Las plantas: Historias desde la muy remota antigüedad.

En estos tiempos la investigación científica sobre las formas de vida del pasado muestra avances como nunca antes, los resultados, en ocasiones sorprenden y en otras confirmas viejas teorías.

Las extinciones masivas sucedidas en repetidas ocasiones en el pasado del planeta son ya conocidas y explicadas de algún modo. La Tierra se sacude, de tiempo en tiempo, y produce una regeneración en las especies.

Casi siempre el tema central resultan ser los animales, en menor medida se da atención a las plantas, pero en esta ocasión se incorporan resultados sobre estas últimas.

Registro fósil de aparición de los diferentes clados de plantas vasculares. Nótese la intensa radiación de las angiospermas en comparación con loshelechos y gimnospermas. Dibujado y traducido a partir de Willis y McElwain (2002).

Se ha mencionado que en una carta que le escribió a un amigo, Charles Darwin se refirió a aparición repentina de las angiospermas como un "abominable misterio". En los registros fósiles más antiguos, las primeras "plantas vasculares" datan de hace cuatrocientos millones de años. Luego en el "Devónico" y en el "Carbonífero" predominaron las: Lycophytas, Sphenophytas y Progimnospermas, que fueron dominantes hasta hace unos trescientos millones de años. El comentarios surge a partir del hecho de que su diversificación fue sumamente asombrosa, la diversidad de fósiles de hace unos ciento treinta millones de años, es notable debido a que aparecen enormes cantidades de fósiles de especies muy diversas, como si hubieran aparecido con toda su diversidad de golpe.

Las primeras  plantas con semillas aparecieron en el "Devonico tardío", y eso llevó a la típica flora del "Mesozoico" dominada por gimnospermas. Los fósiles más antiguos de angiospermas encontrados hasta la fecha datan aproximadamente de hace ciento cuarenta millones de años, eso implica, principios del "Cretácico", y el número de especies encontrado aumenta de forma llamativa con el tiempo geológico, en comparación a otras plantas no angiospermas. Se diversificaron rápidamente desde hace unos cien millones de años, llegando a dominar todos los biomas del globo salvo las regiones polares hace unos, entre sesenta y cinco y setenta y cinco millones de años, dominancia que se mantiene hasta la fecha.

Para esa época ya existía la mayor parte de las familias de angiospermas que conocemos actualmente, e incluso algunos de los géneros actuales, hoy, cerca del 90% de las plantas terrestres pertenecen a este grupo, con unas 257 mil especies vivientes.

Fotografía de un típico árbol de una planta angiosperma. Tomada de la página de Ecología Verde.

Las flores sobrevivieron a las extinciones masivas por su capacidad de adaptación.

Las plantas con flores, "angiospermas", escaparon relativamente ilesas de la extinción masiva que acabó con los dinosaurios hace alrededor de sesenta y seis millones de años, revela un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Bath, así como de la Universidad Nacional Autónoma de México, el cual fue publicado en la revista científica "Biology Letters" de la Royal Society del Reino Unido.

Las "angiospermas" comúnmente llamadas plantas con flores o plantas florales, son las plantas con semillas cuyas flores tienen verticilos o espirales ordenados de: sépalos, pétalos, estambres y carpelos; estos últimos encierran a los óvulos de la planta y reciben el polen en su superficie estigmática.

Magnoliophyta, es el nombre que agrupa a los organismos emparentados, o "taxón",  seleccionado por algunos autores para dar el nombre al grupo, por ser un género representativo de las que en su momento se creyeron las angiospermas con más caracteres ancestrales retenidos, y proviene del género "magnolia", que conforma una antigua familia que evoluciono.o antes de la existencia de las abejas, por lo que las flores se desarrollaron de forma que pudieran ser polinizadas por escarabajos. Como consecuencia, poseen duros "carpelos" para evitar su deterioro, con otra característica distintiva de las magnolias que es la ausencia de "sépalos" o "pétalos"; en su lugar tienen "tépalos", que es un elemento intermedio. Cabe mencionar que se han encontrado especímenes fosilizados de "Magnolia acuminata" con veinte millones de años, y se han podido identificar plantas similares a la familia "Magnoliaceae" que datan de hace ciento veinticinco millones de años. 

