Aunque frecuentemente los científicos tratan de demostrar correlaciones temporales (De tiempo, no transitorias) y causales entre eventos ambientales y evolutivos, los procesos que subyacen a las conexiones entre los dos, son poco conocidos. Estos procesos se presentan a lo largo de periodos prolongados de tiempo, en lugar de “Al instante”, el cual es ‘invocado’ en otras disciplinas científicas para demostrar correlación. Sin embargo, una combinación de los registros fósiles y el registro geológico de los climas del pasado pueden ser utilizados para demostrar de manera convincente que las interacciones de los organismos con el sistema terrestre, han contribuido a la evolución de la vida en la Tierra en los últimos mil millones de años. Un ejemplo dramático es la evolución de los organismos unicelulares fotosintéticos más temprana, que alteraron radicalmente el sistema de tierra primitiva mediante la adición de oxígeno libre en la atmósfera y por lo tanto, el tiempo que proporciona las condiciones para los animales para que sobrevivan y se diversifiquen.

El registro fósil también ha demostrado que los vínculos causales y retroalimentaciones no siempre ocurren en maneras simples o inmediatas (Se requiere usualmente de investigaciones creativas y cuidadas para demostrar relaciones causa-efecto). Un químico puede replicar un experimento muchas veces para demostrar una relación causa-efecto, y por lo tanto, se puede rechazar una hipótesis cuando no se apoya en resultados replicados. Sin embargo, para las ciencias históricas, nuestro “Experimento” ha sido ejecutado y no puede ser replicado con precisión. Además, con frecuencia hay múltiples factores causales, así como evaluaciones complicadas que los eventos controlados registraron en los fósiles y en los registros arqueológicos. En consecuencia, la tarea de los científicos históricos que estudian la evolución es evaluar hipótesis a través de otros medios:

• Por observación, buscando detectar las correspondencias robustas de eventos en el tiempo y en el orden predicho de causa-efecto. Esto requiere de un entendimiento exacto y preciso de las eras de los eventos.

• Evaluando si el resultado de la causa-efecto predicho tuvo lugar varias veces, ya sea en situaciones similares en diferentes épocas geológicas o, en el caso de la evolución y la ecología, a través de taxones múltiples (Diferentes organismos) para un evento dado. Por ejemplo, múltiples grupos de animales con características similares pueden ser analizados para determinar si sus registros fósiles respondieron de manera similar a un evento casual propuesto.

• “Volviendo a ejecutar” este experimento histórico múltiples veces con modelos computarizados, para evaluar y entender las dinámicas subyacentes de la posible relación causa-efecto, suministrado por una combinación de factores causales hipotéticos (Funciones climáticas forzadas), condiciones ambientales iniciales y los resultados del registro fósil.

Una consideración importante en cualquier discusión sobre causalidad es la posibilidad de que la evolución de los homínidos no fue afectada en gran parte por el cambio climático, esto sería la “Hipótesis Nula” Ambiental.

Los factores ecológicos tales como la depredación, la competencia y las enfermedades entre organismos, operan en todos los ambientes, y estas interacciones tienen una influencia importante en su historia evolutiva. Tales interacciones pueden ser (Pero no es necesario) formadas fuertemente por las condiciones climáticas con las características resultantes de sus hábitats, y por lo tanto, los estudios climáticos detallados pueden proporcionar un contexto crítico para la comprensión de la evolución. Por ejemplo, los animales que cazan otros animales en los pastizales, tienen otras técnicas de captura que los depredadores que habitan en las selvas tropicales. Estos comportamientos ecológicos, los cuales pueden identificarse en el registro fósil, sirven como vínculos importantes que pueden ayudar a probar los posibles efectos del clima en la evolución de los organismos.

Aunque las mutaciones genéticas funcionan independientemente del cambio climático, la propagación de mutaciones beneficiosas es fundamental para el proceso de la evolución. Estas mutaciones se generalizan porque la selección natural se basa en el concepto de que el medio ambiente juega un papel vital en la diferencia entre el éxito evolutivo y la extinción. Un mejor entendimiento del cambio ambiental (Es decir, el contexto del sistema terrestre como una fuerza dinámica en el éxito evolutivo y la extinción) avanzará sustancialmente la comprensión científica de la vida en nuestro planeta, incluyendo la evolución humana.

Esta publicación participa en el X Carnaval de Geología alojado por Biblioteca de Investigaciones.

Referencias

Geology as an Historical Science: Its Perception within Science and the Education System.

Jeff Dodick and Nir Orion

Early hominid evolution and ecological change through the African Plio-Pleistocene

Kaye E. Reed.

Understanding Paleoclimate and Human Evolution Through the Hominin Sites and Paleolakes Drilling Project

Andrew Cohen et al.

