Los Océanos, las Ballenas y el Tiempo

No siempre hablo de la ballena en este blog, pero cuando lo hago, prefiero hablar de su tamaño o su ecolocalización. Esta vez es sobre su tamaño. Todos sabemos que muchas ballenas son re-re-grandes. Pero lo que no habíamos entendido hasta ahora es cuándo o porqué se hicieron grandes.

Una foto de varias ballenas con barbas emergiendo del agua mientras engullen krill. Fuente desconocida.

Afortunadamente, un nuevo [artículo] hizo un análisis para entender estos dos temas. Los autores usaron un conjunto de datos de 13 ballenas vivas hoy y 63 ballenas extinguidas, incluyendo el ADN (para las ballenas vivas hoy) para crear un árbol evolutivo con estimaciones de tiempo para los puntos de ramificación (llamados longitud de la rama). Usando este árbol y un conjunto de datos sobre el tamaño del cuerpo de las ballenas, los autores usaron un enfoque de pruebas de modelos para analizar la evolución de las ballenas en el tiempo.

¿Qué es un enfoque de pruebas de modelos? Es un método en el que usamos computadoras para probar el ajuste de distintos modelos a los datos que les damos. En este caso, los autores le dieron a la computadora el árbol evolutivo y los datos de tamaño del cuerpo de las ballenas. Los autores eligieron varios modelos para que la computadora pruebe. Uno de los modelos estaba basado en eventos aleatorios impulsando la evolución. Uno de los modelos estaba basado en la evolución con una tendencia hacia un rasgo. Algunos de los modelos eran combinaciones de los otros, donde el modelo cambia en un punto específico durante la evolución. Cuando la computadora termina de probar todos los modelos, produce unas estadísticas para mostrarnos como cada modelo se ajusta a los datos.

Una representación de los autores trabajando en sus computadoras.

Para este estudio, los autores querían saber cuál modelo explicó mejor la evolución de las ballenas hacia sus enormes tamaños. El análisis de la computadora mostró que los tamaños del cuerpo de las ballenas estaban evolucionando aleatoriamente hasta hace alrededor de 3 millones de años atrás cuando hubo un cambio en la evolución con una tendencia a hacerse más grandes. Aunque comer con filtración usando sus barbas estaba presente en las ballenas desde hace 25 millones de años atrás, no fue hasta recientemente que las ballenas se hicieron enormes. Alrededor de 3 millones de años atrás, durante el Plio-Pleistoceno, los efectos del viento en el océano cambiaron e hicieron que nutrientes del fondo del océano llegaran hasta la superficie. Este efecto se hizo más fuerte empezando hace 3 millones de años atrás y esta concentración de pequeños alimentos es probablemente lo que llevó a las ballenas a hacerse enormes.

Una ilustración de como los vientos de la superficie afectan el océano. Vientos más fuertes empujan el agua más caliente de la superficie lejos de la costa. Agua más frío y lleno de alimento sube desde el fondo hasta la superficie. De NOAA.

Mi Pequeño Pony

Cambio Climático. Es un tema que ha estado en las noticias recientemente por una variedad de razones, principalmente porque lo estamos sufriendo ahora. Sabemos eso porque tenemos los registros del clima desde 800,000 años atrás (y tal vez desde [1.5 millones de años atrás]) de los núcleos de hielo. Los gases que quedaron atrapados en el hielo están hechos de la atmósfera que estaba presente cuando se formó el hielo. Los átomos que forman los gases, como oxígeno, carbono e hidrógeno, tienen valores distintos de partículas positivas y negativas (distintos isótopos) que están directamente relacionados con la temperatura del planeta en ese momento. Así sabemos que temperatura tenía el planeta y podemos trazar los datos y hacer predicciones de cómo viene le futuro (alerta de spoiler: va a hacer calor). Para más información sobre eso, miren el video al fondo de este artículo.

Este gráfico muestra los niveles de dióxido de carbono en el tiempo. Cuanto mayor sea el nivel de dióxido de carbono, más caluroso será la temperatura. De NASA. Crédito va a los datos de núcleos de hielo de Vostok/J.R. Petit et al.; el registro de dióxido de carbono de Mauna Loa de NOAA.

Esta semana se publicó un [artículo] que analiza estos isótopos del pasado. La Tierra se ha calentado en el pasado. Uno de esos tiempos, llamado el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (MTPE, 56 millones de años atrás) duró por 200,000 años y subió la temperatura de la Tierra entre 5°C y 8°C durante 10,000 años. (Nota: ya subimos [0.7°C durante 100 años, que es cerca de 10 veces más rápido] que durante los ciclos naturales que el planeta ha experimentado.)

Bueno, hay mucha información en este gráfico. Lo voy a explicar. El tiempo, en millones de años, está al fondo (eje de las x) con el hoy en día a la derecha en 0 millones de años atrás. Las abreviaturas por arriba del tiempo son para los nombres de los periodos (Pal = Paleoceno, Eo = Eoceno). Sobre la derecha, la eje de las y muestra la cantidad de un isótopo particular de oxígeno que nos indica la temperatura. La línea verde en el gráfico es la cantidad de ese isótopo durante el tiempo, y eso nos da una idea de la temperatura. Cuanto más alta esté la línea, lo más calor, y cuanto más baja esté la línea, lo más frío la temperatura. Entre el Paleoceno y el Eoceno pueden ver un máximo que indica una temperatura alta rápida. También pueden ver la tendencia hacia temperaturas más frescas que condujo a las épocas de hielo (donde dice “Rapid Glacial Cycles” = “Ciclos de Glaciares Rápidos).

