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Rastreando los Orígenes de las Esponjas

Nueva investigación arroja luz sobre la evolución de las esponjas y su historia antigua.

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Las Esponjas son algunos de los animales más antiguos que viven en la Tierra. Pertenecen al filo Porifera y son conocidas por sus estructuras corporales simples y su capacidad para filtrar agua, absorbiendo nutrientes y oxígeno. Las esponjas juegan un papel importante en los ecosistemas marinos. Entender cómo y cuándo aparecieron las esponjas por primera vez puede ayudar a los científicos a aprender sobre la historia de la vida en la Tierra.

La Edad de las Esponjas

Estudios recientes sugieren que las esponjas empezaron a evolucionar hace unos 608 millones de años, durante el temprano periodo Ediacarense. Esta conclusión proviene del análisis de datos moleculares, que incluyen el material genético de varias especies de esponjas, y evidencias Fósiles. Antes, se pensaba que las esponjas eran más antiguas, pero nuevos hallazgos indican que se hicieron reconocibles en el registro fósil más tarde de lo que se pensaba.

Fósiles y Biomarcadores

Los fósiles son los restos o huellas preservadas de organismos del pasado. La evidencia fósil de esponjas es rara, especialmente de periodos muy antiguos como el Toniano y el Criogeniano. Algunos fósiles de esponjas que se consideraban antiguos pueden estar mal identificados. Por ejemplo, ciertos marcadores químicos (esteranos) que se pensaban señales de esponjas antiguas podrían venir en realidad de algas. Esto plantea dudas sobre qué fósiles realmente representan a las esponjas del pasado.

El Misterio de las Esponjas Tempranas

A pesar de la extensa investigación, sigue siendo complicado identificar los orígenes exactos de las esponjas. Se ha dicho que los fósiles de las eras Toniana y Criogeniana son las esponjas más antiguas, pero les faltan las características estructurales clave que se esperan en esponjas verdaderas. Los fósiles de esponjas más antiguos confirmados provienen del periodo Ediacarense tardío, hace unos 543 millones de años. Hay una discrepancia de unos 150 millones de años entre las estimaciones moleculares y los hallazgos fósiles, lo que indica que nuestra comprensión de la Evolución de las esponjas podría necesitar ajustes.

Familias de Esponjas y sus Espículas

Las esponjas se pueden dividir en cuatro linajes principales según sus espículas, que son las estructuras de soporte diminutas que proporcionan forma y protección. Los primeros tres linajes producen espículas hechas de ácido silícico, mientras que el cuarto produce espículas de calcita. La preservación de espículas calcíticas se vuelve menos probable a medida que pasa el tiempo, sugiriendo que algunas esponjas neoproterozoicas pudieron haber tenido estructuras calcificadas. Sin embargo, los fósiles de esponjas más antiguos identificados contienen espículas silíceas, lo que indica un camino evolutivo diferente para las esponjas.

El Debate Sobre la Evolución de las Espículas

Hay cuatro ideas principales que explican por qué no se encuentran espículas silíceas de la era Neoproterozoica en el registro fósil. La primera idea sugiere que los métodos actuales para estimar la edad de las esponjas pueden no ser precisos, lo que significa que las esponjas podrían haber aparecido mucho más tarde. La segunda teoría plantea que las esponjas tempranas podrían haber tenido espículas que eran blandas y no se preservaban bien con el tiempo. La tercera idea sugiere condiciones oceánicas desfavorables para preservar estructuras mineralizadas. La última teoría es que las esponjas más antiguas carecían de espículas por completo, resultando en su evolución independiente más adelante.

Métodos de Investigación

Para investigar la evolución de las esponjas y los orígenes de sus espículas, los científicos usaron una combinación de análisis filogenético, que estudia las relaciones evolutivas entre especies, y métodos de datación molecular. Crearon un árbol de evolución de esponjas calibrado en el tiempo basado en datos genéticos nuevos y existentes. Este análisis buscaba aclarar cuándo aparecieron las esponjas por primera vez y cómo se desarrollaron sus espículas a lo largo del tiempo.

Hallazgos Evolutivos

La investigación indica que las esponjas probablemente evolucionaron en el temprano periodo Ediacarense, con sus ancestros careciendo de las espículas silíceas. Las espículas parecen haberse desarrollado de manera independiente en diferentes linajes de esponjas. Por ejemplo, en el linaje Demospongiae, que incluye los tipos de esponjas más diversos, las espículas silíceas comenzaron a emerger después de que el linaje se separó de otros grupos.

