Hace unos 30 años, un libro de divulgación rescató del olvido uno de los yacimientos fósiles más importantes del mundo y esbozó una de las grandes preguntas acerca de la teoría de la evolución: ¿tiene límites la evolución? Ese libro fue «Una Vida Maravillosa», de Stephen Jay Gould. Este libro se inspiró en los fósiles del yacimiento Burgess Shale, fósiles preservados extraordinariamente de 508 millones de años procedentes de las Montañas Rocosas de Canadá, una de las mejores ventanas que tenemos al Cámbrico. Esos fósiles habían sido descubiertos a principios del siglo XX por el paleontólogo Charles D. Walcott quien, junto a la fotógrafa e ilustradora Mary Vaux, recolectaron una cantidad impresionante de material. Sin embargo, la Segunda Guerra Mundial paró su investigación, cayendo en el olvido durante casi 30 años hasta que en los años 70, la Geological Survey of Canada y un grupo de paleontólogos de Cambridge, entre ellos el (en ese entonces) doctorando Simon Conway Morris, decidieron reanudar su búsqueda y estudio.
Los primeros experimentos de la evolución animal
Gould, conservador de la sección de paleontología de invertebrados de la Universidad de Harvard, escuchó sobre los nuevos descubrimientos de Burgess Shale con gran interés. Un reciente redescubrimiento, los fósiles de Ediacara, había establecido el origen de los animales en 600 millones de años. Los fósiles de Ediacara muestran formas simples: frondas pedunculadas, organismos aplanados circulares (…) y, según algunos científicos, las primeras esponjas y medusas. Cien millones de años más tarde, en el Cámbrico, la diversidad animal se encuentra desatada: moluscos, los primeros peces, artrópodos, etc. En muy poco tiempo (en términos evolutivos), pues, no solo nos encontramos con una infinidad de novedades evolutivas (ojos, garras, sistemas filtradores, etc.) sino también con los ancestros de los grandes grupos de animales actuales: una “explosión del Cámbrico”.
Pero junto con esa gran diversidad también se encontraron algunos animales que no encajaban en los grupos que conocemos. Hallucigenia, un animal con tentáculos en la espalda y espinas por patas. Opabinia, un ser multisegmentado de cinco ojos y trompa. Wiwaxia, un animal acorazado con placas. Dinomischus, un animal con forma de copa. Nectocaris, un animal parecido a un pez con tentáculos. Y cómo no, la joya de la corona: Anomalocaris, un animal que podía llegar a los 40 cm (grande para la época), con pinzas y una boca de placas semicirculares. Estas “rarezas maravillosas” fueron las que inspiraron Gould en sus ideas evolutivas de «Una Vida Maravillosa».
Actualmente existen múltiples hipótesis del porqué de la “explosión del Cámbrico”, pero Gould desarrolló la suya propia. ¿Por qué no existen moluscos voladores? ¿Por qué la inteligencia compleja es escasa en el mundo animal? Existen una infinidad de maneras de sobrevivir y, por lo tanto, una infinidad de caminos que la evolución podría haber tomado. Entonces, ¿por qué solo existen un número limitado de morfologías animales? Por ejemplo, los animales se dividen únicamente en 38-39 grandes grupos (filos), de los cuales solo 8 contienen la mayoría de las especies, un número bastante acotado. Gould tenía una explicación para eso: restricciones y contingencia.
Según Gould, la evolución sufre restricciones. Es decir, cuando la evolución ha tomado un camino, es muy difícil desviarse. Por ejemplo, es muy improbable que los anélidos desarrollen un esqueleto interior. Hace milenios que el filo de los anélidos estableció sus características principales, por lo que generar un esqueleto interior involucraría una reestructuración completa de sus órganos, sistemas, comportamiento, etc. En el Cámbrico, sin embargo, la evolución animal aún era joven, sin restricciones, lo que resultó en la aparición de tanto los filos actuales como de aquellos filos representados por esas “rarezas maravillosas”. El hecho de que desde el Cámbrico no hayan aparecido filos nuevos era prueba de eso. ¿Por qué el mundo actual no está lleno de Hallucigenia gigantes o Wiwaxia terrestres? Gould no creía que Anomalocaris, un depredador con la mejor capacidad visual de su tiempo, hubiese tenido menos éxito evolutivo que Pikaia, un animal sin defensas ni ningún atributo particular que sobrevivió y dio lugar, teóricamente, a todos los vertebrados. Quizás, todo se debiera a lo que él llamó contingencia, una serie de pequeños eventos independientes que llevaron a esos filos a la extinción. Los trilobites, por ejemplo, fueron extremadamente abundantes desde el Cámbrico al Silúrico, pero fueron perdiendo diversidad gradualmente por múltiples motivos (competición, cambios en el nivel del mar, etc.) hasta que la extinción masiva del Pérmico acabó con ellos. Si volviéramos a empezar la evolución animal desde el principio, la evolución habría establecido restricciones diferentes1, y la contingencia habría permitido otras formas de supervivencia, resultando en un panorama completamente diferente. Un mundo sin nada parecido a anélidos, trilobites o humanos.