Tracking changing environments using stable carbon isotopes in fossil tooth enamel: an example from the South African hominin sites

Julia A. Lee-Thorp, Matt Sponheimer & Julie Luyt

Debating the Environmental Factors in Hominid Evolution

Craig S. Feibel

Todas las criaturas vivientes interactúan con el sistema terrestre (Combinación de tierra, atmósfera y océanos), lo cual forma nuestro medio ambiente. Así como el sistema terrestre cambia a través del tiempo, las especies reaccionan a esos cambios. En algunos casos, las especies se dispersan a nuevas localizaciones que concuerdan con sus hábitats preferidos. También pueden adaptar su entorno a los cambios ambientales, lo cual, en ocasiones, lleva a la formación de nuevas especies. Y, en otros casos, algunas especies se extinguen. Un ejemplo simple, de la actualidad, es el cambio en la población del oso polar. Dado que el clima del Ártico se ha calentado rápidamente en los últimos ~50 años, se ha incrementado su dificultad para alimentarse, así como su método de cacería (Acechando focas desde el mar congelado) se ha vuelto más precario conforme se va ‘retirando’ el hielo del Ártico. Eventualmente, con una pérdida casi total de la capa de hielo en el verano del Océano Ártico, los osos polares podrían extinguirse. A través de los cambios evolutivos, la dispersión y la extinción, los organismos también modifican el sistema terrestre, a menudo, de manera profunda. En escalas grandes, la evolución de los microorganismos productores de oxígeno permitió la evolución de los organismos multicelulares posteriores. Y a escala, digamos, local, los anímales grandes de África, tales como los elefantes, modifican de manera sustancial su entorno físico, alterando los patrones de vegetación y, en consecuencia, afectan el resto de su comunidad geológica. Por lo tanto, el estudio de la relación entre el medio ambiente y la evolución depende de la comprensión de las interacciones básicas entre procesos biológicos y los terrestres.

Los seres humanos somos parte del ecosistema mundial y tenemos una historia evolutiva que seguramente ha sido afectada por (Y a su vez, la hemos afectado) el sistema terrestre. El estudio de la evolución humana muestra que, al igual que otros organismos, los seres humanos hemos evolucionado a lo largo de un gran periodo de tiempo, enfrentando retos y oportunidades ambientales. Estos retos afectaron el cómo los primeros humanos aseguraron el suministro de alimentos, cómo encontrar refugios, cómo escapar de los depredadores, y desarrolló las interacciones sociales que favorecieron la supervivencia. La capacidad para hacer herramientas, compartir la comida obtenida mediante la cacería, controlar el uso del fuego, construir refugios y crear sociedades complejas basadas en la comunicación simbólica para así, sentar las bases de nuevas formas en las que los humanos interactuamos con nuestro entorno. En épocas más recientes, hemos interactuado con nuestro entorno a través de nuevas tecnologías que cambian rápidamente, cosechando alimentos e intercambiando recursos a grandes distancias. La forma de vida que ofrece la transición de recolección-cacería a la producción de alimentos tuvo tanto éxito, que el Homo Sapiens ha sido capaz de propagarse en todo el mundo, con el consecuente aumento en la densidad poblacional. Particularmente en los últimos siglos, estos desarrollos han llevado a una expansión dramática de la influencia humana en los ecosistemas globales.

La interacción dinámica entre los cambios ambientales y la especiación de homínidos, la extinción, el cambio adaptivo y el cambio en el tamaño de la población, ha jugado un papel importante en escalas de tiempo y espacio, muy diferentes. Veamos tres ejemplos para ilustrar la manera en la que los homínidos podrían haber interactuado con el sistema terrestre y algunas preguntas científicas perdurables que quedan por explorar:

1. El “Colapso” Maya. Entre los años 750 y 1150 de nuestra era, la clásica Civilización Maya, del Sur de México y América Central se sometieron a una dramática transformación que implicó cambios complejos en la sociedad maya y un aparente colapso en el tamaño de su población, de aproximadamente el 70%. Los arqueólogos han sostenido una larga discusión acerca de las causas fundamentales de este colapso, y se han propuesto muchas explicaciones para esta enigmática historia. ¿Podría una comprensión del contexto del sistema terrestre ayudar a desentrañar las causas y efectos que intervinieron en el colapso de su población y las grandes transformaciones que sufrió esta civilización en este periodo particular de tiempo? Durante los últimos 20 años, la evidencia se ha acumulado a partir de núcleos de sedimentos tomados de los lagos y cenotes de la región que pueden ayudar a iluminar esta relación. Estos registros sedimentarios detallados muestran que la historia del clima en el periodo del colapso consistió en una serie de sequías prolongadas, separadas por la intervención de periodos más húmedos. La sincronización de estas sequías coincide con las indicaciones de los registros geológicos de las condiciones secas en otras partes de la América Tropical. Aunque muchos científicos han presentado argumentos a favor de un vínculo entre este periodo de sequía y el registro arqueológico de la disminución del tamaño de la población maya, la conexión permanece siendo controversial.