Entendiendo la Diversidad de Espículas

Los hallazgos también arrojan luz sobre cómo las espículas diferían entre las familias de esponjas. Aunque las espículas son esenciales para la estructura y protección de las esponjas, su aparición no pareció impulsar la diversificación de las esponjas, lo que significa que otros factores probablemente influyeron en cómo se expandieron y evolucionaron las esponjas.

Genealogía de las Esponjas

El análisis de datos genéticos confirmó que las esponjas pertenecen a dos grupos principales: Calcarea y Homoscleromorpha, y Silicea, que combina Demospongiae y Hexactinellida. Los resultados también confirmaron las relaciones entre varios grupos de esponjas y aclararon dónde encajan ciertos grupos dentro del árbol genealógico de las esponjas.

El Impacto en Nuestra Comprensión

Esta investigación presenta una línea de tiempo más precisa de la evolución de las esponjas, datando sus orígenes mucho más recientemente que estudios previos. Los hallazgos desafían la noción de que las esponjas tempranas tenían estructuras complejas y sugieren que las formas de cuerpo blando dominaron durante mucho tiempo antes de que las espículas aparecieran en el registro fósil.

La Importancia de las Espículas

Las espículas silíceas son comunes en esponjas modernas y cumplen varias funciones, incluyendo proporcionar soporte estructural y protección. Sin embargo, este estudio indica que las espículas no influyeron significativamente en las primeras etapas de la evolución de las esponjas.

El Futuro de la Investigación sobre Esponjas

El estudio abre nuevas avenidas para la investigación sobre la evolución de las esponjas, particularmente en entender los vínculos entre la estructura y la función de las esponjas. A medida que se descubren nuevos fósiles de esponjas, proporcionarán más información para ayudar a aclarar el misterio de los orígenes de las esponjas y su historia evolutiva.

Conclusión

La investigación sobre las esponjas revela su compleja historia evolutiva y destaca la importancia de integrar datos moleculares con evidencia fósil. A medida que los científicos continúan estudiando estas criaturas fascinantes, obtienen una mejor comprensión de la historia temprana de la vida en la Tierra.

Fuente original

Título: Independent origins of spicules reconcile the evolutionary history of sponges

Resumen: Sponges (Porifera) are highly effective ecosystem engineers, playing a critical role in global biogeochemical processes, including the nitrogen, carbon, and silica cycles. Because of that, they have been closely linked to the evolution of Earths environments. However, determining the evolutionary history of sponges has posed challenges. Molecular divergence times have pointed to a Tonian or Cryogenian origin for sponges. This contrasts with the oldest unequivocal fossil evidence for sponges, consisting of isolated siliceous spicules from the latest Ediacaran, resulting in a 150-million-mismatch with molecular clock estimates. This mismatch may arise because molecular clock estimates are inaccurate, the fossil record is incomplete, and/or the fossil record has been misinterpreted in the calibration of molecular clock analyses or some combination of the above. To resolve the deep evolutionary history of sponges we compiled an extensive phylogenomic dataset of sponges, revised fossil calibration evidence to derive a new phylogeny and timescale for sponge evolution, and investigated the evolutionary origin of the sponge spicules. Our results confirm that sponges include two main lineages: Silicea (Hexactinellida plus Demospongiae) and Calcarea plus Homoscleromorpha. Our molecular clock analyses identify an early Ediacaran estimate for the crown ancestor of sponges. Our study of spicule evolution shows that neither the last common sponge ancestor, nor the last common ancestors of Silicea and (Calcarea plus Homoscleromorpha) possessed siliceous spicules, which independently evolved four times in sponges: once in Hexactinellida, twice in Demospongiae, and once in Homoscleromorpha. Furthermore, diversification rate analyses demonstrate that the origin of spicules did not align with species radiations within the phylum. Our dating analyses substantially reduce the mismatch between molecular clock estimates for the antiquity of sponges and their fossil record. Our study of the evolutionary history of siliceous spicules reconciles the remaining difference as a consequence of crown-sponges primitively lacking siliceous spicules. As such we demonstrate the power of combining molecular and palaeontological approaches to establishing evolutionary timescales which together allow us to calibrate genome evolution to geological time and read evolutionary history within the gaps in the fossil record.

Autores: Davide Pisani, M. E. Rossi, N. J. Kenny, M. Giacomelli, J. N. Keating, S. Alvarez-Carretero, A. Schuster, P. Cardenas, S. Taboada, V. Koutsouveli, P. Donoghue, A. Riesgo

Última actualización: 2024-06-25 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.24.600355

Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.24.600355.full.pdf

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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