Estos conceptos (restricción y contingencia) aparecieron en «Una Vida Maravillosa», libro que saltó a la fama científica y popular, no sin generar sus controversias. Simon Conway Morris se mostró totalmente contrario a estas ideas, enzarzándose en un debate en el que ambos científicos se lanzaron mutuamente alguna que otra sutileza2. Según Conway Morris, las criaturas del Burgess Shale no eran rarezas resultado de una evolución sin restricciones, sino los ancestros de los grandes grupos de animales que aún perduran hoy en día. Por ejemplo, estudios en la composición de las placas de Wiwaxia demostraban sus similitudes con los anélidos y la estructura de las garras de Anomalocaris con los artrópodos. Conway Morris, además, creía que era la selección natural quien determinaba qué caminos tomaba la evolución, no las restricciones. Así lo demostraban multitudes de casos de convergencia evolutiva3, donde la selección natural había dado lugar a formas parecidas en grupos muy diferentes (formas fusiformes en delfines y peces, ojos cámara en nautilos y vertebrados, etc.). Solo un número limitado de formas son favorecidas por la evolución natural. Si volviéramos a empezar la evolución animal desde el principio, nos encontraríamos con formas muy parecidas a las actuales.
Treinta años después
¿Qué ha pasado en estos últimos 30 años? Actualmente, se estudian múltiples yacimientos con fósiles extraordinariamente preservados del Cámbrico: Chengjiang (China), Qingjiang (recientemente descubierto)4, Utah (Estados Unidos) y, cómo no, Burgess Shale (Canadá). Además de estos, los últimos 30 años han visto el descubrimiento de Sirius Passet (Groenlandia) y los fósiles de Orsten, fósiles de especies planctónicas no mayores de un milímetro que preservan un nivel de detalle nunca visto. A mayor cantidad de fósiles, más especies y mayor número de detalles que nos permiten encajarlos en los grupos animales actuales. Aquí es donde Conway Morris parece que ha ganado la partida. Hallucigenia, por ejemplo, ya no es tan alucinógena. Conway Morris descubrió pequeñas garras en los tentáculos dorsales de Hallucigenia, dándose cuenta que había cometido un error en su primera reconstrucción: lo había reconstruido patas arriba. El fósil fue girado (literalmente). Junto con el descubrimiento de otras especies parecidas, está claro que Hallucigenia es un ancestro cercano a los actuales onicóforos, un grupo de animales emparentados con los artrópodos. Esta reinterpretación de los animales del Cámbrico ha continuado desde entonces y muchas “rarezas maravillosas” han encontrado su filo correspondiente.
Esto podría indicar que los misterios del Cámbrico ya han sido resueltos, pero esto dista de ser verdad. Aún existen especies que desconocemos su grupo animal: Siphusaunctum, Banffia (y otros vetulicólidos), Priscansermarinus, Pollingeria, etc. La idea de que se trate de grupos completamente diferentes a los actuales y que el Cámbrico tuviera algún que otro grupo que acabó extinto no parece, pues, descabellada (al menos para ese autor, ya que otros paleontólogos sí la consideran descabellada). El Cámbrico también nos muestra los primeros pasos de los grupos animales actuales. En el caso de los artrópodos, encontramos no solo sus ancestros (Anomalocaris, Opabinia), sino también los primeros quelicerados5 (Mollisonia), los ancestros de los crustáceos (Tokummia) y una serie de rarezas (Marrella).
El descubrimiento de los genes homeóticos, dentro de los cuales se encuentran los genes Hox, abrió las puertas al estudio de la generación de los patrones corporales de los animales (en este artículo explicamos qué son estos genes). Los genes Hox se expresan durante el desarrollo embrionario de los animales y determinan la identidad de los segmentos o partes corporales de éstos, incluyendo su eje antero-posterior. Una vez estos genes se establecieron en el reino animal (según los últimos estudios, los genes Hox surgieron prácticamente a la par que los animales), podría ser difícil modificar la expresión de uno de ellos sin condicionar la expresión de otros. Sin embargo, a medida que tenemos más conocimiento sobre los mecanismos que regulan estos genes, nos damos cuenta que esta regulación no es un proceso tan simple como se imaginaba. Por ejemplo, la existencia de orugas, estadios de desarrollo de artrópodos como las mariposas y que carecen de patas articuladas (una morfología que se desarrolló al principio de la evolución de su filo), sugiere que la evolución puede modelar morfologías sin excesivos problemas.
