Bebe con moderación, es tu evolución

El cuerpo humano tiene entre un 65 y un 75% de agua. La cerveza está formada por entre un 85 y 92% de agua. Tenemos más cosas en común con la cerveza de lo que imaginamos. Más incluso que con los plátanos, con los que compartimos aproximadamente el 55% del DNA.
Dicha la curiosidad del día, podemos comenzar con el artículo de hoy, cuyos autores hipotetizan la posibilidad de que la evolución humana se debió, en gran parte, a la disponibilidad de agua y las variaciones estacionales, ¿interesante, verdad?

Las credenciales de este artículo son:

• Cuthbert, M.O. & Ashley, G.M. (2014). A Spring Forward for Hominin Evolution in East Africa. PLoS ONE, 9(9): e107358.

Introducción

Los fósiles de homínidos descubiertos en las últimas décadas han mostrado, como ya se sabe ampliamente, que los humanos evolucionaron en África y realizaron oleadas migratorias hacia otras partes del mundo, comenzando, como pronto, hace 1,85 millones de años (Ma, en adelante) (Ferring et al., 2011). Las causas de estas migraciones apuntan a un incremento en la aridez del clima durante el Plio-Pleistoceno (Cerling et al., 2011), principalmente debido a procesos de rifting en el África oriental y asociado levantamientos tectónicos (Sepulchre et al., 2006). El clima de los trópicos africanos estaba caracterizado por marcados ciclos de sequía y humedad.

La importancia de la disponibilidad de agua dulce en los lagos fue crucial para la supervivencia de los homínidos y su dispersión en el Sistema de Rift Africano Oriental (EARS, por sus siglas en inglés) (Potts, 2012). Finlayson (2014) sugiere incluso que la necesidad de desplazarse rápida y eficientemente entre las cada vez más reducidas fuentes de agua fue el desencadenante de la evolución humana. Sin embargo, muchos de los lagos en el EARS son (y así fueron en el pasado) salinos. De este modo, nos queda una fuente de agua, el agua subterránea, que está protegida de la evaporación y, por tanto, supone un importante reservorio. Los manantiales y los hábitats ricos en aguas subterráneas podrían haber jugado un papel decisivo en la supervivencia y dispersión humanas durante los continuos ciclos de cambio climático que ya comentamos en Ice Age: enfriando la cadena trófica. Las evidencias geológicas de estos reservorios hídricos ligados a restos arqueológicos se encuentran en la Garganta de Olduvai (Ashley et al., 2010), en Tanzania.

La evolución humana según un prestigioso estudio internacional. (Koprolitos)

El objetivo de este artículo es proporcionar una estimación acerca de cómo varía la disponibilidad de agua en este importante yacimiento paleontológico y arqueológico que es la Garganta de Olduvai en los últimos 1,8 Ma bajo diferentes condiciones climáticas y aplicarlas al contexto de la actual hipótesis de la evolución humana en el EARS (Fig. 1).

Fig 1.- Mapa geográfico de Olduvai. La zona delimitada con un círculo representa la zona de estudio, localizándose los lagos Natron al Norte, Eyasi al Oeste y Manyara al Este con respecto al complejo volcánico de Ngorongoro.

Aspectos geológicos

La cuenca sedimentaria de Olduvai se formó hace alrededor de 2,2 Ma en el margen Oeste del EARS, como respuesta al crecimiento del gran complejo volcánico de Ngorongoro (Fig. 1), de unos 4.000 m² de extensión y compuesto por entre 8 y 10 centros volcánicos de magma alcalino (Dawson, 2008). El registro sedimentario de la cuenca es de 30 km de diámetro y está compuesto por 100 metros de tobas volcánicas, sedimentos piroclásticos y calizas interestratificadas.

Esta cuenca es ideal para estudios paleohidrológicos, ya que los tufos (también se llama así a las tobas; y no, no es porque huelan mal) pueden ser datados con mucha precisión con mediante técnicas radiométricas de argón-argón.

Aspectos hidrológicos

Actualmente, las dos estaciones lluviosas proporcionan unas precipitaciones de unos 550 mm/a en las tierras bajas y el doble en las altas. Estas elevadas precipitaciones y las pronunciadas pendientes en los flancos del complejo volcánico causaron escorrentías significativas, alimentando el abanico aluvial de material piroclástico (Figs. 1 y 2), lo que llevaría a una considerable recarga de agua subterránea.

