Periodo Cámbrico

Periodo Cámbrico, dio lugar a la aparición de una increíble diversidad de vida sobre la tierra. Se sabe que la formación de la Tierra ocurrió aproximadamente hace cuatro mil 650 millones de años. A partir de entonces, hasta el presente, se establece el tiempo geológico que divide en categorías (como supereón, eón, era y periodos) los eventos en la historia de la Tierra y de la vida. La primera y más grande división del tiempo geológico corresponde al supereón Precámbrico que, a su vez, contiene a los eones Hádico, Arcaico y Proterozoico. En la Figura 1 se muestran algunos acontecimientos importantes ocurridos durante el Precámbrico que dieron las condiciones necesarias para que ocurriera la explosión del Cámbrico. El periodo Cámbrico se ubica en la escala temporal que comprende de 541 millones de años hasta 485 millones de años.

Así como el tiempo geológico se divide en categorías, los organismos se clasifican también de manera ordenada y jerárquica en las categorías: reino, filo (phylum, singular; phyla, plural), clase, orden, familia, género y especie. La explosión del Cámbrico fue un evento único que se caracteriza por la diversificación de los organismos a nivel de phyla; su importancia radica en que dio origen a casi todos los phyla que conocemos actualmente. Además, durante la explosión del Cámbrico se genera una complejización de las formas corporales en muchos linajes animales, algunos de ellos con relación filogenética con los animales modernos.

La principal particularidad de los phyla es determinar los planes corporales de los organismos en el árbol de la vida. El plan corporal permanece como un patrón básico sobre el cual los animales siguen evolucionando y diversificándose en otras características como el tamaño, el metabolismo y las especializaciones ecológicas.

Periodo Cámbrico

Por ejemplo, el plan corporal de los vertebrados consiste en poseer simetría bilateral, un endoesqueleto y un sistema nervioso ubicado en la parte dorsal; el plan corporal de los artrópodos consiste en poseer cuerpos segmentados, exoesqueleto y apéndices articulados, mientras que el plan corporal de los moluscos consiste en cuerpos blandos, sin segmentos, generalmente protegidos por conchas.

En particular, el linaje de los artrópodos tuvo un auge en su diversidad durante el periodo Cámbrico (Trestman, 2013).

La explosión del Cámbrico expuso un problema a la teoría de Darwin que planteaba que la vida, conforme evolucionaba, daba lugar de manera gradual a organismos cada vez más complejos.

En la época de Darwin se justificó que la repentina aparición de una fauna compleja del Cámbrico se debía a la falta de registros fósiles antes de ese periodo.

Sin embargo, más que un cambio gradual, parecen haber existido periodos de rápida diversificación acompañados de cambios en las condiciones ambientales

Periodo Cámbrico

EL ORIGEN DE LA EXPLOSIÓN DEL CÁMBRICO

Fueron necesarios diferentes factores geológicos, ambientales y biológicos para que se diera la explosión del Cámbrico. Dentro de los eventos geológicos, tenemos la formación de los supercontinentes: Gondwana, Laurentia, Baltica y Siberia, que son resultado del movimiento de las placas tectónicas. Gondwana estaba formado por Australia, sur de África, China, India, Sudamérica y Antártida; mientras que Laurentia comprendía la región de Norteamérica, y Baltica la región escandinava. Asimismo, la actividad volcánica submarina del Precámbrico contribuyó a cambios en la concentración de los gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono (CO₂). Los cambios en su concentración en el ambiente y disuelto en los mares afectó la temperatura global. Durante el Precámbrico, el CO₂ en la atmósfera disminuyó, mientras que su contenido en el mar se incrementó, generando una temperatura global baja, este proceso dio lugar a la “Tierra bola de nieve”. El resultado de estas condiciones ambientales fue una circulación oceánica fuerte generada por las diferencias de temperatura en el Ecuador con respecto a los polos. Una consecuencia de ello es que el suplemento de nutrientes, como el fosfato y el nitrógeno, se depositó sobre los márgenes continentales, además de producirse una intensa producción de plancton. En el periodo Cámbrico ocurrió un aumento en la temperatura global de la tierra, pasando de la Tierra bola de nieve del Precámbrico a la Tierra en condiciones de invernadero. Durante estas condiciones hubo un incremento de CO₂ atmosférico acompañado de un decremento en las concentraciones del CO₂ en el mar. Una de las principales causas del cambio de concentración del CO₂ fue la precipitación del carbonato de calcio (CaCO₃) en el mar (Tucker, 1992).