Entonces, ¿por qué no han surgido más filos desde el Cámbrico? ¿Y por qué los animales no presentan todas las formas que teóricamente podrían tener? Es posible que una vez un animal alcanza una morfología medianamente exitosa en un ambiente que no cambia, cualquier mutación o novedad evolutiva sea desfavorecida. Grupos de animales como los cangrejos cacerolas o los celacantos apenas han cambiado en millones de años, y no han explorado nuevos caminos evolutivos. Sus morfologías eran exitosas en su ambiente entonces y lo son en su ambiente ahora. Así, como apuntaba Conway Morris, al final, la evolución solo lleva a unos pocos caminos porque solo unos pocos son evolutivamente exitosos. Sin embargo, en la mayoría de casos, los ambientes cambian continuamente, proporcionando nuevos desafíos evolutivos y llevando a resultados inesperados. La explosión en diversidad de formas de mamíferos después de la extinción de los dinosaurios es un buen ejemplo. La aparición de nuevas formas animales podría ser, pues, solo cuestión de tiempo. Ambos autores, Gould y Conway Morris, puede que tengan parte de razón.
¿Y qué está pasando en el Burgess Shale? En las últimas décadas el yacimiento se ha extendido más allá de la zona que descubrió Walcott, y existen múltiples localidades con tipos de fauna diferentes. Cada año se publican múltiples especies nuevas del Burgess Shale que nos aportan más luz al rompecabezas de los principios de la evolución de los grandes grupos animales. En 2018, por ejemplo, los paleontólogos descubrieron un pariente de Anomalocaris de medio metro, aún sin publicar; es el mayor fósil completo nunca encontrado en esa localidad. El yacimiento que inspiró Una Vida Maravillosa aún nos ofrece nuevas sorpresas.
Notas:
1 En la versión original: «Replay the tape a million times… and I doubt that anything like Homo sapiens would ever evolve again».
2 El libro «The Crucible of Creation», de Simon Conway Morris, se publicó años después de «Una Vida Maravillosa», explicando su versión de las criaturas del Cámbrico. El debate entre los dos autores se puede encontrar en el artículo «Showdown on the Burgess Shale» de 1988.
3 Simon Conway Morris lleva actualmente un catálogo de todas las formas de convergencia evolutiva encontradas, que se puede ver en el siguiente enlace.
4 El yacimiento de Qingjiang apenas ha sido excavado, pero sus primeros fósiles, aun sin describir, ya rivalizan con los mejores. Sus primeros resultados se pueden ver en el artículo «The Qingjiang biota: A Burgess Shale-type fossil Lagerstätte from the early Cambrian of South China».
5 En 2018 se describió el quelicerado más antiguo encontrado hasta entonces, Habelia optata. Ya hablamos de esta especie cuando se describió (ver enlace). Sin embargo, un nuevo artículo que se publicó en 2019 describió a Mollisonia como el quelicerado más antiguo, arrebatándole así el puesto a Habelia optata como el «primer quelicerado».
Referencias:
1. Graham E. Budd (2020). Evolution: mapping out early echinoderms. Current Biology, 30 (13), pp: R780-R782.
2. Dongjing Fu, Guanghui Tong, Tao Dai, Wei Liu, Yuning Yang, Linhao Cui, Luoyang Li, Hao Yun, Yu Wu, Ao Sun, Cong Liu, Wenrui Pei, Robert R. Gaines y Xingliang Zhang (2019). The Qiangjiang biota – A Burgess Shale-type fossil Lagerstätte from the early Cambrian of South China. Science, 363 (6433), pp: 1338-1342.
3. Stephen Jay Gould y Simon Conway Morris (1988). Showdown on the Burgess Shale. Natural History Magazine, 107, pp: 48-55.
4. Stephen Jay Gould (1990). Wonderful life: the Burgess Shale and the nature of history. W.W. Norton and Company.
5. Simon Conway Morris (1999). The crucible of creation: the Burgess Shale and the rise of animals. Oxford editorial.
6. Karma Nanglu, Jean-Bernard Caron y Robert R. Gaines (2020). The Burgess Shale paleocommunity with new insights from Marble Canyon, British Columbia. Paleobiology, 46 (1), pp: 58-81.
Recursos: La imagen de los trilobites sobre el fondo marino que se ha usado como portada es obra de William Roberts. Las recreaciones artísticas en blanco y negro son de Marianne Collins. Las fotografías de los fósiles de algunas de las especies de Burgess Shale pertenecen a Royal Ontario Museum.
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