Sumándole a esto la presencia de fallas y la baja permeabilidad de los depósitos en el margen del abanico tenemos las condiciones óptimas para la deposición de tobas calcáreas (Ashley et al., 2010). Fácil y práctico para toda la familia.

Fig 2.- a) Reconstrucción paleoambiental de Olduvai. b) Modelo esquemático conceptual hidrogeológico.

Es de obligado cumplimiento mencionar que para este estudio los autores realizaron una modelización del lugar basada en complejos cálculos matemáticos que aquí omitimos pero que, por supuesto, se pueden leer en el artículo original. Para los escépticos con respecto a la belleza de las matemáticas, también han incluido bonitas figuras de vivos colores, como esta o esta.

Resultados y Discusión
Cabe destacar que es muy difícil estimar las recargas de aguas subterráneas en el pasado en base únicamente a datos climáticos actuales (Scanlon et al., 2006) ya que no es posible proporcionar datos absolutos sobre las tasas de recarga y descarga debido al discontinuo registro geológico de este sistema hídrico. Hasta que se invente una máquina del tiempo este será el hándicap de nuestra profesión. No obstante, basándose en la datación de la gran cantidad de tobas asociadas al manantial se puede estar seguro de que el agua dulce fluía libremente en superficie y era, por tanto, apta para el consumo incluso en los periodos más calurosos (esos en los que en Sevilla se puede freír un huevo en el asfalto), ya que se ha calculado que estos manantiales podían disponer de agua sin ser recargados entre 100 y 1.000 años. Esto significa que incluso en esos veranos sevillanos, se disponía de agua potable. Buena noticia para nuestros inquietos antepasados ya que, como hemos mencionado, muchos de los lagos del EARS eran salinos, por lo que los manantiales podrían haber proporcionado una puerta a lo que somos hoy en día.

Implicaciones en la evolución humana
Hay una clara relación entre la aridización de África y el desarrollo del bipedismo. La primera evidencia del género Homo, que ya es capaz de innovar tecnológicamente (utilizar una piedra tallada atada a un palo fue alta tecnología pleistocena y gran avance en nuestra historia evolutiva) con su mayor capacidad craneal así como de hacer las maletas y migrar fuera de África, data en torno a 2,5 Ma y está asociada a la mayor variabilidad climática.
Se han realizado gran cantidad de estudios que tratan de relacionar el clima al rol de la evolución humana, y la mayor contribución que hacen los autores de este artículo es proponer a debate cómo los reservorios hídricos podrían haber preservado el agua potable disponible para el consumo (y evolución) humano.

Dos homínidos buscando la manera de evolucionar. (allkpop)

Referencias

• Ashley, G.M., Dominguez-Rodrigo, M., Bunn, H.T., Mabulla, A.Z.P., Baquedano, E. (2010). Sedimentary geology and human origins: a fresh look at Olduvai Gorge, Tanzania. Journal of Sedimentary Research, 80: 703–709.
• Cerling, T.E., Wynn, J.G., Andanje, S.A., Bird, M.I., Korir, D.K., et al. (2011) Woody cover and hominin environments in the past 6 million years. Nature, 476: 51–56.
• Cuthbert, M.O. & Ashley, G.M. (2014). A Spring Forward for Hominin Evolution in East Africa. PLoS ONE, 9(9): e107358.
• Dawson, J.B. (2008). The Gregory rift valley and Neogene-recent volcanoes of northern Tanzania. Geological Society, London, Memoirs, 33
• Ferring, R., Oms, O., Agusti, J., Berna, F., Nioradze, M., et al. (2011). Earliest human occupations at Dmanisi (Georgian Caucasus) dated to 1.85–1.78 Ma. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 108: 10.432–10.436.
• Finlayson, C. (2014). The improbable primate: how water shaped human evolution. Oxford University Press. 202 pp.
• Potts, R. (2012). Environmental and behavioral evidence pertaining to the evolution of early Homo. Current Anthropology, 53: S299–S317.
• Scanlon, B.R., Keese, K.E., Flint, A.L., Flint, L.E., Gaye, C.B., et al. (2006). Global synthesis of groundwater recharge in semiarid and arid regions. Hydrological Processes, 20: 3.335–3.370.
• Sepulchre, P., Ramstein, G., Fluteau, F., Schuster, M., Tiercelin, J-J., et al. (2006). Tectonic uplift and Eastern Africa aridification. Science, 313: 1.419–1.423.