Las angiospermas salieron casi ilesas del devastador evento que acabó con los dinosaurios.

La imagen, es una recreación del hábitat del reptil primitivo "Teleocrater rhadinus" (al frente), que habitó entre los 299 y 251 millones de años en el pasado.

Fotografía de la Agencia Afp.

Los investigadores de las Universidades de Bath y Nacional Autónoma de México, concluyen en su informe que: "Si bien sufrieron la pérdida de algunas especies, el devastador evento ayudó a que estas plantas con flores se convirtieran en el tipo de vegetales dominantes que son hoy".

Ha habido varias extinciones masivas en la historia de la Tierra, la más famosa fue causada por el impacto de un asteroide hace unos sesenta y seis millones de años, situación que cambió el curso de la vida en el planeta.

La extinción conocida como del "Cretácico-Paleógeno", erradicó al menos 75% de todas las especies, incluidos los dinosaurios, pero hasta ahora no estaba claro qué tipo de impacto tuvo en las "angiospermas".

Las plantas no tienen esqueletos ni exoesqueletos como la mayoría de los animales, lo que significa que sus fósiles son relativamente raros, y hace muy difícil comprender la línea temporal de la evolución a partir únicamente de la evidencia de los restos.

Los doctores Jamie Thompson, del Centro Milner para la Evolución de la Universidad de Bath, y Santiago Ramírez-Barahona, de la Universidad Nacional Autónoma de México, y sus equipos analizaron “árboles evolutivos" construidos a partir de mutaciones en las secuencias del Ácido Desoxirribonucleico (ADN) de hasta 73 mil especies vivas de "angiospermas".

Posteriormente, con métodos estadísticos complejos, ajustaron modelos de “nacimiento-muerte” para estimar las tasas de extinción a lo largo del tiempo geológico.

Si bien el registro fósil muestra que muchas especies desaparecieron, los linajes a los que pertenecen, como las familias y los órdenes, sobrevivieron lo suficiente para florecer y luego dominar: de las alrededor de 400 mil especies de vegetales que viven hoy día, unas 300 mil de ellas son plantas con flores.

Mapamundi que muestra la superficie terrestre durante el Cretácico medio, hace unos cien millones de años. Nótense las isotermas, que predicen que la temperatura global promedio era unos 4,8 °C más alta que ahora, y la ruptura de la "Pangea": hacia el norte se observan "Norteamérica" y "Europa" , hacia el sur la "Antártida", "Australia" e "India", los que fuero aquí amplificados por la deformación del mapamundi, y en el centro los continentes de "África" y "Sudamérica".

Tomada de wikipedia,Willis & McElwain 2002, redrawn from Barron & Washington 1984.

El doctor en Ciencias Biológicas Ramírez-Barahona explica: “Las plantas con flores tienen una notable capacidad de adaptación: utilizan una variedad de mecanismos de polinización y dispersión de semillas, algunas han duplicado sus genomas completos y otras han desarrollado nuevas formas de fotosíntesis. Este ‘poder de las flores’ es lo que los convierte en verdaderos supervivientes de la naturaleza”.

Descubren en en la Cuenca de Irkutsk, en Rusia sedimentos de flora y fauna del Jurásico.

Un equipo de paleontólogos de la Universidad Estatal de Tomsk y del Instituto de la Corteza Terrestre de la Sucursal Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia descubrieron en la provincia de Irkutsk sedimentos con restos de flora y fauna del Jurásico, comunicó ese instituto.

La cuenca hullera de Irkutsk es una depresión continental que incluye sedimentos que datan del Jurásico, lugar donde se estima pueden encontrarse restos de dinosaurios. Ya en el año 2020, en esa cuenca fueron hallados vestigios de dos peces de ese periodo, además de que durante otra expedición, realizada en el  2022, se encontraron otros veinticinco ejemplares.

El hallazgo de un área con la fauna aumenta las perspectivas de descubrir dinosaurios y otros vertebrados de esa data en la Cuenca de Irkutsk. Los datos reunidos permiten reconstruir la "biota" que existió en dicho sitio durante el Jurásico Inferior y Medio, es decir hace entre 180 y 175 millones de años.

La cuenca hullera de Irkutsk es una depresión continental que incluye sedimentos que datan del Jurásico. Fotografía tomada de la página de Diario Hoy. 

