martes, marzo 10, 2009

Extinciones y diversificaciones (entrevista a Mike J.Benton)

El camino recorrido por la vida está sembrado de cadáveres en sus márgenes. No sólo murieron todos los antecesores de los organismos actualmente vivos, sino miríadas de seres cuya descendencia quedó atrapada en el callejón sin salida de la extinción. Si recorremos con la mirada una ilustración esquemática de la historia de la vida, veremos que hay en ella grandes cumbres y profundos abismos, múltiples brotes y ramificaciones, así como podas recurrentes.

Progresivas adaptaciones y cambios ambientales ora delicados ora bruscos, cual suaves pinceles y duros cinceles, han ido pintando y esculpiendo la diversidad de la vida en la biosfera. Por la obra se reconoce al artista: la selección natural.

Pero en ocasiones los cambios ambientales han sido de una magnitud que casi ningún diseño podía resistirlos. Entonces sobrevenían las extinciones en masa, en las que un elevadísimo porcentaje de las especies vivas desaparecían, dejando en el mejor de los casos, un tenue trazo de su paso en piedra, para que la única especie capaz de interpretarlo lo viese, cientos o miles de millones de años después. Después de la tempestad no había tiempo para la calma. Rápidamente algunas especies supervivientes radiaban y ocupaban todos los nichos abandonados súbitamente por los pobladores de un mundo ya perdido. La vida nacía de la muerte como el Ave Fénix resurge de sus cenizas. La biosfera volvía a brillar con una diversidad de organismos exquisitamente imbricados en redes de energía.

Mike J.Benton, Profesor de Paleontología de Vertebrados en el Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Bristol, lleva muchos años estudiando estas manifestaciones dramáticas y espectaculares de la evolución. Las extinciones en masa y las diversificaciones son objeto preferencial de su atención, dentro de un amplio abanico de intereses.

Es autor de numerosas obras, tanto para especialistas como para el público en general y fue asesor científico en la fantástica serie Documental Caminando con Dinosaurios, que narra la historia de los anteriores reyes de la creación, de su aparición en el Triásico a su extinción en el Cretácico.

El Profesor Benton ha tenido la amabilidad de respondernos unas preguntas, puestas en inglés, nuevamente, por el ilustre Marzo.

En inglés:

1.-How much chance, and how much selection, would you say has there been through evolution?

I think there is no doubt that Darwin was right about natural selection and sexual selection. The evidence has more than confirmed his insights time after time. Selection is clearly responsible for the day-to-day survival of individuals through biotic interactions such as competition and predation, and selection underlies adaptation and ecosystem structure. However, Darwin always tussled with the balance between selection and environmental influences, and we know more about this subject now. It seems likely that chance environmental crises, on all sorts of scales from local to global, have had huge effects on the shape of biodiversity as we see it today. Such unpredictable events may be local and may have negative or positive effects -such as a tsunami, the appearance of a new volcanic island, or the drying up of a lake. Larger regional and global events might include major temperature changes, continental movements, massive volcanism, and impacts of meteorites. Selection cannot prepare organisms for such events, and so luck must play a key role, and yet such events have shaped much of what we see today.


2.-Which extinctions were the great ones? Is a great extinction happening nowadays?


The big mass extinctions that everyone accepts were at the end of the Permian, 252 million years ago, when 80-95% of species died out, and the end-Cretaceous event, 65 million years ago, when 40-50% of species died out. The first was caused by massive volcanism which led to global warming, acid rain, and stagnation of the oceans, and the second was caused by a meteorite strike that poisoned the atmosphere and blacked out the sun. Other major extinctions -at the end of the Ordovician, in the Late Devonian, and in the Late Triassic (450, 375, 200 million years ago)- were longer and more complex, but did involve heightened rates of extinction. Today, as a result of human activity, we are losing many species every year, and when this is re-scaled to a proportion of species loss per thousand or million years, it certainly scales in line with the major crises of the past.


3.-What have been the great radiations and diversifications of the history of life?

Life has diversified in a step-wise manner many times. It seems that there have been certain biological “inventions”, such as the nucleus, sex, multicellularity, skeletons, ability to live on land,warm-bloodedness, flight, tree-climbing, burrowing, and others that opened new life possibilities. The timing of acquisition of these new characters or abilities (= novelties) has not been predictable, but each opened up a new zone of ecospace, and so each adaptation led to a massive increase in global biodiversity.

