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El Fósforo y la explosión
Cámbrica
Tiempo geológico
La importancia del fósforo para la vida
• Forma parte de las moléculas de ADN y ARN.
• Constituye los fosfolípidos en las membranas celulares.
• Es utilizado para almacenar y transportar la energía mediante
el ATP.
• Permite regular la actividad de proteínas intracelulares, y de
ese modo el metabolismo de las células.
• Forma parte de algunos esqueletos (como los nuestros).
Por lo tanto constituye un elemento esencial y
limitante para la vida tal como la conocemos….
Donde se encuentra…
• En rocas sedimentarias llamadas fosforitas.
• Las fosforitas no son abundantes en el registro
geológico, pero se encuentran de forma continua
desde el Precámbrico, hasta los tiempos presentes.
• Aparecen tanto en ambientes marinos, como
continentales.
• Hay controversias importantes en cuanto al origen.
Ciclo del fósforo
•El ciclo del fósforo es un ciclo biogeoquímico.
•Los seres vivos toman el fósforo, en forma de fosfatos a
partir de las rocas, que se descomponen
mediante meteorización.
• Éstos pasan a las plantas mediante el suelo, y luego a los
animales.
• Cuando éstos lo eliminan o mueren, los organismos
descomponedores, vuelven a transformarlo en fosfato.
• Otra parte es absorbido por el plancton que, a su vez, es
comido por organismos filtradores de plancton, como
algunas especies de peces. Cuando estos son comidos
por aves que tienen sus nidos en tierra, devuelven parte
del fósforo en las heces (guano) a tierra.
• Es el principal factor limitante en los ecosistemas
acuáticos.
¿De dónde proviene ese fósforo?
Fosfogénesis
• La mayoría de los depósitos de fosforitas se encuentran en zonas de
upwelling.
• Las cianobacterias pueden generar grandes cantidades de materia
orgánica, consumiendo el oxígeno de la superficie del agua,
produciendo la muerte masiva.
• Los organismos muertos caen al fondo, liberando fósforo en la
columna de agua, cuya concentración se incrementa en condiciones
de anoxia.
• El fósforo luego es regenerado durante la diagénesis, es decir el
conjunto de procesos que actúan para modificar los sedimentos
luego de su depositación. Posteriormente puede retornar a la
columna de agua mediante corrientes de upwelling, o bien
concentrarse en los sedimentos hasta formar rocas.
• En las zonas donde no hay upwelling, como deltas o estuarios, los
cuales presentan gran cantidad de materia orgánica. El agua de los
sedimentos de estos ambientes presenta soluciones saturadas en
fósforo.
• Durante los períodos postglaciares, al subir el nivel del mar permite
el retorno del fósforo, mediante el upwelling.
• La formación de fosforitas depende depende del enriquecimiento
de fósforo de las aguas mediante actividad microbiana, o bien por
el reciclado de materia de los sedimentos.
¿Qué es un Snowball Earth (SBE)?
Sentando las bases…
• Son glaciaciones extremas, en las cuales los
hielos polares se extienden hasta el ecuador,
cubriendo eventualmente todo el planeta.
• Para corroborar la paleolatitud de las rocas se
utilizan técnicas de paleomagnetismo.
• Se utilizan rocas marinas, ya que hay certeza
que hallaban al nivel del mar. Debido a que
actualmente se encuentran glaciares de altura
en bajas latitudes.
¿Por qué se forma un SBE?
• La hipótesis más aceptada propone una inusual preponderancia de
los hielos continentes hasta las regiones ecuatoriales, a nivel del
mar, provocando una retroalimentación positiva del hielo y de
albedo alto, permitiendo a las masas de hielo crecer.