Se informó en un comunicado: “Este año, una expedición que duró cuatro semanas investigó la parte norte de la cuenca de Irkutsk. Los científicos estaban trabajando en la aldea de Vladímirovka, cerca de la ciudad de Tulún. Como resultado, fueron descubiertas muchas icnitas de plantas y animales, ellos estiman que allí se pueden encontrar restos de dinosaurios".

El viaje a Siberia Oriental es avalado por el "Programa Prioridad 2030 del Estado ruso de apoyo a las Universidades".

En los alrededores de Vladímirovka el grupo halló “un paraíso de helechos”, una gran variedad de ejemplares de esa planta, algunos de ellos se consideraron poco comunes, así como fragmentos de un pez y de numerosos y muy variados insectos del Jurásico.

La "biota", es en su conjunto de gran valor para comprender la forma en que el medio ambiente se desarrollaba en esa zona en la etapa del Jurásico, muy diferente a las condiciones actuales. Es esta investigación, el inicio de la apertura, de una puerta que nunca había estado abierta.

Hallan fósil del depredador más grande de América del Sur.

En un nuevo estudio publicado en el Zoological Journal of the Linnean Society, un equipo internacional de investigadores revela el sorprendente descubrimiento del fósil de una especie de 265 millones de años de antigüedad, exquisitamente bien conservada. 

El descubrimiento se realizó en la zona rural de São Gabriel, en el sur de Brasil, "Pampaphoneus biccai", es su nombre, y se establece que dominó el paisaje en América del Sur, unos rcuaaenta millones de años antes del reino de los dinosaurios.

Reconstrucción artística del ‘Pampaphoneus biccai’. Fotografía de  Márcio Castro.

El fósil de este magnifico depredador, de gran talla, incluye un cráneo completo y algunos huesos, como costillas y de los miembros superiores, pertenece a la rama de los primeros terápsidos llamados dinocéfalos, vivió justo antes del mayor evento de extinción en la historia de la Tierra que eliminó a cerca del 85% de todas las especies animales en el mundo.

Antes de la extinción, estos dinocéfalos eran de los principales grupos de grandes animales terrestres que prosperaban en el planeta. Eran criaturas de tamaño mediano a grande con representantes tanto carnívoros como herbívoros. Los dinocéfalos tenían huesos craneales gruesos, lo que dio lugar al nombre del grupo, que se traduce como “cabeza terrible” del griego. Si bien son muy conocidos en Sudáfrica y Rusia, estos animales son raros en otras partes del mundo. "Pampaphoneus biccai" es la única especie conocida en Brasil.

Afirmó Mateus A. Costa Santos, estudiante de posgrado en el Laboratorio de Paleontología de la Universidad Federal de Pampa (Unipampa) y principal autor del estudio: “El fósil fue encontrado en rocas del "Pérmico medio", en una zona donde los huesos no son tan comunes, pero siempre guardan agradables sorpresas. Encontrar un nuevo cráneo de "Pampaphoneus" después de tanto tiempo fue extremadamente importante para aumentar nuestro conocimiento sobre el animal, que antes era difícil de diferenciar de sus parientes rusos”.

Por otra parte, Stephanie Pierce, coautora del trabajo e integrante del Museo de Zoología Comparada de Harvard, explicó: “Este animal era una bestia de aspecto retorcido, y debe haber provocado puro miedo en cualquier cosa que se cruzara en su camino. Su descubrimiento es clave para vislumbrar la estructura comunitaria de los ecosistemas terrestres justo antes de la mayor extinción masiva de todos los tiempos. Es un hallazgo espectacular que demuestra la importancia global del registro fósil de Brasil”.

El nuevo espécimen es tan sólo el segundo cráneo de "Pampaphoneus biccai" descubierto en América del Sur. Aunque es de mayor tamaño que el primero y aporta información sin precedente sobre su morfología debido a la excepcional conservación de los huesos.

Señaló Felipe Pinheiro, coautor del estudio y profesor de (Unipampa): “Pampaphoneus desempeñó el mismo papel ecológico que los grandes felinos modernos, era el depredador terrestre más grande que conocemos del Pérmico en América del Sur. Tenía dientes caninos grandes y afilados adaptados para capturar presas. Su dentición y su arquitectura craneal sugieren que su mordida era lo suficientemente fuerte como para masticar huesos, al igual que las hienas modernas”.