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El incremento de CaCO₃ hizo que las concentraciones de calcio aumentaran en el mar dando como resultado innovaciones evolutivas necesarias para regular los niveles de calcio en los organismos. En efecto, el calcio es un ion importante en diversos procesos celulares, por ejemplo, en la expresión génica, la mitosis, la contracción muscular, la secreción de hormonas y la secreción de neurotransmisores. Sin embargo, el incremento del calcio citosólico es responsable de dañar la mitocondria, de condensar la cromatina, de la degradación de enzimas, además de estar involucrado en el proceso de la muerte celular programada. Es por ello que tener mecanismos eficientes de regulación de las concentraciones de calcio en los organismos fue una presión evolutiva importante para su supervivencia. Entre estos mecanismos se encuentran los que están relacionados con el influjo y eflujo eficiente del calcio por medio de canales iónicos o intercambiadores. También los mecanismos que involucran impermeabilidad, precipitación y unión a las paredes o capas externas de los iones de calcio. La regulación del calcio se remonta al origen de la vida, ya que incluso los organismos procariotas más primitivos cuentan con bombas de calcio y un sistema de intercambio Ca²⁺/H⁺ y Na⁺/Ca²⁺ para regularlo. Cabe mencionar que, en el Precámbrico, el calcio fue promotor de innovaciones como la multicelularidad y la fotosíntesis. En cambio, en el periodo Cámbrico, el aumento en las concentraciones de calcio contribuyó principalmente a la biomineralización para lograr la formación del exoesqueleto de conchas y el esqueleto génesis. Se tiene la hipótesis que la biomineralización surgió como uno de los mecanismos de desintoxicación de los organismos debido al incremento nocivo de los niveles de calcio. Además de esta estrategia, otros organismos respondieron al estrés del incremento en la concentración del calcio secretando moléculas complejas como polisacáridos y glicoproteínas, formando compuestos organometálicos –el calcio es un metal alcalinotérreo de acuerdo con la tabla periódica– (Kazmierczak y cols., 2013).

Por otro lado, el proceso de fotosíntesis, generado principalmente por las cianobacterias, dio origen a la gran oxigenación del Precámbrico. El oxígeno, un gas tóxico para los organismos anaeróbicos, dio lugar a la posterior diversificación de los organismos aeróbicos.

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Se ha propuesto que los organismos eucariotas pudieron responder mediante la compartimentación de las células para proteger el ADN de los agentes reactivos de oxígeno durante el aumento de los niveles de este elemento (Penumaka, 2011). Los procesos celulares de respiración aeróbica producen una mayor cantidad de moléculas de ATP (adenosín trifosfato, por sus siglas en inglés: adenosine triphosphate), lo que significa tener la capacidad de realizar funciones fisiológicas que requieran un mayor costo energético. En tres linajes animales: artrópodos, cordados y moluscos (principalmente el grupo de los cefalópodos donde se encuentran los pulpos y calamares) se identifica el surgimiento de funciones fisiológicas complejas o de cuerpos complejos activos. Estos cuerpos se caracterizan por tener sentidos distales que permiten la manipulación de objetos y el desplazamiento en el espacio con una movilidad activa por medio de extremidades con varios grados de libertad. La presencia de cuerpos complejos activos está acompañada de una manifestación cognitiva básica que, por medio del aprendizaje asociativo, va llevando a los organismos a evolucionar hacia un comportamiento complejo e inteligente (Trestman, 2013).