Este nuevo estudio examinó un tiempo después del MTPE (aproximadamente 2 millones de años después, 53.7 millones de años atrás), llamado el Máximo Térmico Eoceno 2 (MTE2). El registro de este tiempo es relativamente completo en la Cuenca Big Horn de Wyoming (USA). Los autores analizaron la temperatura antes, durante y después del MTE2 usando los isótopos de la tierra y de los dientes de un caballo primitivo, el Arenahippus pernix, y otros especies de mamíferos. También calcularon el tamaño del cuerpo de estos animales usando el tamaño del primer molar. El tamaño del molar se corresponde bien con el tamaño del cuerpo en los mamíferos, así que podemos usar el tamaño del molar para estimar el tamaño del cuerpo cuando solamente tenemos los dientes del animal.

Un Arenahippus pernix en el Museo de Historia Natural de Suecia. De Wikipedia.

Los autores encontraron que cuando la temperatura subió, el tamaño del caballo se redujo (de 7.7 kg a 6.6 kg). Cuando la temperatura bajó después del MTE2, el tamaño aumentó (de 6.6 kg a 7.9 kg). Una de las razones de esta reducción es que es más fácil refrescarse si uno es pequeño que si uno es grande. Si el medio ambiente se está calentando, la habilidad de refrescarse más rápido es una ventaja. Además, tal vez había menos nutrientes disponibles si había sequías, así que, tal vez, los caballos no pudieron crecer hasta su tamaño máximo. La ultima razón se puede relacionar con la cantidad de lluvia. Con menos lluvia hay menos plantas y menos comida para los herbívoros. Cualquiera sea la razón o combinación de razones, lo que sabemos es que los cambios climáticos, como los que podemos ver hoy, van a afectar a los mamíferos en maneras que todavía estamos descubriendo.

Figura 3 (A y C) del artículo. Las primeras dos columnas muestran los niveles del isótopo de carbono en la tierra durante el tiempo. Los puntos más a la izquierda muestran temperaturas más altas. La columna a la derecha muestra el tamaño del molar del Arenahippus. Los puntos a la izquierda son molares más chicos y los puntos a la derecha son molares más grandes. Los molares se achican cuando hace más calor, y después se hacen más grandes cuando el ambiente se hace más fresco.

Aquí tienen un video sobre los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera del Earth System Research Laboratory (Laboratorio de Investigaciones del Sistema de la Tierra) del National Oceanic and Atmospheric Administration (Administración Nacional del Océano y la Atmósfera, USA). Más recursos disponibles si los solicitan.

Una Ballena de un Cuento

Esta semana, se publicó un [artículo] en el cual los autores tratan de responder a la pregunta “¿Cuantas veces se hicieron grandes las ballenas?” En biología, hay unas ‘reglas’ sobre cómo se puede evolucionar un cuerpo grande. La Regla de Cope dice que, durante el tiempo evolucionario, los linajes de animales tienden a hacerse grandes. Ahora, las reglas de biología no son como las leyes científicas (las leyes científicas están respaldadas con muchos experimentos científicos y están consideradas verdaderas, como, por ejemplo, la ley de gravedad). Las reglas de biología pueden y tienen muchas excepciones, pero pueden ser útiles algunas veces para abordar preguntas sobre la evolución.

copes_rule

Un ejemplo de la Regla de Cope usando caballos. Cuando los caballos evolucionaron, eran chicos, y se hicieron mas grandes durante la evolución de su linaje.

¿Ahora, sigue la evolución de cuerpos grandes en ballenas la Regla de Cope? Para responder a esta pregunta, los autores compilaron una lista de todas las ballenas madre con barbas (esas son todas las ballenas con barbas que no están en el grupo de estas ballenas vivientes hoy), sus tamaños, su ubicación geográfica, y sus edades geológicas. Los parentescos de las ballenas con barbas no están bien entendidos, así que los autores usaron tres filogenias (diagramas de árboles evolucionarios) para analizar cómo cambió el tamaño del cuerpo en este grupo a través del tiempo.

modern-blue-whale

Una ballena azul viviente con un humano para escala. Son animales tremendos.

Mediante el uso de todos los tamaños de cuerpo de los fósiles conocidos, paleontólogos pueden usar un método llamado Reconstrucción de Estados Ancestrales para hacer una predicción del tamaño de la forma ancestral. Encontraron que teniendo un cuerpo chico era más probable para la forma ancestral, y que un cuerpo grande evolucionó muchas veces en las ballenas con barbas. Sin embargo, algunas formas que se extinguieron recientemente también evolucionaron cuerpos chicos. Así que la Regla de Cope no es suficiente para explicar los tamaños de cuerpos en ballenas.

adli-et-al-2014-herpetocetus-morrowi-cropped

Un dibujo de la ballena temprana Herpetocetus morrowi, con un humano para escala. De Adli et al. 2014.

llanocetus-size

Una ballena temprana mas grande, Llanocetus, con un humano para escala.