Aunque el cráneo encontrado intacto, con casi 40 centímetros, dentro de la investigación se sugiere que, un fósil no identificado antes, representa un tercer individuo potencial que era hasta dos veces más grande que el nuevo hallazgo. Si bien a este último sólo se le conoce por un fragmento de su mandíbula, pero, que sí que tiene características suficientes para identificarlo como "P. biccai".

Los investigadores estiman que los individuos más grandes de esta especie podrían medir casi tres metros de largo y pesar alrededor de cuatrocientos kilos. Era un hábil depredador capaz de alimentarse de animales de tamaño pequeño a mediano. En la misma localidad donde se encontró el fósil también se han identificado algunas de sus presas potenciales, como el pequeño dicinodonte "Rastodon procurvidens" y el anfibio gigante "konzhukovia".

Los dicinodontes fueron un grupo de "protomamíferos", los había tanto carnívoros como herbívoros, con dientes reducidos, huesos cortos y robustos. El nombre de la especie Rastodon, se deriva de la "Formación Rio do Rasto", donde se encontraron sus restos, y la palabra griega para "diente", mientras que, "procurvidens", significa "diente curvado hacia adelante" y describe sus dientes de forma única. Tenía una cabeza picuda con un solo par de colmillos y una protuberancia nasal cubierta de queratina. Sin embargo, posee varios rasgos distintivos, de los cuales sus colmillos curvados anteriormente son los más distintivos. Además, su cráneo es relativamente largo y poco profundo en comparación con el de sus parientes cercanos. Sus colmillos entraron en contacto con la mandíbula inferior durante la masticación propalinal.

Ilustración de un "Rastodon procurvidens", que fue un dicinodonte bastante típico. 

Tomada de wikipedia trabajo propio de Marcio L. Castro.

Los anfibios son un grupo de animales vertebrados, tetrápodos, ectotérmicos, con respiración branquial en la etapa larvaria y pulmonar en la adulta que fueron los primeros en adaptarse a una vida semiterrestre, con características especiales pues combinaban la estancia en medios tanto acuáticos como terrestres. El denominado "Konzhukovia" es un género extinto de anfibio  que alcanzó hasta una longitud de diez metros, perteneciente a la familia "Archegosauridae", el cual vivió durante el "Pérmico superior".

Dibujo que muestra a un anfibio de la especie "Konzhukovia vetusta", similar al sudamericano propuesto como habitante del Río do Rasto.

En lo referente a las plantas, en el Pérmico, las extensas zonas continentales creaban climas con variaciones extremas de calor y frío  y unas condiciones monzónicas con precipitaciones estacionales, prosperaron las formaciones desérticas en Pangea. Estas condiciones secas favorecieron a las "gimnospermas", plantas con semillas encerradas en una cubierta protectora, frente a plantas como los "helechos" que precisan dispersar sus esporas. También aparecieron  los primeros árboles pertenecientes a las ginospermas: coníferas, guinkos y cicadáceas y gnetófitos. 

Para encontrar el camino de evolución de las plantas expongo lo siguiente:

Monilophyta o Moniloformopses es un "clado", que se calcula  tiene más de 350 millones de años, un grupo monofilético de plantas vasculares, que comprende a los "helechos", esto es, pteridófitos con megafilos o "Pterophyta"; y las familias  "Psilotaceae" y "Equisetaceae". 

Los "helechos" son plantas vasculares sin semilla, cuyas características morfológicas más sobresalientes son sus grandes hojas, llamadas "megafilos" o "frondes", usualmente pinadas y con prefoliación circinada. Tradicionalmente ha agrupado a tres grupos, los "helechos" "leptosporangiados", "maratiales" y "ofioglosales", sin embargo, los análisis genéticos modernos encontraron que estos últimos, están relacionados con los "psilotales", los cuales históricamente se clasificaron aparte al considerárseles primitivos, agrupándose ahora juntos en un solo taxón llamado "Ophioglossidae". Pueden presentar "soros" para su reproducción.