Se considera que Haikouella fue el primer organismo vertebrado del Cámbrico que podría tener los elementos básicos que requiere de una conciencia sensorial. La conciencia sensorial entendida como una representación del mundo exterior, producida por una configuración neuronal organizada, ya sea de manera espacial o no espacial (que incluye a los sistemas visual, somatosensorial, vestibular, auditivo, olfativo y gustativo). Se necesita un cerebro que tenga un prosencéfalo (no necesariamente una corteza cerebral), un mesencéfalo y un rombencéfalo como requisito para desarrollar la conciencia sensorial.

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Estas áreas permiten el relevo jerárquico de la información y además son zonas de integración sensorial donde emerge la atención, la sincronización y la conciencia sensorial. De los sentidos sensoriales distales, el sentido de la vista pasó de ser un sistema que podía identificar presencia o ausencia de luz a generar imágenes complejas. Los animales interpretan dichas imágenes y se tiene la hipótesis de que su desarrollo tuvo una mayor contribución en el progreso de la conciencia sensorial (Feinberg y Mallat, 2013).

Se ha propuesto como alternativa para explicar el origen de la diversificación de los phylum, bajo las condiciones geológicas y ambientales explicadas anteriormente, la apertura de nichos ecológicos vacíos (conjunto de factores bióticos y abióticos con los que los organismos se relacionan), donde proliferó la vida, a razones logarítmicas, bajo condiciones de libre competencia en un tiempo específico (Gould, 1989).

El plancton, que proliferó en la superficie marina, provocó que los animales dejaran de aprovechar nutrientes solo del fondo marino (bento) por mecanismos de filtrado que se encuentran en la mayoría de los animales de la fauna del Ediacara. Al aprovechar el recurso del plancton se promueve un aumento en la actividad metabólica y en la complejización de los animales. Las cadenas tróficas se extienden y así se produce una adaptación evolutiva con influencia entre dos o más especies (coevolución) de tipo presa-depredador. Los depredadores, ahora orientados por el sentido de la vista, generaron una presión de selección evolutiva porque las presas para sobrevivir requerían de diversas estrategias como el camuflaje, las defensas mecánicas, la crisis, entre otras 

Figura 1. Escala de algunos periodos de tiempo geológico y los principales eventos ocurridos en la historia de la Tierra hasta alcanzar el periodo Cámbrico

Dentro de la era del Paleozoico tenemos varios periodos en el que se divide el tiempo geológico. La primera división pertenece al Cámbrico. Se trata de una división de la escala temporal geológica y el primero de los seis periodos de la era del Paleozoico. Comenzó hace aproximadamente 541 millones de años y acabó hace aproximadamente 485 millones de años. El siguiente periodo es el Ordovícico.

En este artículo vamos a centrarnos en todas las características, geología, clima, flora y fauna del período Cámbrico.

Periodo Cámbrico

Características principales

Este periodo de la idea del Paleozoico predomina por tener una gran repercusión a nivel geológico en todo el planeta. Se ha considerado que el Cámbrico abarcaba tan sólo 70 millones de años, pero la ciencia pudo corregirlo gracias a la información de los registros fósiles. La rama de la geología que se centra en estas transformaciones experimentadas por el planeta tierra desde su formación es la geología histórica.

Todo este periodo recibe el nombre del Cámbrico del nombre que proviene de cambria. Este nombre es la forma latinizada de Cymru que significa Gales. Gales es hoy día donde se identificaron los primeros restos geológicos pertenecientes a este periodo. A lo largo de esta división geológica se produce una gran explosión de vida por primera vez registrada en los fósiles. Se pueden distinguir los primeros organismos pluricelulares qué son más complejos que las esponjas o las medusas.

Entre las criaturas de este periodo más importantes se encuentra las algas verdes que apenas miden unos milímetros de diámetro por los trilobites. Estos trilobites son un grupo famoso de artrópodos que fueron capaces de sobrevivir a dos extinciones masivas. Este surgimiento de la vida recibe el nombre de explosión cámbrica y fue uno de los grandes eventos que marcaron el límite entre el Neoproterozoico y el periodo Cámbrico.

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Geología del periodo Cámbrico

Durante este periodo se piensa que los continentes fueron el resultado de la fragmentación de un gran supercontinente que ya existían el Neoproterozoico y que se llamaba Pannotia. El fragmento más grande del supercontinente es el Gondwana y se localiza al sur junto a 3 continentes pequeños llamados Laurentia, Siberia y Báltica. Estos continentes se iban desplazando hacia el norte debido al movimiento de la tectónica de placas que se impulsan a través de las corrientes de convección del manto terrestre.