• Otra explicación es una oblicuidad extrema de la Tierra, en ángulos
mayores a 60. Provocando mayor insolación en los polos que en el
ecuador. Se supone que el efecto estabilizador de la Luna impediría
que esta ocurra. Así como también se desconocen mecanismos que
permitan un cambio tan rápido de oblicuidad, sin haber dejado
evidencias geológicas. Así como también su relación con un cambio
tan brusco de temperaturas.
Haciendo un poco de historia
• La finalización de los eventos de SBE, se relacionan con eventos de
evolución de la vida.
• Durante el límite Arqueano-Proterozoico, hay evidencias de
glaciaciones que se atribuye a evento tipo SBE.
•
Posteriormente, se registran evidencias de la radiación de las
cianobacterias, las cuales contribuyeron a cambiar la atmósfera, de
reductora a oxidante, debido a la liberación de oxígeno como
subproducto de la fotosíntesis.
• También se observa el registro de las primeras células eucariotas.
• Como consecuencia del aumento de oxígeno en la atmósfera,
aparecen con mayor frecuencia las formaciones de hierro bandeado
en rocas sedimentarias.
Hacia finales del Proterozoico
• Hacia finales del Neoprotrozoico se registra la ruptura
de un supercontinente llamado Rodinia.
La ruptura de Rodinia, trajo
consigo cambios
biogeoquímicos globales.,
los cuales tuvieron
significancia en la evolución
de los organismos.
El rifting de Rodinia permitió la iniciación de una serie de eventos
que terminaron con un evento SBE.
El enfriamiento fue probablemente generado debido a un aumento
en la meteorización química como consecuencia del rift. Lo que
produjo una reducción del CO2 disponible en la atmosfera,
reduciendo el efecto invernadero.
• Posteriormente el evento de SBE, se registran aumentos en
la productividad primaria, a partir de evidencias
geoquímicas, como biomarcadores orgánicos.
• Llegando al límite Cámbrico-Proterozoico, el derretimiento
de la grandes masas de hielo, fueron seguidas por un
período de excesiva circulación marina, lo cual fue propicio
para la formación de fosforitas.
• Los efectos combinados del rifting y las trangresiones
marinas postglaciales, acompañadas de un intenso efecto
invernadero, aumentaron las tasas de meteorización
química, permitiendo la disponibilidad de fosfato en el agua
de mar.
• Para recordar el fósforo es un elemento químico, que sólo
está disponible para la vida a partir de la meteorización de
rocas. A diferencia de otros elementos químicos esenciales
para la vida como el N, C, H y O, entre otros, que se
encuentran en los gases de la atmósfera.
• La disponibilidad de fosfato en el agua de mar permitió el
aumento de la productividad primaria y la disponibilidad de
oxígeno para los organismos, esto favoreció la radiación de
los primeros animales, en lo que se conoce como la
Explosión Cámbrica.
• Evidencias del aumento en la disponibilidad de fosfato en el
agua de mar, posterior al último evento de SBE (entre el
Neoproterozoico y Cámbrico), es evidenciado por una
mayor complejidad y diversidad de los organismos
fosilizados, preservados como fosfatizaciones (es decir cuya
estructura interna es reemplazada por cristales de fosfato
de calcio) y también por la presencia de estromatolitos
fosfáticos. Todos ampliamente distribuidos a nivel mundial.
Un ejemplo lo constituyen los
embriones fosfatizados de animales de
Donshantuo de China, de finales del
Neoproterozoico.
Antes de continuar algunos conceptos…
• ¿Qué es un fósil?
• Los fósiles (del latín fossile, lo que se extrae de
la tierra) son los restos o rastros de
organismos que vivieron en el pasado
geológico.
• Se encuentran principalmente en las rocas
sedimentarias.
¿Qué es un yacimiento excepcional?
• Un yacimiento excepcional ó lagerstätte (en alemán
literalmente, almacén; en plural lagerstätten) es un depósito
sedimentario con una gran riqueza de fósiles, bien por su
abundancia, o por su estado de conservación.