Ice Age: enfriando la cadena trófica

Hoy vamos a hablar de Paleontología, la ciencia por la que a todo el mundo le gustan los dinosaurios, pero ¿cuántos dinosaurios se deben desenterrar para comprender que vivían bajo tierra? La Paleontología es la ciencia que desentierra los fósiles y los exhibe orgullosamente en los museos. Además de comprender erróneamente los hábitos de vida de los dinosaurios y exhibir piezas de museo, la Paleontología es la ciencia que estudia la vida del pasado a partir de sus restos fósiles. Esto nos abre un amplio abanico de estudio, como pueden ser, por ejemplo la paleobiogeografía, paleoicnología, paleoecología, tafonomía, etc., y nos permite responder a preguntas que desde la época clásica y hasta hace pocos siglos atormentaban a los pensadores (¿por qué hay ammonites en el Himalaya? ¿de dónde ha salido ese bicho trilobulado que parece una cochinilla de la humedad? ¿por qué encuentro ballenas si soy un feliz habitante del desierto?).

Típico. Vas paseando por el desierto y te encuentras un esqueleto de ballena. (CuriousCat)

Introducción

El cambio climático, del que todos hemos oído hablar, es una de las principales causas que afectan a la diversidad, composición, estructura y funcionamiento de las comunidades ecológicas. Las especies responden de diferentes formas al cambio climático, el cual afecta directamente a la persistencia de la cadena trófica y, en consecuencia, a toda la comunidad (Petchey et al., 1999). Por todos es sabido que la vida en la Tierra ha experimentado severas perturbaciones climáticas en el pasado que han afectado de forma similar a las comunidades biológicas, desde los siempre curiosos trilobites hasta los gigantes mamuts. Información que permite conocer cómo podrían responder las cadenas tróficas al actual cambio climático (Harnik et al., 2012).
El intervalo temporal de este artículo (Nenzén, H.K., Montoya, D. & Varela, S. (2014). The Impact of 850,000 Years of Climate Changes on the Structure and Dynamics of Mammal Food Webs. PLoS ONE, 9(9): e106651) corresponde al Periodo Cuaternario (de donde toma nombre nuestro blog, por supuesto), y que se caracteriza por marcados cambios climáticos sucedidos de forma cíclica, que discutiremos en futuras entradas.
Es en la península Ibérica donde se ha centrado este estudio. El registro fósil ibérico muestra que los cambios en las especies dentro de las comunidades son debidas a los cambios climáticos cuaternarios, donde algunas se extinguieron, otras prevalecieron y otras se aprovecharon para instalarse descaradamente en el nicho de las especies en extinción. Este estudio engloba seis grandes comunidades de mamíferos, abarcando un periodo de 850.000 años y que pretende mostrar a escala regional cómo se vieron afectadas por los cambios climáticos.

Hoy solo daremos un paseo de 850.000 años al pasado. Un leve pestañeo. (BBCAmerica)

Hasta la publicación de este artículo, nadie había estudiado la dinámica de las cadenas tróficas a lo largo del Cuaternario, cosa que puede ayudar a entender los cambios en las interacciones bióticas de las comunidades.

Resultados
Las comunidades pleistocenas comprenden entre 20 y 25 especies con un peso (si hay algún físico en la sala esperemos que no se enfade) mayor de 20 kg (Fig. 1a). Durante el pleistoceno las tasas de extinción fueron elevadas, desapareciendo una especie cada 20.000-36.000 años. Sin embargo, el número de especies reemplazantes igualó e incluso excedió el número de extinciones (Fig. 1b), por lo que, en general, el número de especies presentes en la cadena trófica no varió demasiado. Cabe destacar que un gran porcentaje de estas especies reemplazantes eran filogenéticamente similares a las especies extintas. Todo queda en familia. Esta situación no fue similar en el Holoceno, donde los ratios aumentaron dramáticamente, extinguiéndose una especie cada 830 años (Fig. 1c), es decir, un 56% de especies extintas desde el Pleistoceno Inferior. Estas extinciones afectaron significativamente a los depredadores especialistas y a las especies de gran tamaño corporal. Estas especies no fueron reemplazadas ya que también descendió bruscamente la tasa de reemplazamiento, lo que causó una reducción del número de especies presentes en los niveles tróficos, afectando a toda la estructura trófica. 

