“Macrobes”: Ediacaran Period fossils / “Macrobios”: Fósiles del periodo Ediacárico

Previously we have dealt on how alien life could be. In this post we come back to the evolution of life on Earth.

In the “Multicellularity” post we left life about 1 billion years ago, when it had evolved from single cell beings into pluricellular configurations like, for example, Grypania spiralis.

If there is a king that dominates life on our planet, we must recognize that it corresponds to the kingdom of plants, which feed all the individuals of the other living kingdom. Botanists will forgive me, but I think most humans are more fascinated by animals. The oldest fossils of animals of a clearly visible size were found in 1946 within the Ediacara region of South Australia, whose name was used for the Ediacaran Period, the last period of the Proterozoic Eon (1).

About 720 million years ago, Earth cooled again, resulting in the second Snowball Earth episode of our planet (2). This phase is called the Cryogenian Period and lasted until the beginning of the Ediacaran Period, 635 million years ago (3). The layer of ice above the oceans was about one-km-thick—0.62 miles—causing nearly absolute darkness below. The extinction of plant and animal species was probably massive (2).

Recreation of the Snowball Earth / Representación de la "Tierra bola de nieve"

To seek refuge from the icy temperatures, life took refuge in hydrothermal vents at the ocean’s bottoms and on surface geysers in a large number of very different ecosystems. Similar to aquariums, these redoubts must have been of variable size and, most importantly, must have been very isolated from each other by distance and ice. The differences among these isolated ecosystems originated various evolutionary pathways that allowed the great explosion of variable life-forms characteristic of the Cambrian Period 541 million to 485.4 million years ago (2,4).

At the end of this Snowball Earth episode, volcanic activity added again greenhouse gases to the atmosphere. When these gases reached a sufficient concentration, they caused the temperature to rise and the beginning of the thaw, offering all these organisms an almost infinite variety of new ecological environments. Life evolved rapidly in the phenomenon known as adaptive radiation—the process in which organisms diversify rapidly from ancestral species to adapt to the new environments. Consequently, this warming of temperature generated a multitude of new species (4). Nonetheless, an essential component, oxygen, was still missing in the atmosphere. It only reached sufficient concentration for complex animals about 550 million years ago, just before the start of the Cambrian Period (2).

Fossils from the Ediacaran Period (635 to 541 million years ago) are different from any other known animal, nor do they appear to have left a trace among current animals, although some species may have survived to the Cambrian Period (541 to 485 million years ago). These animals possessed skeletons that lacked minerals and were comprised of softer components than our bones. Being organisms without hard parts, their fossils are scarce; nevertheless, at least seventy different species have currently been located in six continents (2). In the nineteenth century, the lack of detection of fossils in rocks older than the Cambrian Period was a setback for Darwin because their apparent absence contradicted the expected continuity in the evolution of life. In On the Origin of Species Darwin stated that it was inexplicable to him (5). According to paleontologist Peter Ward and geophysicist Joseph Kirschvink, Darwin went to the grave cursing the fossil evidence known in his time (2).

The first animal genera identified, thanks to the presence of cholesteroids in their fossils, is Dickinsonia. These were soft-bodied sea creatures resembling a pancake with indentations that lived during the late Ediacaran Period, about 550 to 600 million years ago. They demonstrate another relevant new phenomenon in multicellular organisms, the bilateral symmetry of bodies (6).

Fossil of Dickinsonia lissa / Fósil de Dickinsonia lissa (7)

Most of the evidence of life from this period is in the form of fossilized traces of movement (8). Mobility in animals implies many advances, such as the presence of skeletons to which muscles adhere or the existence of sensor systems. These systems developed the ability of the animal to perceive the characteristics of their environment, allowing them to search for food and reproductive partners or to flee from predators. Digestive systems and legs can also be observed, as well as complex behaviors such as burrowing (9). All these new capabilities and associated sensory systems must be processed, which in turn implies the need for a brain (2).

Versión en español:

Anteriormente hemos tratado sobre cómo podría ser la vida extraterrestre. En este post volvemos a la evolución de la vida en la Tierra.

En el post "Multicelularidad" dejamos la vida hace unos 1.000 millones de años, cuando había evolucionado desde seres unicelulares a configuraciones pluricelulares como, por ejemplo, Grypania spiralis.

Si hay un rey que domina la vida en nuestro planeta, debemos reconocer que corresponde al reino vegetal, que alimenta a todos los individuos del otro reino. Los botánicos me perdonarán, pero creo que la mayoría de los humanos estamos más fascinados por los animales. Los fósiles más antiguos de animales de un tamaño claramente visible se encontraron en 1946 dentro de la región de Ediacara en el sur de Australia, cuyo nombre se utilizó para el Período Ediacárico o Ediacarano, el último período del Eón Proterozoico (1).

Hace unos 720 millones de años, la Tierra se enfrió de nuevo, dando lugar al segundo episodio de “Tierra en bola de nieve” de nuestro planeta (2). Esta fase se llama Período Criogénico y duró hasta el comienzo del Período Ediacárico, hace 635 millones de años (3).

La capa de hielo sobre los océanos tenía aproximadamente un kilómetro de espesor, causando una oscuridad casi absoluta debajo. La extinción de especies vegetales y animales fue probablemente masiva (2). Para buscar refugio de las bajas temperaturas, la vida se refugió en respiraderos hidrotermales en los fondos del océano y en géiseres de superficie, en un gran número de ecosistemas muy diferentes. Parecidos a acuarios, estos reductos de vida deben haber sido de tamaño variable y, lo más importante, deben haber estado muy aislados entre sí por la distancia y el hielo. Las diferencias entre estos ecosistemas aislados originaron diversas vías evolutivas que permitieron la gran explosión de variables formas de vida características del Período Cámbrico hace 541 millones a 485,4 millones de años (2,4).

