¿Por qué los dinosaurios eran tan grandes? Explorando el metabolismo de Gaia. (Parte II de III)

Si eres un amante de los dinosaurios (o tal vez un dinosaurio), esta escena de la primera película de «Jurassic Park» debe haber sido un momento especial en tu vida. A todos nos fascinan los dinosaurios: basta con mirar las caras de los protagonistas de la película cuando ven al braquiosaurio comiendo las hojas de los árboles. Debe ser porque mantenemos un recuerdo de nuestros ancestros cazadores y entendemos que un cazador que pudiera matar a una bestia así se volvería muy popular entre las jóvenes de la tribu. Pero ¿por qué exactamente estas bestias eran tan grandes? Aquí esbozo una posible interpretación que llega a la esencia misma de cómo funciona el holobionte de la gran Tierra.

 (La Parte I de III de este artículo se publicó en la edición del 19.11.2023)

Se informa que algunas de estas criaturas del Pérmico pesan más de una tonelada, pero eso no es nada comparable a los saurópodos. Ni siquiera eran mucho más grandes que un ser humano, como se ve en la imagen. Obsérvese también cómo sus patas sobresalen lateralmente, como las de los reptiles. Esa no es una buena manera de sostener un cuerpo pesado (¡pregúntele a cualquier elefante por qué no tiene patas como las de los cocodrilos!). Si era necesario que las criaturas del Pérmico desarrollaran patas columnares parecidas a las de los elefantes, tuvieron mucho tiempo para hacerlo: el Pérmico duró unos 50 millones de años.

Entonces, ¿por qué el oxígeno generó gigantes durante el Jurásico, pero no durante el Pérmico? Además, ¿qué gobierna la concentración de oxígeno en la atmósfera? ¿Por qué vivimos en una era de concentración de oxígeno relativamente baja? ¿Y por qué otro tipo de gigantismo, el del cerebro humano, evoluciona sólo ahora y no en el Jurásico?

Medición de paleo concentraciones de oxígeno

Tenemos que profundizar más en la historia del oxígeno en la atmósfera. En primer lugar, ¿cuánto podemos confiar en los datos? Déjame mostrarle otro conjunto de datos; éste muestra la incertidumbre involucrada con las diversas estimaciones de Wade et al.) ( from Wade et al.)

Francamente, es un desastre. Según estos datos, la concentración de oxígeno en la época de los dinosaurios (hasta hace 66 millones de años) pudo haber sido mucho mayor que ahora, pero también mucho menor. E incluso el pico del Pérmico, ¿cuándo tuvo lugar exactamente? Estos datos sólo indican que la concentración de oxígeno aumentó durante el eón fanerozoico temprano y, más tarde, tendió a disminuir. Pero los detalles son inciertos.

Anteriormente mencioné el modelo de adquisición de conocimiento de divergencia/convergencia de Osborne. Este gráfico de concentración de O₂ es un claro ejemplo de la fase de “divergencia”: muchos datos e hipótesis contrastantes entre sí. Pero eso no debería disuadirnos de buscar la convergencia. Y creo que la ciencia está convergiendo en los datos correctos. Entre los diversos modelos que estiman la concentración de oxígeno en la antigüedad, el modelo “COPSE” (“COPSE” model) (Carbono, Oxígeno, Fósforo, Azufre, Evolución) de Tim Lenton et al. Es quizás el más completo y actualizado. Tiene la ventaja de considerar varios elementos de la complejidad de la evolución del ecosistema a lo largo del Fanerozoico, incluidos los biológicos y evolutivos.

Entonces, veamos los principales resultados para la concentración de oxígeno y CO₂ del artículo de Lenton de 2018 (Lenton’s 2018 paper).

Ahora las cosas tienen mucho más sentido. El pico de oxígeno del Cretácico es más importante y seguramente es mucho más alto que la concentración actual. Puede explicar el gran tamaño de los saurópodos. El pico Pérmico ya no domina el Fanerozoico. Sin embargo, sigue siendo grande y persiste la pregunta de por qué la fauna del Pérmico era tan mediocre. Necesitamos examinar exactamente cómo el oxígeno puede favorecer tasas metabólicas más altas y criaturas más grandes.

Metabolismo y relación O₂/CO₂.

En este punto, se podría decir razonablemente: “Bueno, pero ¿sobre qué estamos discutiendo? ¿Qué diferencia hay si la concentración de O₂ es del 20% o del 25%? Si es un poco más bajo, respire un poco más rápido y tendrá todo el oxígeno que necesita”.