4.-What is the shape of the tree of life?

The tree of life suggests constant addition of forms of life. As the new groups originated and diversified – for example, eukaryotes, animals, bilaterians, vertebrates, angiosperms -the precursor groups generally continued. Where major groups have entirely disappeared, such as the dinosaurs, ammonites, or trilobites, this has represented only the loss of a particular group, not of the whole body plan. Some have argued that life reached saturation 400 million years ago or more, and that species originations and extinctions have been roughly balanced ever since. I don’t see evidence for that, but rather for continuing, but sporadic, expansion of the tree of life.

5.-What changes has evolution science undergone since Darwin?

The main change has been the discovery of genetics. Darwin worried about inheritance and how adaptations were coded and passed on from parents to offspring, while allowing for change, but not for dilution of favourable mutations. The integration of genetics with evolutionary theory in the 1930s was a major step, soon followed by the vast expansion of molecular biology -Darwin would have been delighted to see how molecular biology has confirmed, and enriched, his models of evolution. The molecules, through the 1960s insight of the molecular clock, give us an independent way to reconstruct the tree of life.

6.- Could you tell us about any great moment in your field work?

I enjoy fieldwork, whether digging up dinosaurs in North America or Africa, or studying the details of environmental change through the end-Permian mass extinction in Russia. But the results don’t necessarily leap out at you in the field -it’s only after laboratory work and numerical calculations that the evolutionary insights emerge. I’ve particularly enjoyed employing phylogenetic insights to the history of life.

7.-What are you working on now? What is your highest intellectual challenge? What is the mystery you would dream to uncover?

At present, I am working on diversifications. With colleagues, we are exploring ways to look at all aspects of major radiations in the past to try to understand how these expand biodiversity and adaptation. We’ve looked at the origin of dinosaurs, and want to look at other successful clades, such as birds and mammals, to try to tease apart the patterns of change in diversity, abundance, and disparity. Disparity is the range of adaptations, or range of body forms, seen in a group; evidence so far suggests that adaptations in a group expand rapidly and then diversity follows. We also want to dissect aspects of adaptation to try to understand which functional complexes are most important. So,in the bird example, we hope to determine whether the radiation was led by flight adaptations, skeletal strengthening and lightening, or improved senses and brain.
En castellano:

1.-¿Cuánto de azar y cuánto de selección diría que ha habido a lo largo de la evolución?

Creo que es indudable que Darwin estaba en lo cierto sobre la selección natural y la sexual. Las pruebas han más que confirmado su visión una y otra vez. La selección es claramente responsable de la supervivencia día a día de los individuos a través de las interacciones bióticas, tales como la competencia y la depredación, y es la base de la adaptación y de la estructura de los ecosistemas. Sin embargo, Darwin siempre se peleó con el equilibrio entre la selección y las influencias ambientales, y sobre este asunto sabemos más hoy. Parece probable que las crisis ambientales sobrevenidas, en todo tipo de escalas, de locales a globales, hayan tenido enormes efectos sobre la forma de la diversidad biológica tal como la vemos hoy en día.

Tales acontecimientos imprevisibles pueden ser locales, y pueden tener efectos negativos o positivos -como un tsunami, la aparición de una nueva isla volcánica, o la desecación de un lago. Los sucesos de regiones más amplias y los globales podrían incluir importantes cambios de temperatura, movimientos continentales, vulcanismo masivo e impactos de meteoritos. La selección no puede preparar a los organismos para semejantes eventos, y así la suerte debe de jugar un papel fundamental, y aún tales eventos han formado mucho de lo que vemos hoy.

2.-¿Cuáles fueron las mayores extinciones? ¿Está dándose hoy una gran extinción?

Las grandes extinciones en masa aceptadas por todo el mundo fueron al final del Pérmico, hace 252 millones de años, cuando entre el 80 y el 95% de las especies murieron, y la acaecida al final del Cretácico, hace 65 millones de años, cuando entre el 40 y el 50% de las especies se extinguieron. La primera fue causada por vulcanismo masivo, el cual dio lugar a un calentamiento global, lluvia ácida, y el estancamiento de los océanos, y la segunda fue causada por un impacto de meteorito que envenenó la atmósfera y ocultó el sol. Otras grandes extinciones -al final del Ordovícico, en el Devónico tardío, y en el Triásico Tardío (450, 375, 200 millones de años atrás) fueron más largas y complejas, pero implicaron mayores tasas de extinción. Hoy en día, como resultado de la actividad humana, estamos perdiendo muchas especies cada año, y cuando esto se eleva a una proporción de especies pérdidas por miles o millones de años, desde luego, está en línea con las grandes crisis del pasado.


