Cómo pequeñas plantas cambiaron la Tierra hace 488 millones de años

Un drástico cambio de paisaje registrado hace 488 millones de años fue instigado por la evolución de las primeras plantas diminutas, como musgos y hepáticas, según una nueva investigación de Caltech. En aquella época, la panorámica de las tierras bajas estaban dominados por vastas llanuras arenosas. Luego experimentaron un cambio importante e irreversible, tras el cual estos paisajes quedaron dominados por gruesas capas de barro.

Investigaciones anteriores postulaban que las plantas grandes con raíces profundas (como los árboles en los bosques) ayudaban a retener el barro, contribuyendo a crear un paisaje fangoso. Pero hace varios años, los científicos de la Tierra se dieron cuenta de que había un problema con esta idea: el aumento del lodo en la Tierra comenzó antes de que evolucionaran las plantas grandes y complejas.

De hecho, las únicas plantas que existían en el momento del gran aumento de lodo eran grupos de pequeñas briófitas de escala centimétrica, una colección informal de plantas no vasculares (aquellas que no tienen un sistema vascular y se reproducen a través de esporas no semillas) incluyendo musgos y hepáticas. ¿Cómo pudo la aparición de plantas tan pequeñas llevar a que se depositaran cantidades masivas de lodo en las llanuras aluviales de los ríos? La estudiante de posgrado de geobiología Sarah Zeichner se propuso responder a esta pregunta en el nuevo estudio.

Los paisajes de las tierras bajas están moldeados en gran medida por el movimiento, principalmente de los ríos, de lodo, limo y arena. El lodo está dominado por partículas minerales de arcilla de tamaño micrométrico, a diferencia de la arena, cuyas partículas tienen un tamaño de cientos de micrómetros y están compuestas predominantemente por pequeños fragmentos de roca y/o cuarzo mineral. Las diferentes propiedades de la arcilla (el componente principal del barro) y la arena dictan la forma en que estos materiales se mueven dentro de los ríos, lo que afecta la forma en que se depositan en el paisaje y se conservan en el registro de rocas.

Si se mezclan arena y arcilla en agua, las partículas de arena se depositan rápidamente en el fondo, mientras que la arcilla permanece suspendida. Estas partículas no se depositan en el fondo para producir un lecho fangoso a menos que las partículas comiencen a agruparse en agregados más grandes que puedan sedimentarse rápidamente, un proceso llamado floculación.

Zeichner planteó la hipótesis de que el surgimiento de plantas pequeñas como los musgos impulsó procesos a nivel molecular que iniciaron la floculación de la arcilla en los ríos, lo que permitió que el lodo se depositara en el paisaje.

En una serie de experimentos de laboratorio, ella y su equipo simularon cómo las partículas de arcilla en el lodo interactúan en el agua en movimiento, para ayudar a revelar cómo estas partículas podrían depositarse como lodo, en lugar de permanecer suspendidas en el agua. En los experimentos, se mezclaron diferentes partículas de arcilla con moléculas orgánicas que tienen propiedades químicas similares a las producidas por estas primeras plantas. Los investigadores encontraron que solo se necesitaba una pequeña cantidad de material orgánico para inducir a las partículas de arcilla a unirse, a flocular, y a asentarse rápidamente dentro del río simulado.

“Si deja un líquido turbio por sí solo, permanece suspendido y turbio durante días”, explicó Zeichner y agregó: “La arcilla es demasiado fina y simplemente no se asienta en una escala de tiempo significativa. Pero descubrimos que agregar incluso una pequeña cantidad de material orgánico actúa como una sustancia pegajosa para pegar las partículas de arcilla, lo que les permite formar grupos cada vez más grandes y, por lo tanto, asentarse más rápidamente en el fondo del recipiente“.

Estos experimentos pueden mejorar la comprensión del registro de rocas. Los paisajes estarán dominados por el sedimento en suspensión en los ríos que se deposita más rápidamente en las riberas. “Si se imagina que estas son las partículas que flotan en los ríos antiguos, y ese río se desborda en el paisaje después de una gran lluvia o deshielo, el lodo floculado se asentará muy rápido y creará orillas de ríos y llanuras de inundación más fangosas. La arena quedaría atrás”, afirmó Zeichner.

En este sentido, reconoció: “Para mí, esto es un gran problema, porque es un gran cambio en el registro de rocas que hicieron estas pequeñas y escasas plantas fundadoras, que producen moléculas que cambian la forma en que se comportan los sedimentos a escala global. Antes de esto, el mundo era como una playa enorme”.

La investigación también tiene ramificaciones para el ciclo moderno del carbono: los procesos globales a través de los cuales el carbono se libera a la atmósfera o al océano, o queda atrapado bajo tierra. Comprender el ciclo del carbono es fundamental para tomar decisiones políticas para combatir el cambio climático. “Con el descubrimiento de este mecanismo de enterramiento de lodo impulsado por elementos orgánicos, llega el reconocimiento de nuevas conexiones rentables entre el entierro de lodo y el secuestro de carbono en los paisajes de tierras bajas”, sostuvo Fischer.

“Hay muchos lugares en todo el mundo donde la tierra se está hundiendo y careció de sedimentos debido a la construcción de diques en los ríos que dictan estrictamente los caminos que el agua y los sedimentos pueden tomar para controlar las inundaciones. Sabiendo que el carbono orgánico promueve la deposición de lodo, y viceversa, plantea la emocionante posibilidad de que las decisiones de uso de la tierra para la restauración del paisaje que permitan el acceso a sedimentos fluviales frescos también puedan promover el secuestro de carbono”, expuso esta científica. El secuestro de carbono es el proceso de capturar y contener carbono para reducir la cantidad de carbono en la atmósfera, lo que en última instancia ayudaría a reducir el cambio climático.