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sábado, 16 de noviembre de 2019

Las plantas que conquistaron la tierra firme y crearon el suelo

Recreación artística de un ejemplar de Cooksonia. Fuente

Las primeras plantas terrestres eran embriofitos. Las plantas terrestres o embriofitas (Embryophyta) son un clado (grupo monofilético, es decir, surgido de un mismo ancestro común) formado por los descendientes de ciertas algas verdes, que se caracterizan por poseer una serie de adaptaciones para la vida fuera del agua, y que por lo tanto son los responsables de la colonización de la tierra por parte de las plantas. El clado comprende a todas las plantas terrestres: los briófitos (hepáticas, antoceros y musgos), los licopodios, los helechos, y las plantas con semilla, entre las que están las gimnospermas y las angiospermas.
Los embriofitos comparten los siguientes caracteres: un ciclo de vida diplobióntico; un tipo de crecimiento inequívocamente ligado al medio terrestre; una cutícula y estructuras reproductoras de tipo anteridio y arquegonio o derivadas de estos. Otro carácter importante de los embriofitos es la capacidad de sintetizar esporopolenina, un polímero extremadamente resistente que es un componente principal de la pared celular externa (exina) de las esporas y los granos de polen. La presencia de esporopolenina fue un factor decisivo durante la conquista inicial de la tierra firme por parte de las plantas porque, al ser extremadamente resistente permite la dispersión de esporas a largo plazo y proporciona soporte estructural y protección parcial contra la luz ultravioleta, la desecación y el ataque de microorganismos. Hay un consenso científico unánime que considera que la producción de esporas cubiertas por esporopolenina es la prueba inequívoca de afinidades embriofitas.
Criptosporas del Ordovícico argentino. Fuente
La conquista de la tierra firme por las primeras plantas terrestres no sucedió de la noche a la mañana. Comenzó hace unos 485–443 millones de años, durante el Ordovícico. La mejor evidencia que tenemos de los inicios de esa conquista son esporas fosilizadas de ese período. Esas esporas conocidas como criptosporas se parecen a las de las modernas hepáticas (división Marchantiophyta). Esas esporas, con paredes de esporopolenina, estaban adaptadas a la vida en tierra firme.
Anatómicamente, estas plantas primitivas se parecían mucho a los actuales antoceros, hepáticas y musgos (tres divisiones conocidas genéricamente como briófitos) porque no tenían ni estomas ni tejidos vasculares, una adaptación que no se produciría hasta unos pocos millones de años después.
Carentes de tejidos vasculares, ese tipo de plantas son poiquilohidras, lo que quiere decir que carecen de un mecanismo para regular el contenido hídrico de sus células y tejidos y prevenir la desecación. En general, los organismos poiquilohidros como hongos, algas y los que acabamos de citar no son capaces de vivir en ausencia de agua durante mucho tiempo y se desecan rápidamente, por lo que suelen vivir en ambientes húmedos o acuáticos. Dependen de la ósmosis y la difusión para transportar el agua y los nutrientes que necesitan para vivir, lo que, cuando viven en tierra firme, limita drásticamente su tamaño a unos pocos centímetros. Este tipo de crecimiento continuó hasta el Silúrico. Hasta entonces, el color verde de nuestro planeta se debía a organismos en miniatura.
Fósil de un extremo de Cooksonia de unos 5 mm de longitud. Fuente
Hace unos 415 millones de años, las plantas se vascularizaron. Esto lo cambió todo. Preparó el escenario para el mundo vegetal que conocemos hoy. Los paleobotánicos colocan los restos fósiles de las primeras plantas vasculares en Cooksonia, un género de plantas de la división Rhiniophyta, cuyos fósiles se han encontrado en muchas regiones del mundo, desde Irlanda, Gales e Inglaterra, hasta en países tan alejados de Europa occidental como Bolivia, Libia, Kazajistán, Estados Unidos o Australia.
En algunas especies de este género su estructura dicotómicamente ramificada presenta líneas oscuras que se han interpretado como tejidos vasculares. Todavía no eran plantas muy altas, porque el ejemplar más alto conocido mide de unos pocos centímetros, pero representó un paso importante hacia un mundo vegetal de mayor talla.