Al final de este episodio de “Tierra en bola de nieve”, la actividad volcánica agregó nuevamente gases de efecto invernadero a la atmósfera. Cuando estos gases alcanzaron una concentración suficiente, provocaron que la temperatura subiera y comenzara el deshielo, ofreciendo a todos estos organismos una variedad casi infinita de nuevos ambientes ecológicos. La vida evolucionó rápidamente en el fenómeno conocido como radiación adaptativa, el proceso en el que los organismos se diversifican rápidamente de las especies ancestrales para adaptarse y aprovechar nuevos entornos. En consecuencia, este calentamiento de la temperatura generó multitud de nuevas especies (4). Sin embargo, un componente esencial, el oxígeno, todavía faltaba en la atmósfera. Solo alcanzó una concentración suficiente para animales complejos hace unos 550 millones de años, justo antes del comienzo del Período Cámbrico (2).

Los fósiles del Período Ediacárico (hace 635 a 541 millones de años) son diferentes de cualquier otro animal conocido y no parecen haber dejado rastro entre los animales actuales, aunque algunas especies pueden haber sobrevivido hasta el Período Cámbrico (hace 541 a 485 millones de años). Estos animales poseían esqueletos que carecían de minerales y estaban compuestos de elementos más blandos que nuestros huesos. Al ser organismos sin partes duras, sus fósiles son escasos; sin embargo, al menos setenta especies diferentes se han localizado actualmente en seis continentes (2). En el siglo XIX, la falta de detección de fósiles en rocas más antiguas que las del Período Cámbrico fue un revés para Darwin porque su aparente ausencia contradecía la continuidad esperada en la evolución de la vida. En “Sobre el origen de las especies” Darwin declaró que era inexplicable para él (5). Según el paleontólogo Peter Ward y el geofísico Joseph Kirschvink, Darwin fue a la tumba maldiciendo la evidencia fósil conocida en su tiempo (2).

El primer género animal identificado, gracias a la presencia de colesteroides en sus fósiles, es Dickinsonia. Estas eran criaturas marinas de cuerpo blando que se asemejaban a un panqueque con hendiduras y que vivieron durante el período Ediacárico tardío, hace unos 550 a 600 millones de años. Muestran otro nuevo fenómeno relevante en organismos multicelulares, la simetría bilateral de los cuerpos (6).

La mayor parte de la evidencia de vida de este período está en forma de rastros fosilizados de movimiento (8). La movilidad en animales implica muchos avances, como la presencia de esqueletos a los que se adhieren los músculos o la existencia de sistemas de sensores. Estos sistemas desarrollaron la capacidad del animal para percibir las características de su entorno, lo que le permitió buscar alimento y parejas reproductivas o huir de los depredadores. También se pueden observar sistemas digestivos y piernas, así como comportamientos complejos como la excavación (9). Todas estas nuevas capacidades y sistemas sensoriales asociados deben ser procesados, lo que a su vez implica la necesidad de un cerebro (2).

Images / Imágenes:

Recreation of the Snowball Earth / Representación de la "Tierra bola de nieve".

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Fossil of Dickinsonia lissa / Fósil de Dickinsonia lissa. Masahiro Miyasaka. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dickinsonia_lissa_%E3%83%87%E3%82%A3%E3%83%83%E3%82%AD%E3%83%B3%E3%82%BD%E3%83%8B%E3%82%A2_%E3%83%AA%E3%83%83%E3%82%B5.jpg. CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0> , via Wikimedia Commons.

References / Referencias:

1. Reg. C. Sprigg. Early Cambrian (?) jellyfishes from the Flinders Ranges, South Australia. Transactions of the Royal Society of South Australia. 71 (2): 212–224, 1947.

2. Peter Ward and Joseph Kirschvink. A New History of Life: The Radical New Discoveries About the Origins and Evolution of Life on Earth. Bloomsbury Publishing, London, 2015.

3. David Christian. Origin Story: A Big History of Everything. Allen Lane, Penguin Random House UK, London, 2018.

4. Stephen J. Gould. Wonderful Life: The Burgess Shale and the Nature of History. W. W. Norton & Company, New York, 1989.

5. Charles Darwin, 1859. On the Origin of Species by Means of Natural Selection or, the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life. eBook, Project Gutenberg. https://www.gutenberg.org/ebooks/1228. First edition, November 23, 2009 [eBook nº 1228], updated January 22, 2013.

6. Ilya Bobrovskiy et al. Ancient steroids establish the Ediacaran fossil Dickinsonia as one of the earliest animals. Science21 Sep 2018: Vol. 361, Issue 6408, pp. 1246-1249. DOI: 10.1126/science.aat722.

7. Masahiro Miyasaka. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dickinsonia_lissa_%E3%83%87%E3%82%A3%E3%83%83%E3%82%AD%E3%83%B3%E3%82%BD%E3%83%8B%E3%82%A2_%E3%83%AA%E3%83%83%E3%82%B5.jpg. CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0> , via Wikimedia Commons.

8. Chen, Z., Zhou, C., Yuan, X. et al. Death march of a segmented and trilobate bilaterian elucidates early animal evolution. Nature 573, 412–415 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1522-7.

9. Traci Watson. These bizarre ancient species are rewriting animal evolution. Nature 586, 662-665 (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-02985-z