2. Historias evolucionarias y climáticas del Homo sapiens y los Neandertales. Existe un cuestionamiento continuo sobre el posible efecto de las diferencias climáticas regionales sobre la evolución de dos especies separadas de homínidos: Homo sapiens y Homo neanderthalensis. La primera aparición del H. sapiens ocurre en África, a principios de la etapa glacial MIS-6. Los neandertales surgieron en Europa bajo condiciones extremadamente frías a mitad del Pleistoceno y continuaron existiendo allí a través de cambios rápidos de regímenes climáticos glaciales e interglaciares. Cada especie tiene características anatómicas distintivas que pueden inferirse a ser adaptaciones climáticas, los neandertales eran más pequeños, con los huesos más robustos en las extremidades y antebrazos más cortos, comparados con las poblaciones actuales adaptadas al frío, como los Inuit, por ejemplo, mientras que el esqueleto humano moderno posee huesos más largos y los huesos de las extremidades son más delgados, indicando adaptación a ambientes más cálidos. Eventualmente, el H. sapiens se expandió por todo el mundo, mientras que los neandertales se extinguieron hace ~28 mil años. Aunque el aspecto del papel que desempeñó el cambio climático en la creación y/o regulación de las diferencias de adaptación entre estas dos especies ha recibido apoyo, las relaciones causales entre los fenómenos climáticos y la anatomía de las especies permanecen sin determinarse.

3. Cambios en la bipedalidad y vegetación. Existe una suposición desde hace muchos años, de que los homínidos se convirtieron en bípedos como consecuencia de la expansión climáticamente controlada de los pastizales en África (Desde 1871, con Charles Darwin). Sin embargo, esta suposición ha sido cuestionada, a raíz de los restos fósiles encontrados en los últimos 20 años junto con fauna que no indica la presencia de pastizales. La expansión de los pastizales en África durante los últimos tres millones de años se ha utilizado para sugerir la causalidad para muchos eventos en la evolución humana, incluyendo no solo el origen del bipedismo (Y por lo tanto, los primeros homínidos) sino también el desarrollo de los molares, el origen del Homo erectus, y el origen de dos linajes separados de homínidos (Vrba, Stanley; ver información adicional en Referencias). Estos últimos autores, sugieren que la vegetación se hizo más abierta con un menor número de árboles durante la aparición del Homo y Paranthropus, inducida por regímenes climáticos más fríos y secos de África, y que estos hábitats de pastizales fueron factores en los eventos de especiación de ambos linajes. Los pastizales se expandieron y contrajeron en África en los últimos 5 millones de años, y el grado en que estas expansiones y contracciones impactaron en la evolución humana, está siendo determinado.

Hay un elemento en común en estos tres ejemplos de interacciones entre nuestros ancestros humanos y el sistema terrestre: En cada caso, los científicos afrontan importantes limitaciones en las resoluciones de las fascinantes preguntas sobre nuestros orígenes e historia. Una transformación en nuestra comprensión de la historia humana requiere un mejor entendimiento de la sincronización de los eventos evolutivos y climáticos críticos, una mejora en el muestreo de fósiles y de evidencia arqueológica de intervalos críticos en la prehistoria humana, y (Quizás lo más importante) un cambio dramático en la manera en la que los científicos de la ciencias de la Tierra, del clima y antropólogos, trabajan en conjunto para interpretar esta historia.

Esta publicación participa en el X Carnaval de Geología alojado por Biblioteca de Investigaciones.

Referencias

Mayas

Archeological and environmental lessons for the Anthropocene from the Classic Maya collapse. Anthropocene (2014).

Kennett, D.J., Beach, T.P.

Three Millennia in the Southern Yucatán Peninsula: Implications for Occupancy, Use, and Carrying Capacity

Billie L. Turner II, Peter Klepeis, Laura C. Schneider.

The Collapse of The Classic Maya Kingdoms of the Southwestern Petén: implications for the end of Classic Maya Civilization

Arthur A. Demarest

Environmental Degradation and the Classic Maya Collapse at Copan, Honduras.

Richard R. Paine & AnnCorinne Freter

https://anthro.utah.edu/PDFs/painefreter96.pdf

Homo Sapiens y Neandertales

Pleistocene Homo sapiens from Middle Awash, Ethiopia

White et al.

The dispersal of Homo sapiens across southern Asia: how early, how often, how complex?

Robin Dennell, Michael D. Petraglia

Stratigraphic placement and age of modern humans from Kibish, Ethiopia

McDougall et al.

Bipedalidad

El Origen del Hombre

Charles Darwin.