Cooksonia carecía de hojas, pero algunas especies tenían estomas (otra innovación importante para la regulación del agua en las plantas). Cada punta ramificada terminaba en una cápsula con esporangios productores de esporas. Se piensa que Cooksonia era más bien un esporofito altamente adaptado que pudo haber dependido de un gametofito para la fotosíntesis, tal y como ocurre en los briófitos actuales. Esta hipótesis está respaldada por el tamaño diminuto de muchos fósiles de Cooksonia, que sugiere que no tenían suficiente espacio dentro de sus tejidos para soportar la compleja maquinaria fotosintética. Por eso, aunque solamente se esté especulando, es muy posible que la vascularización surgió en un esporofito dependiente que con el tiempo gradualmente se hizo más y más independiente de su gametofito. Hasta que se encuentre un fósil gametofítico asociado no sabremos si esa hipótesis es cierta.
Recreación de una specie de Cooksonia. Fuente
Pero intente imaginar cómo era el mundo antes de que la vida conquistase la tierra emergida. Era un paisaje muy diferente a todo lo que conocemos hoy. Por un lado, no había suelo. Antes de que la vida se trasladara a tierra firme, no había nada orgánico que facilitara la formación del suelo. Un artículo publicado en Science fue uno de los primeros en demostrar que el aumento de ciertos sedimentos en la tierra, concretamente las arcillas formadoras de lodo, coincidió con el aumento de las plantas terrestres dotadas de raíces profundas.
Esa investigación fue un trabajo titánico. Los dos investigadores que suscribieron el artículo tuvieron que analizar miles de documentos científicos que abarcaron desde el eón de Arqueano, hace unos 3.500 millones de años, hasta el período Carbonífero, hace unos 358 millones de años. Al buscar cantidades relativas de rocas sedimentarias de grano fino genéricamente conocidas como lutitas en hábitats terrestres, pudieron ver cómo la geología sedimentaria evolucionaba a través del tiempo. Lo que encontraron fue que la presencia de esas rocas aumentaba aproximadamente al mismo tiempo que las primeras plantas terrestres comenzaban a colonizar la tierra. Antes de que las plantas llegaran a tierra, las lutitas constituían apenas el 1% de los sedimentos terrestres. Al final del Carbonífero, habían aumentado hasta el 26%.
Esto plantea la pregunta, ¿por qué son tan importantes esas rocas? ¿Qué nos dicen sobre lo que estaba sucediendo en los ambientes terrestres? Una clave para contestar estas preguntas radica en la composición de las propias rocas. Las lutitas están formadas por sedimentos de grano fino como la arcilla. Hay muchos mecanismos por los cuales se puede producir arcilla y muchas de ellas se formaron mucho antes de que aparecieran las plantas terrestres. La diferencia radica en la cantidad de minerales arcillosos en esos sedimentos. Aunque las bacterias y los hongos facilitan la formación de minerales arcillosos, lo hacen en pequeñas cantidades.
Una pequeña colonia de musgos es suficiente para retener suelo.
El verdadero cambio se produjo cuando las plantas comenzaron a enraizarse en tierra. Al empujar sus raíces hacia los sedimentos, las plantas actúan como conductos para aumentar la meteorización de los minerales. Las raíces no solo aumentan la conectividad entre el subsuelo y la atmósfera, también secretan sustancias como ácidos orgánicos y forman relaciones simbióticas con las cianobacterias y hongos que aceleran el proceso meteorizador típico del clima. Ningún proceso puramente tectónico o químico puede explicar la tasa de meteorización que tuvo lugar para ver tal incremento en minerales de grano fino.
Además, la presencia de plantas enraizadas habría asegurado que los lodos recién formados permanecieran mucho más tiempo en el paisaje. Mientras que, en ausencia de plantas, estos sedimentos habrían sido arrastrados a los océanos, las plantas se aferraron a ellos impidiendo su transporte. Las raíces de las plantas actúan como aglutinantes, reteniendo las partículas del suelo y evitando la erosión.
Aparte de sus raíces, el resto de estas plantas terrestres primitivas también habrían retenido a los sedimentos atrapándolos sobre sus cuerpos. A medida que el agua y el viento recogen y mueven los sedimentos, inevitablemente quedan atrapados alrededor y en el interior de los tallos y las hojas de las plantas. Incluso pequeñas colonias de hepáticas y musgos son capaces de hacer esta retención y céspedes enteras de esas y otras plantas pioneras habrían contribuido en gran medida no solo a la formación de estos sedimentos, sino también a su retención.
El movimiento de las plantas hacia tierra firme cambió el curso de la historia. Fue el comienzo de los cambios masivos que estaban por venir y que, en gran parte, comenzaron con la formación gradual de los suelos.
Todo ese proceso se lo debemos a algunos modestos pioneros vegetales como Cooksonia. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.