• Lagerstätten de conservación: los organismos fosilizados se
han preservado de manera excepcional, incluyendo
impresiones de las partes blandas que usualmente no
fosilizan. Esto ocurre por descomposición incompleta de los
restos biológicos, por ejemplo en un entorno anóxico.
• Resultan de importancia para aportar información de los
organismos y funcionan como una ventana al pasado
geológico.
Dilema de Darwin
«A la pregunta de por qué no
encontramos ricos depósitos fosilíferos
correspondientes a estos [...] períodos
anteriores al sistema Cámbrico, no
puedo dar respuesta satisfactoria
alguna», escribió Darwin. Estaba
convencido, no obstante de que dichos
fósiles acabarían por aparecer, puesto
que «sólo una pequeña parte de la
Tierra se conoce con exactitud».
¿Qué ocurrió luego del SBE?
Resolución al Dilema de Darwin
• Ediacara (635-542 Ma):
• Ocurrió unos pocos centenares de millones años antes de la
Explosión Cámbrica, a finales del Proterozoico.
• La localidad fosilífera de Ediacara, se encontró por primera
vez en Australia, actualmente estratos portadores de fósiles
similares de igual antigüedad se encuentran en diversas
partes del mundo, razón por la cual, muchas veces se
considera a la última parte del Proterozoico como
Ediacariano.
• Están preservados como moldes, es decir que no conservan
las estructuras originales.
• Presenta los primeros organismos multicelulares de
cuerpos blandos registrados, de afinidades inciertas.
Razón por la cual han sido llamados como “Fauna de
Vendobionta”, considerado como experimento “fallido”
en la evolución.
• Aunque algunos de ellos probablemente estén
relacionados con Cnidarios (anémonas, medusas).
• Son organismos desde 10 cm hasta 1m de longitud.
• Abundan formas planas con simetrías radiales o espirales
de tres o cinco radios; y en menor medida organismos
con simetría bilateral.
¿Qué es la Explosión Cámbrica?
• La Explosión Cámbrica se denomina a la
aparición repentina (geológicamente
hablando), de la mayoría de los phyla de
animales. Hecho que ocurrió entre 530 y 520
Ma atrás.
• Existen evidencias de animales de una
antiguedad de 600 Ma, que corresponden a
restos de galerías dejados por organismos
similares a gusanos.
Controversias respecto a la Explosión
Cámbrica
• Muchos autores consideran que la Explosión
Cámbrica no es tal cosa. Sino que sólo
reprensenta la aparición de organismos con
esqueletos duros, que presentan más
posibilidades de quedar representados en el
registro fósil.
• Por lo tanto no sería un reflejo del surgimiento de
la mayoría de los grupos animales, sino el
surgimiento de los esqueletos duros y fosilizables.
Yacimientos fosilíferos
• Chengjiang (Cámbrico Inferior, 522 Ma)
• Se encuentra en la región de Chengjiang en la provincia de
Yunnan, al sur de China.
• Presenta los primeros registros de vertebrados.
• Burgess Shale (Cámbrico Medio, 505 Ma)
• Se encuentra en la Columbia Británica, Canadá.
• La preservación excepcional de los fósiles se debe
al enterramiento súbito de los organismos, por lo
que aparecen en posición de vida, por flujos de
arcilla en un ambiente de marisma somera. Esto
provocó que se conservaran una gran cantidad de
organismos que normalmente no se preservan
debido a la ausencia de esqueleto mineralizado.
• Presenta una gran diversidad de artrópodos,
muchos de ellos de afinidades inciertas.
Presenta uno de los primeros registros
de Cordados
Pikaia
Otros organismos presentes
Conclusiones
• En el pasado geológico las grandes radiaciones
de vida, estuvieron relacionadas con una
mayor disponibilidad de fósforo en el agua de
mar, el cual favoreció una mayor
productividad primaria, mayormente por
cianobacterias, generando así mayor cantidad
de oxígeno disponible para la vida.