Hace unos 390 millones de años, en el océano primitivo, los animales marinos comenzaron a colonizar profundidades previamente deshabitadas. Nuevas investigaciones indican que esta migración submarina se produjo en respuesta a un aumento permanente del oxígeno en las profundidades oceánicas, impulsado por la expansión superficial de plantas leñosas, precursoras de los primeros bosques de la Tierra.
Ese aumento del oxígeno coincidió con un período de notable diversificación entre los peces con mandíbulas, los ancestros de la mayoría de los vertebrados actuales. El hallazgo sugiere que la oxigenación podría haber moldeado los patrones evolutivos de las especies prehistóricas.
El estudio se publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences .
«Se sabe que el oxígeno es una condición necesaria para la evolución animal , pero ha sido difícil determinar hasta qué punto es la condición suficiente para explicar las tendencias en la diversificación animal», afirmó el coautor principal Michael Kipp, profesor adjunto de Ciencias de la Tierra y del Clima en la Escuela Nicholas de Medio Ambiente de la Universidad de Duke. «Este estudio respalda firmemente que el oxígeno dictó el momento de la evolución animal temprana, al menos para la aparición de vertebrados con mandíbulas en hábitats oceánicos profundos».
Durante un tiempo, los investigadores creyeron que la oxigenación de las profundidades oceánicas se produjo una sola vez al comienzo del Paleozoico, hace unos 540 millones de años. Sin embargo, estudios más recientes sugieren que la oxigenación se produjo en fases, siendo las aguas costeras las primeras en volverse habitables para los organismos respirables, seguidas por entornos más profundos.
Kipp y sus colegas determinaron la cronología de estas fases mediante el estudio de rocas sedimentarias formadas bajo aguas marinas profundas. En concreto, analizaron las rocas en busca de selenio, un elemento que puede utilizarse para determinar si existía oxígeno en niveles suficientes para la vida en los mares antiguos.
En el entorno marino , el selenio se presenta en diferentes formas llamadas isótopos, que varían según su peso. Donde los niveles de oxígeno son lo suficientemente altos como para sustentar la vida animal, la proporción de isótopos pesados y ligeros de selenio varía considerablemente. Sin embargo, con niveles de oxígeno prohibitivos para la mayoría de la vida animal, dicha proporción se mantiene relativamente constante. Al determinar la proporción de isótopos de selenio en sedimentos marinos, los investigadores pueden inferir si los niveles de oxígeno fueron suficientes para sustentar a los animales que respiran bajo el agua.
Trabajando con repositorios de investigación de todo el mundo, el equipo recopiló 97 muestras de rocas que datan de hace entre 252 y 541 millones de años. Las rocas se habían excavado en zonas de los cinco continentes que, hace cientos de millones de años, se ubicaban a lo largo de las plataformas continentales más externas: los bordes de los continentes que sobresalen bajo el agua, justo antes de dar paso a abruptos desniveles.
Después de una serie de pasos que implicaron pulverizar las rocas, disolver el polvo resultante y purificar el selenio, el equipo analizó la proporción de isótopos de selenio presentes en cada muestra.
Sus datos indicaron que ocurrieron dos eventos de oxigenación en las aguas más profundas de las plataformas continentales exteriores: un episodio transitorio hace unos 540 millones de años, durante el período Paleozoico conocido como el Cámbrico, y un episodio que comenzó hace 393–382 millones de años, durante el intervalo conocido como el Devónico Medio, y que continúa hasta la actualidad. Durante los milenios transcurridos, el oxígeno descendió a niveles inhóspitos para la mayoría de los animales.
«Los datos de selenio nos indican que el segundo evento de oxigenación fue permanente. Comenzó en el Devónico Medio y persistió en nuestras muestras de rocas más recientes», afirmó la coautora principal Kunmanee «Mac» Bubphamanee, candidata a doctorado en la Universidad de Washington.
Ese evento coincidió con numerosos cambios en la evolución y los ecosistemas oceánicos, lo que algunos investigadores denominan la «revolución marina del Paleozoico medio». A medida que el oxígeno se convirtió en una característica permanente en entornos más profundos, los peces con mandíbulas, llamados gnatóstomos, y otros animales comenzaron a invadir y diversificar dichos hábitats, según el registro fósil. Los animales también aumentaron de tamaño, quizás porque el oxígeno favoreció su crecimiento.
El evento de oxigenación del Devónico medio también se superpuso con la propagación de plantas con tallos duros de madera.
«Creemos que, a medida que estas plantas leñosas aumentaron en número, liberaron más oxígeno al aire, lo que generó más oxígeno en ambientes oceánicos más profundos», dijo Kipp, quien comenzó esta investigación como estudiante de doctorado en la Universidad de Washington.
La causa del primer evento de oxigenación temporal durante el Cámbrico es más enigmática.
«Lo que parece claro es que la caída del oxígeno después de ese pulso inicial obstaculizó la propagación y diversificación de los animales marinos hacia esos ambientes más profundos de las plataformas continentales exteriores», dijo Kipp.
Aunque el equipo se centró en las condiciones oceánicas antiguas , sus hallazgos son relevantes ahora.
Hoy en día, el oxígeno oceánico es abundante en equilibrio con la atmósfera. Sin embargo, en algunos lugares, el oxígeno oceánico puede descender a niveles indetectables. Algunas de estas zonas se forman mediante procesos naturales. Sin embargo, en muchos casos, se deben a la pérdida de nutrientes de los continentes provenientes de fertilizantes y la actividad industrial , que alimentan las floraciones de plancton que absorben oxígeno al desintegrarse, explicó Kipp.
Este trabajo muestra muy claramente la relación entre el oxígeno y la vida animal en el océano. Este equilibrio se alcanzó hace unos 400 millones de años, y sería una lástima alterarlo hoy en cuestión de décadas.
Más información: Kunmanee Bubphamanee et al., La oxigenación oceánica del Devónico medio permitió la expansión de los animales hacia hábitats de aguas más profundas, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). DOI: 10.1073/pnas.2501342122