La familia de "Psilotaceae", los "psilotales" se caracterizan por poseer el "esporófito" muy simplificado, carecen de raíces, con hojas reducidas, y con un tallo que se ramifica dicotómicamente, lo que probablemente se debe a su asociación con hongos, primordialmente "epífitas", es decir, parásitas mecánicas y no nutricionales, de naturaleza muy primitiva.

Mientras que la familia de "Equisetaceae", se compone de plantas en las que todas sus esporas son iguales, y poseen la capacidad de producir gametófitos capaces de originar gametos masculinos y femeninos, que son superficiales y de color verde. Siendo su género viviente, "Equisetum", "Equisetum bogotense" conocido popularmente como "cola de caballo", o limpia plata, por su alto contenido de sílice, presentan tallos que alcanzan un tamaño de entre veinte y sesenta centímetros, con 5-6 crestas bianguladas, con verticilos regulares de ramas; ramas con 4 crestas prominentemente sulcadas; vainas nodales, con segmentos sulcados y parduscos, con dientes papiráceos; estomas dispersos a lo largo de los valles; estróbilos obtusos, pertenecen también a las plantas primitivas.

Planta Monilophyta, "Pteris argyrea" (Pteridaceae).

Tomada de wikipedia, fotografia de Frank Schulenburg.

Lycophytas

Son las plantas vasculares más antiguas que existen en la actualidad. Las licofitas habrían tenido su origen en las "Zosterophyllopsida" , un grupo de plantas vasculares verdaderas sin hojas contemporáneas de las"Rhyniophytas". Los investigadores se basan en la disposición espiralada de los estrobilos vascularizados de las Zosterophytophytas, estos estrobilos podrían haber evolucionado para formar láminas fotosintetizadoras que conocemos actualmente como hojas microfilas. Tomando en cuenta los grupos extintos, las licofitas más antiguas se diversificaron en el "Silúrico" hace más de cuatrocientos veinte millones de años y los órdenes actuales vienen desde el "Devónico".

Fotografía de "Lycopodium annotinum". Tomada de wikipedia. Franz Xaver, trabajo propio.

Lycophyta fue un grupo especialmente diverso y abundante en el "Carbonifero", y los restos de esas plantas representan nuestros mayores depósitos de carbón. Se calcula que ellas dominaron los pantanos costeros de las áreas bajas tropicales .

Algunas licofitas evolucionaron hacia árboles grandes, con crecimiento secundario que les permitía un aumento en grosor del tronco. Los tallos de estas plantas estaban cubiertos por hojas, lo que dejó las bases foliares características encontradas en los representantes extintos. Estas plantas también desarrollaron los llamados «sistemas de raíces estigmarios», que se presume que fueron derivados de "rizomas" en ese caso las raicillas dispuestas en espiral pueden ser hojas modificadas. Los patrones de crecimiento de estas enormes plantas aún son pobremente comprendidos, pero pueden haber crecido muy lentamente en altura al principio, mientras el sistema radical se establecía, y rápidamente más tarde. Pueden haber muerto luego de producir simultáneamente estróbilos en las puntas de todas sus ramas.

Sphenophytas

Fotografía de tallos vegetativos esteriles de "Equisetum telmateia".

Tomada de wikipedia. 

Son plantas vasculares afines a los helechos que aparecieron en el "Devónico" , pero que actualmente sobrevive únicamente el género "Equisetum" , si bien hay representantes de órdenes extintos. Este grupo es monofilético, aun con sus representantes extintos, debido a su morfología distintiva. Son plantas pequeñas, aunque en el pasado una variedad de calamitácea alcanzó los 15 metros durante el "Pérmico".

Esta clase es bien conocida en su registro fósil, ya que es fácilmente identificada debido a su arquitectura del tallo característica.

Al igual que las licofitas, ya existían en el "Devónico", pero se volvieron mucho más abundantes en el "Carbonifero" en ese momento algunas de ellas tenían hojas mucho más grandes, desarrollaron la "heterosporía", y se volvieron árboles impresionantes. Este género produjo grandes árboles de hasta dieciocho metros de altura, con troncos de hasta cincuenta centímetros de diámetro. Se conoce que "Equisetum" es muy parecido a "Equisetites" de hace trescientos millones de años

Progimnospermas

Son una "división" extinta de plantas vasculares, antecesoras de las modernas plantas con semilla,  "Spermatophyta" o "fanerógamas" o "espermatofitas", exhibían un crecimiento monopódico con xilemas secundarios lignificados, y dada sus características compartidas con las "coníferas", fueron los primeros árboles modernos. Vivieron desde el "Devónico Medio" hasta el "Carbonífero Inferior", cuando se extinguieron. El género más conocido es "Archaeopteris", un árbol fósil con hojas de tipo helecho encontrado en todo el mundo desde el "Devónico Superior" hasta el "Carbonífero Inferior".