Ejem, no. No funciona de esa manera. La cuestión es que un animal no sólo necesita proporcionar oxígeno a sus células; también necesita eliminar de las células el dióxido de carbono que producen las reacciones metabólicas. Tanto el oxígeno como el dióxido de carbono viajan en la sangre. La química involucrada es complicada, pero la cuestión es que el intercambio se lleva a cabo en la barrera sangre-aire de los alvéolos, sacos microscópicos dentro de los pulmones. En la barrera, el oxígeno debe moverse dentro del cuerpo mientras el dióxido de carbono sale. Esta transferencia depende de los gradientes de concentración: si queremos que el oxígeno se mueva hacia el interior, tiene que haber una alta concentración en el aire en la barrera. Lo contrario ocurre con el dióxido de carbono; su concentración en el aire debe ser baja si tiene que salir de la sangre.

Respirar más rápido puede contribuir a llevar más oxígeno a la sangre porque aumenta el flujo hacia la barrera aire-sangre. Pero sólo dentro de algunos límites porque también aumentará el flujo de dióxido de carbono en la misma dirección, dificultando la eliminación del CO₂ de la sangre. En condiciones de hipoxia (digamos, mineros atrapados en un túnel de mina), la gente muere no tanto por falta de oxígeno, sino por exceso de CO₂. Desarrollan una condición llamada hipercapnia (alta concentración de CO₂ en la sangre), acompañada de acidificación de la sangre. Mueren a causa de estas condiciones antes de que el oxígeno se agote por completo. No hace falta decir que, en estas condiciones, respirar más rápido no les ayudará mucho.

Una mejor manera de asegurar un alto flujo de oxígeno hacia el cuerpo es aumentar la superficie de los alvéolos; es decir, agrandar los pulmones. A diferencia de respirar más rápido, eso aumentaría tanto la entrada de O₂ como la salida de CO₂. Pero, por supuesto, lo que se puede hacer de esta manera tiene límites. En términos de volumen, los pulmones son ya el órgano más grande del cuerpo humano. Unos pulmones mucho más grandes tendrían un coste metabólico considerable y crearían problemas prácticos obvios. Probablemente la situación era la misma para los dinosaurios, a pesar de que tenían un sistema respiratorio aviar, probablemente más eficiente que el de los mamíferos. Si tenían un gran suministro de oxígeno en su cuerpo, lo más probable era que fuera porque había más oxígeno en la atmósfera; pero no sólo eso. Además, la concentración de CO₂ tenía que ser baja.

Estas consideraciones sugieren que la proporción de oxígeno a dióxido de carbono es un factor importante que afecta el metabolismo de un animal, quizás más importante que la concentración absoluta de oxígeno. Entonces, echemos un vistazo nuevamente a los datos del artículo de Lenton: ¿Cómo varió la relación O₂/CO₂ durante el Fanerozoico? Aquí está el gráfico, obtenido al digitalizar los datos de Lenton. (PAL significa niveles atmosféricos actuales. Las concentraciones están normalizadas a los valores actuales).

No he visto esta trama en ninguna parte de la literatura científica. Eso no significa que nadie lo haya notado antes, así que, si conoce algún estudio en el que ya se haya demostrado, hágamelo saber. En cualquier caso, creo que estamos ante algo interesante. En realidad, muy interesante.

Se ve que el primer pico en la relación O₂/CO₂ llega unos 50 millones de años antes del pico de la concentración absoluta de O_2. Así, el pico de disponibilidad de oxígeno llega durante la gran expansión de la vida durante el Devónico y el Ordovícico, no durante el Pérmico. Las criaturas del Pérmico respiraban aire que contenía mucho CO₂, y esa puede haber sido la razón por la que nunca llegaron a ser tan grandes y espectaculares como los saurópodos. Luego, vemos que los saurópodos sí respiraban una atmósfera con una alta relación O₂/CO₂ mientras que, en nuestros tiempos, tenemos una relación O₂/CO₂ aún mayor. ¿Explica esto la espectacular encefalización de un grupo de primates desnudos que existen hoy en día en grandes cantidades en el ecosistema? Probablemente no fue el único factor, pero bien puede ser uno importante.

N. del E.: La Parte III de este artículo se publicará en la edición del 03.12.2023.Fuente: 06.11.2023, desde el blog de Ugo Bardi “The Proud Holobionts” (“Los Orgullosos Holobiontes”), autorizado por el autor.