Figura 1.- Donde EP es Early Pleistocene, MP es Middle Pleistocene, LIM es last interglacial maximum, LGM es last glacial maximum y P es Present. a) Riqueza (número) de especies presentes en la cadena alimenticia; b) Especies extintas; c)  Especies reemplazantes.

En general, estas variaciones de las especies de mamíferos ibéricos a lo largo del Cuaternario están asociadas al patrón de glaciaciones cíclicas (en esta entrada omitimos la Tabla 1). Los periodos glaciar-interglaciar no muestran relaciones significativas con la cadena alimenticia, o lo que es lo mismo, los cambios climáticos cuaternarios no influyeron en las estructuras de las comunidades de mamíferos de la época.
Esto sugiere que la cadena trófica de los mamíferos del Cuaternario es independiente de los valores que hemos mencionado en la Fig. 1, y que la mayoría de los valores obtenidos (consultar Figura 1 y Figura 2) en las propiedades de la cadena trófica entre el Pleistoceno y Holoceno están asociadas con la pérdida de depredadores especialistas. Este hecho coincide con la observación de que las actuales comunidades de mamíferos son remanentes de las grandes comunidades del Pleistoceno (Koch & Barnosky, 2006).

La cadena trófica en estado puro. (ImgArcade)

Discusión
Los autores interpretan sus resultados estableciendo que los ciclos glaciares están asociados con los cambios en el dinamismo de las comunidades, y destacan la habilidad de estas para reorganizarse con la llegada de especies filogenéticamente similares sin alterar significativamente la cadena trófica. Los mamíferos ibéricos sufrieron importantes eventos de extinción y reemplazamiento, datos que fueron correlacionados para los últimos 850.000 años y en los que no se observa que las propiedades de la cadena trófica se vean afectadas por los cambios climáticos.
Los resultados muestran una marcada diferencia entre el Pleistoceno y el Holoceno. En el Pleistoceno las extinciones se daban independientemente del tamaño corporal y posteriormente eran reemplazadas, por lo que se mantenía el balance extinción/reemplazamiento, lo que coincide con la hipótesis de la conservación filogenética (Gómez et al., 2010), en la que las especies reemplazantes tienen más posibilidades de ocupar un nicho ecológico cuanto más emparentadas estén con las especies extintas a las que van a sustituir. Si te van a echar de tus tierras mientras te extingues por lo menos que sean familiares. En el Holoceno, por el contrario, se da un gran número de extinciones sin reemplazamientos además de la pérdida de multitud de especies especialistas, afectando, ahora sí, a la cadena trófica.
Durante el Holoceno, los humanos introdujeron especies domésticas (vacas o caballos, por ejemplo) como nuevas integrantes del ciclo alimenticio y, a diferencia del Pleistoceno, estas especies no fueron filogenéticamente similares a las especies extintas, lo que causó cambios en el funcionamiento del ecosistema. Nuestros primos Homo neanderthalensis llegaron antes que nosotros, pero los resultados no parecen indicar cambios significativos comparados con los que causó Homo sapiens.

A juzgar por las vestimentas y la construcción del edificio, parece un poblado de los primeros Homo sapiens sedentarios habiendo domesticado a los animales de granja. (HubPages)

Conclusión
Estudios de comunidades paleoecológicas proporcionan una visión entre las comunidades biológicas y su interacción con el medio a través del tiempo. Así pues, este trabajo presenta un intento de seguimiento de la evolución de la cadena trófica tanto en el Plioceno como en el Holoceno, lo que tiene consecuencias a la hora de entender la extinción masiva del Holoceno.

Referencias

Gómez, J.M., Verdú, M. & Perfectti, F. (2010). Ecological interactions are evolutionarily conserved across the entire tree of life. Nature 465: 918–921.

Harnik, P.G., Lotze, H.K., Anderson, S.C., Finkel, Z.V., Finnegan, S., et al. (2012). Extinctions in ancient and modern seas. Trends in Ecology & Evolution, 27: 608–617 .

Koch, P.L. & Barnosky, A.D. (2006). Late Quaternary Extinctions: State of the Debate. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 37: 215–250.

Nenzén, H.K., Montoya, D. & Varela, S. (2014). The Impact of 850,000 Years of Climate Changes on the Structure and Dynamics of Mammal Food Webs. PLoS ONE, 9(9): e106651.
Petchey, O.L., McPhearson, P., Casey, T. & Morin, P. (1999). Environmental warming alters food-web structure and ecosystem function. Nature, 402: 69–72.