3.-¿Cuáles han sido las grandes radiaciones y diversificaciones de la historia de la vida?

La vida se ha diversificado de forma gradual en muchas ocasiones. Parece que se han producido ciertos "inventos" biológicos tales como el núcleo, el sexo, la multicelularidad, el esqueleto, la capacidad de vivir en tierra firme, la sangre caliente, el vuelo, la subida a los árboles, la excavación y otros, que abrieron nuevas posibilidades de vida. El momento de la adquisición de estos nuevos caracteres o habilidades (= novedades) no habría sido previsible, pero cada uno abrió una nueva zona de espacio ecológico, y así cada adaptación llevó a un enorme aumento de la diversidad global.

4.-¿Cuál es la forma del árbol de la vida?

El árbol de la vida sugiere una constante adición de formas de vida. Cuando los nuevos grupos se originaron y diversificaron - por ejemplo, los eucariotas, los animales, los bilaterales, los vertebrados, las angiospermas-los grupos precursores generalmente continuaron. En el caso de los mayores grupos que han desaparecido por completo, como los dinosaurios, ammonites o trilobites, esto ha representado solamente la pérdida de un grupo particular, no de todo el plan corporal. Algunos han sostenido que la vida llegó a su saturación hace 400 millones de años o más, y que aquellos nacimientos y extinciones de especies han sido siempre, desde entonces, más o menos equilibrados. Yo no veo evidencia de ello, sino más bien para una continuación, si bien esporádica, de la expansión del árbol de la vida.

5.-¿Qué cambios ha experimentado la ciencia de la evolución desde Darwin?

El principal cambio ha sido el descubrimiento de la genética. Darwin se preocupó por la herencia y por cómo las adaptaciones se codificaban y transmitían de los padres a su
descendencia, permitiendo el cambio a un tiempo que no se diluyeran las mutaciones favorables. La integración de la genética con la teoría de la evolución en la década de los 30 del siglo XX fue un gran paso, pronto seguido por la gran expansión de la biología molecular -Darwin se habría quedado encantado al ver cómo la biología molecular ha confirmado y enriquecido sus modelos de evolución. Las moléculas, a través de la idea de los años 60 del reloj molecular, nos abren un camino independiente para reconstruir el árbol de la vida.

6.- ¿Podría contarnos algún gran momento de su trabajo de campo?

Disfruto con el trabajo de campo, desenterrando dinosaurios en América del Norte o en África, o estudiando los detalles de los cambios ambientales que se dieron durante la extinción en masa de finales del Pérmico en Rusia. Pero los resultados no necesariamente te llegan en el terreno- es sólo después del trabajo de laboratorio y de los cálculos numéricos que surgen las ideas evolutivas. He disfrutado especialmente aplicando la información filogenética a la historia de la vida.

7.-¿En qué trabaja ahora? ¿Cuál es su mayor desafío intelectual? ¿Cuál el misterio que sueña con desvelar?

Actualmente estoy trabajando en las diversificaciones. Junto con otros colegas, estoy explorando las maneras de ver todos los aspectos importantes de las radiaciones en el pasado para intentar entender cómo se expandieron la diversidad biológica y la adaptación. Hemos estudiado el origen de los dinosaurios, y queremos sondear otros clados exitosos, tales como las aves y los mamíferos, para tratar de discriminar los patrones de cambio en la diversidad, la abundancia y la disparidad. La disparidad es la serie de adaptaciones, o el rango de formas corporales, vistos en un grupo; la evidencia hasta ahora sugiere que las adaptaciones dentro de en un grupo se expanden rápidamente y la diversidad viene después. También queremos diseccionar aspectos de la adaptación para intentar entender que complejos funcionales son más importantes. Así por ejemplo, en los pájaros, esperamos determinar si la radiación fue dirigida por adaptaciones de vuelo, el fortalecimiento y aligeramiento del esqueleto, o unos sentidos y un cerebro mejorados.