Es así como comenzó la deriva de los continentes hasta ir formando las posiciones que conocemos hoy día. Las tasas de deriva continental en el periodo Cámbrico se estima que fueron anormalmente elevadas comparada con otros periodos anteriores. Esto quiere decir que hubo una alta actividad de las placas tectónicas. Gracias a estos movimientos de continentes se pudo aumentar la biodiversidad a nivel planetario puesto que se crearon diversos ecosistemas con características diferentes.

El océano Panthalassa es el que cubría la mayor parte de todo el planeta, mientras que otros océanos menores como el proto-Tetis y el océano Khanty se encontraban entre las aguas de los continentes más pequeños llamados Laurentia y Báltica.

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Clima del Cámbrico

Se cree que el clima del periodo Cámbrico fue significativamente más cálido que lo de las épocas pasadas. Durante este periodo no existió ninguna glaciación de los polos. Esto es, ningún polo geográfico terrestre estaba cubierto de hielo. A su vez, el periodo Cámbrico se divide enteres épocas: Cámbrico inferior, Cámbrico medio y Cámbrico superior. Vamos analizar el clima y la geología de forma breve en cada época de este periodo.

• Cámbrico inferior: durante esta época el continente Gondwana y otras masas terrestres de menor tamaño ocupaban todas las zonas ecuatoriales. Esto se ha podido saber gracias a los registros de los depósitos de caliza en los abundantes mares y epicontinentales tropicales. Por aquel entonces, la orogenia Cadomiense es la que condujo a periodos de emersión de grandes masas de tierra en el inicio del Cámbrico.
• Cámbrico medio: durante esta época existió un ciclo transgresivo que fue interrumpido por dos pulsos regresivos.
• Cámbrico superior: gran parte del continente Gondwana que ocupó posiciones más ecuatoriales, se fue desplazando hacia latitudes más frías. Se fueron sustituyendo en posiciones ya que las masas continentales más pequeñas como lo era Laurentia, Siberia y Australia estuvieron ocupando posiciones ecuatoriales.

Periodo Cámbrico

Explosión de vida

Como hemos mencionado antes, este periodo se ha conocido por ser una división del tiempo donde se produjo un estallido de vida más intenso de lo que se ha conocido jamás. 

Periodo Cámbrico

Se le conoce como la explosión cámbrica. 

Esta explosión dio lugar a la aparición de una increíble biodiversidad sobre el planeta que incluyó a muchos de los grupos de animales que conocemos en la actualidad.

Entre estos animales que surgieron encontramos a los cordados del que pertenecen el género de los vertebrados y que incluye al ser humano. No se sabe a ciencia cierta cómo fue posible tal chispa de explosión biológica. Se cree que puede que fuera el oxígeno que entonces estaba presente en la atmósfera y que, gracias a las emisiones por parte de las cianobacterias y algas que realizaban la fotosíntesis, pudo alcanzar los niveles necesarios para que todos los organismos pudieran tener un crecimiento de sus estructuras más complejas dando diferentes formas de vida.

Otro aspecto a tener en cuenta es el ambiente que hizo que fuera algo más hospitalario al calentarse el clima y subir el nivel del mar. De esta forma se creó hábitats marinos poco profundos que resultaban ideales para generar nuevas formas de vida ya que existen grandes cantidades de nutrientes.

No obstante, se piensa que muchos científicos han exagerado la magnitud de la explosión cámbrica debido a la proliferación de animales con estructuras duras que fosilizaron más rápidamente y fácilmente que sus predecesores. Como de todo esto sólo se puede tener registros fósiles depende de la estructura del cuerpo. Si el cuerpo es blando no puede fosilizaron ser de la misma forma. Por ejemplo, se sabe bastante de los braquiópodos que vivían en conchas parecidas a las almejas y berberechos y otros animales que cuentan con esqueletos externos articulados conocidos hoy día como artrópodos.