How Our Ancestors Broke through the Gray Ceiling: Comparative Evidence for Cooperative Breeding in Early Homo

Karin Isler; Carel P. van Schaik

Early hominid evolution and ecological change through the African Plio-Pleistocene

Kaye E. Reed.

Para un marinero en medio del océano o para un piloto sobrevolando las nubes esta pregunta tiene mucho sentido, y una respuesta fiable con una precisión menor a un metro puede brindarles confort. Con el desarrollo de sistemas inteligentes de transporte, los pasajeros de los vehículos en tierra firme pueden plantearse la misma pregunta. Parece que los constructores de puentes o los operadores que minan con precisión o los que utilizan maquinaria agrícola podrían no estar preocupados, sin embargo, una respuesta precisa, es decir, con un error de pocos centímetros es inmensamente valiosa para ellos. Es bastante menos obvio por qué un geólogo o un científico, nos hacemos la misma pregunta, pero sorprendentemente, este es un tema más, digamos, ‘espinoso’ para nosotros, puesto que necesitamos una precisión milimétrica cuando menos, tanto local, como globalmente. Solo en la reciente historia humana se ha tenido esta vieja cuestión, convirtiéndose por un lado, en un asunto práctico y cotidiano, y por el otro, en un reto científico central. A medida que nuestra tecnología se ha vuelto más avanzada, nuestra necesidad de saber exactamente donde estamos enla Tierra, en un momento dado, también se ha incrementado. Como resultado, un sinnúmero de actividades de gran valor científico y económico ahora dependen directa o indirectamente de la infraestructura geodésica precisa.

La estructura geodésica actual nos permite medir el crecimiento del nivel del mar con una precisión de un par de milímetros anuales, un cambio en el centro dela Tierra, con una décima de milímetro al año, cambios en la duración del día en microsegundos y los cambios en la posición de los polos por fracciones de centímetro. Tales mediciones de alta precisión son esenciales para las aplicaciones que monitorean a escala milimétrica las deformaciones en la corteza terrestre en zonas propensas a terremotos o con volcanes activos; los sistemas de navegación en tiempo real que nos indican la posición de vehículos terrestres, aéreos y marinos con una precisión de unos cuantos centímetros; sistemas que permiten a los agricultores sembrar semillas de dos diferentes cultivos de forma fiable, con la separación adecuada en centímetros, en el mismo campo; las máquinas de minería operadas de forma automática con una precisión de unos cuantos centímetros; y los aviones no tripulados que se desplazan a cualquier lugar del planeta para inspeccionar zonas de desastres naturales, volcanes en erupción o escenarios de combate.

Es de destacar que, nuestra capacidad para calcular la localización y el tiempo cada vez con mayor precisión  ha seguido el ritmo de la demanda, mejorando en casi un orden de magnitud por década desde el advenimiento de la era espacial. Sin embargo, esta no es una tarea fácil. En lugar de ser una bola rígida sobre la cual las líneas de referencia pueden extraerse de una vez por todas, la forma dela Tierracambia continuamente. El terreno en el centro de los continentes se mueve hacia arriba y hacia abajo durante el día por más de 30 centímetros, en respuesta a las mareas lunares y solares; las placas tectónicas colisionan y cambian; los terremotos y erupciones volcánicas alteran el paisaje por varios metros; las tormentas azotan las costas; las corrientes oceánicas, los huracanes y monzones mueven enormes masas de aire y agua alrededor del planeta, y en la profundidad del manto dela Tierra y el núcleo, las células de convección mueven a los continentes y energiza la geodinámica, la cual genera nuestro campo magnético protector. En lugar de girar suavemente y de manera constante como un trompo equilibrado, la Tierra se ‘bambolea’ en formas complejas y su velocidad de rotación (Y como resultado, la duración del día) cambia en escalas de tiempo tan cortas como horas mismas que se retrasan en periodos largos de tiempo. Para dar cuenta de este movimiento continuo, debemos de dibujar las líneas de referencia continuamente, y a su vez, calcular continuamente nuestra posición en la Tierra.

La geodesia de alta precisión nos ayuda a cuantificar y responder a los problemas locales y regionales permitiéndonos ‘ver’ lo que no percibimos directamente. Por ejemplo, el agotamiento de los acuíferos subterráneos o las reservas de petróleo y gas, pueden causar el hundimiento local, o la inundación de la tierra, o interrumpir los servicios públicos subterráneos. En una escala mucho mayor, la geodesia nos permite monitorear el cambio climático global, ya que refleja el derretimiento de la capa de hielo y el cambio del nivel del mar. Estas tendencias, las cuales solo se pueden medir con precisión con la geodesia, en última instancia, puede tener impactos importante (O potencialmente catastróficos), causando pérdidas de vidas y daños materiales y al medio ambiente.

Esta entrada participa en el III Carnaval de Geología, organizado por El Pakozoico.