas del reino vegetal, las cuales se distinguen por tener un tejido conductor que lleva a todo su cuerpo el agua y los minerales que las alimentan. Dicho tejido, por ser rígido, contribuye a sostener las plantas y a permitir que alcancen mayores dimensiones y habiten en una más amplia variedad de ambientes.

Paisaje de la Cordillera Oriental en la localidad de Caspalá, Jujuy, donde se hallaron esporas. El camino está a unos 3000m sobre el nivel del mar.

Varios de los investigadores locales que participamos en el anterior descubrimiento realizamos algún tiempo después un nuevo hallazgo en la Cordillera Oriental de Jujuy, cerca de la localidad de Caspalá, unos 25km al este de Uquía.

En este caso, se encontraron esporas de tipo trilete 
–evidencia de que había plantas vasculares– en una roca sedimentaria de origen glacial, por lo cual se las puede relacionar con uno de los eventos climáticos más importantes de la historia de la Tierra: una glaciación que tuvo lugar hace unos 445Ma. El marcado enfriamiento que se produjo dio origen a una de las cinco mayores extinciones masivas de especies acaecidas en el planeta, que afectó a no menos del 60% de los invertebrados marinos. Este es el hallazgo de plantas vasculares más antiguo del continente americano y uno de los más antiguos del mundo.

En ese entonces la vida se encontraba casi exclusivamente circunscripta a los océanos, con la notable excepción de las primeras plantas terrestres, las cuales, notablemente, sobrevivieron a la glaciación y las consecuencias del drástico descenso de temperatura. Cuando los hielos se derritieron, en efecto, se produjo un ascenso del nivel del mar, que cubrió los ambientes terrestres costeros en los que se habían asentado y crecían las plantas. Por ello, las rocas terrestres de tiempos poco posteriores (en términos geológicos) a la glaciación contienen menor número y diversidad de esporas.

Los descubrimientos comentados en este artículo aportan información fundamental al conocimiento de los procesos de terrestralización de las plantas. Con motivo de ellos, en las últimas pocas décadas cambiaron nuestros conceptos y modelos sobre el origen y la radiación adaptativa de las plantas terrestres. Sin duda, hay mucho por investigar y descubrir. El noroeste de la Argentina seguramente esconde información que permitirá hacer nuevos avances en la búsqueda de ese conocimiento.

Lecturas Sugeridas

RUBINSTEIN CV et al., 2010, ‘Early Middle Ordovician evidence for land plants in Argentina (eastern Gondwana)’, New Phytologist, 188: 365-369, accesible en http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1469-8137.2010.03433.x/pdf.

RUBINSTEIN CV et al., 2016, ‘The palynological record across the Ordovician/Silurian boundary in the Cordillera Oriental, Central Andean Basin, northwestern Argentina’, Review of Palaeobotany and Palynology, 224: 14-25.

STROTHER PK et al., 1996, ‘New evidence for land plants from the lower Middle Ordovician of Saudi Arabia’, Geology, 24: 55-59.

VAVRDOVÁ M, 1990, ‘Early Ordovician acritarchs from the locality Myto near Rokycany (late Arenig, Czechoslovakia)’, Časopis pro mineralogii a geologii, 35, 3: 239-250.

Horacio Heras

Claudia V Rubinstein

Doctora en ciencias geológicas, UBA.
Investigadora principal del Conicet en el IANIGLA. crubinstein@mendoza-conicet.gob.ar