Nuestro conocimiento de los orígenes de la semilla se basa principalmente en fósiles bien preservados, pertenecientes al período antes referido, que fueron llamados "Progimnospermas" o "helechos con semilla". Como puede observarse de sus hermanos vivientes los helechos, las espermatofitas descienden de un ancestro caracterizado por la "homosporía", lo que significa que poseían un solo tipo de espora, "gametofitos" siempre bisexuales. Un paso crítico en el desarrollo de la semilla fue la evolución de la "heterosporía": la producción de dos tipos de esporas, las "megasporas" y las "microsporas", que darán los gametofitos femeninos y masculinos respectivamente.

La "heterosporía", se cree que se originó muchas veces en forma independiente en linajes no emparentados de plantas vasculares, existen ejemplos diversos, en muchos de esos casos el desarrollo de la heterosporía fue seguido de una reducción del número de megasporas funcionales.

Es un grupo poco entendido que se caracteriza por presentar anatomía de "gimnospermas" y reproducción por "esporas". Estas plantas presentaron un hábito arbustivo o arborescente con un patrón de ramificación lateral pero sin la producción de yemas axiales, con madera picnoxilica, esto es, un tipo de madera en la que predominan los tejidos vasculares, principalmente xilema secundario, sobre el parenquimático, por ejemplo en los tallos de "Coniferophyta", es el termino opuesto a "manoxílico"; y el "xilema secundario", que es el principal constituyente de la madera, el cual es quizá el principal producto vegetal usado por la humanidad en toda su historia. Es producido por el cambio vascular, el cual se encuentra constituido por células meristemáticas especiales denominadas células iniciales. "Floema" que es el tejido conductor encargado del transporte de nutrientes orgánicos, especialmente azúcares, producidos por la parte aérea fotosintética y autótrofa, hacia las partes basales subterráneas, no fotosintéticas, heterótrofas de las plantas vasculares. En resumen: El xilema es una estructura que transporta, a través de la planta, agua y sales minerales disueltas. El floema transporta savia elaborada por las células y por fotosíntesis.

Fotografía de un fósil de semilla de "gimnosperma".

Tomado de wikipedia trabajo propio de Juan Carlos Fonseca Mata.

En este punto es que llegamos al momento que posibilita la aparición de las plantas más modernas las angiospermas. Que son las plantas que nos resultan mas familiares, que fueran clasificadas tradicionalmente en monocotiledóneas y dicotiledóneas; actualmente se estudia las relaciones filogenéticas sobre la base de los datos moleculares.

La familia de las "amboreláceas" o (Amborellaceae) es la más primitiva de estas. Consta de un único "género" (Amborella), con una única especie, "Amborella trichopoda" y conforma su propio orden Amborellales. Es endémica de "Nueva Caledonia", archipiélago de islas ubicadas en Oceanía.

En seguida se encuentran las "Nymphaeales", una orden de plantas acuáticas, con tres familias, con fósiles de hasta 112 millones de años de antigüedad, pero mucho más antigua su aparición.

El siguiente paso evolutivo apunta a las "mesangiospermas" (Mesangiospermae), que son un grupo extremadamente amplio y diverso de angiospermas, con un gran variabilidad, morfología, química, distribución geográfica y otros atributos. Se trata del grupo con mayor diversidad dentro de la riqueza total de las plantas con con flores, aproximadamente un 99.96% del total de especies existentes. Su diversificación temprana se ha determinado que ocurrió hace entre  137 y 135 millones de años en el pasado, relativamente cerca del punto álgido de diversificación de las angiospermas, basada en una fuerte evidencia a partir de los datos de análisis moleculares.

Las plantas conforman un reino de grande importancia en el desarrollo de la humanidad, en ocasiones ignorada su historia, al ser el reino animal, el que ha generado una mayor curiosidad entre los humanos.