La evolución de las alas no sólo permitió que los antiguos insectos se convirtieran en las primeras criaturas de la Tierra en surcar los cielos, sino que también impulsó su ascenso hasta convertirse en una de las grandes historias de éxito de la naturaleza, según un nuevo estudio.
Los insectos, que comprenden hasta 10 millones de especies vivas, se encuentran hoy en día en los siete continentes y habitan en todos los nichos terrestres imaginables. Pero, según el registro fósil, eran escasos antes de hace unos 325 millones de años, superados por sus primos artrópodos, los arácnidos (arañas, escorpiones y ácaros) y los miriápodos (ciempiés y milpiés).
El fósil de insecto más antiguo confirmado es el de una criatura sin alas, parecida a un pez plateado, que vivió hace unos 385 millones de años. No es hasta unos 60 millones de años después, durante un período de la historia de la Tierra conocido como el Pennsylvanian, que los fósiles de insectos se vuelven abundantes.
«Ha habido bastante misterio en torno a cómo surgieron los insectos por primera vez, porque durante muchos millones de años no había nada, y luego, de repente, una explosión de insectos», dijo la primera autora del estudio, Sandra Schachat, estudiante de posgrado en la Escuela de la Tierra, Energía & Ciencias Ambientales de Stanford (Stanford Earth).
Se han propuesto muchas ideas para explicar esta curiosa laguna en el registro de fósiles de insectos, que los científicos han bautizado como la Brecha Hexápodo.
Según una de las hipótesis más populares, el tamaño y la abundancia de los insectos estaban limitados por la cantidad de oxígeno disponible en la atmósfera de la Tierra durante el período Devónico tardío.
La prueba más sólida de esta teoría es un modelo del oxígeno atmosférico durante los últimos 570 millones de años que el difunto geólogo de Yale Robert Berner desarrolló comparando las proporciones de oxígeno y carbono en rocas y fósiles antiguos.
Según el modelo de Berner, el nivel de oxígeno atmosférico hace unos 385 millones de años, durante el inicio de la Brecha Hexápoda, era inferior al 15 por ciento, tan bajo que los incendios forestales habrían sido insostenibles. (A modo de comparación, la concentración de oxígeno atmosférico actual es de alrededor del 21 por ciento.)
Otra posibilidad es que los insectos fueran abundantes antes de hace 323 millones de años, pero que no aparezcan en el registro fósil porque no sobrevivieron los tipos de sedimentos terrestres capaces de preservarlos.
No hay excusas
En el nuevo estudio, publicado esta semana en la revista Royal Society Proceedings B, Schachat y sus colegas pusieron a prueba ambos argumentos: que el bajo nivel de oxígeno limitó a los insectos o que las rocas no eran las adecuadas para preservar los fósiles. En primer lugar, el equipo actualizó el modelo de Berner, de casi una década de antigüedad, utilizando registros de carbono actualizados.
Cuando hicieron esto, la caída del oxígeno atmosférico durante el Devónico tardío desaparece. «Lo que este estudio muestra es que la inhibición ambiental por bajo oxígeno puede descartarse porque no es compatible con los datos más actuales», dijo el coautor del estudio y paleontólogo de la Tierra de Stanford, Jonathan Payne.
Para probar la hipótesis de las «rocas malas», el equipo analizó una base de datos pública de tipos de rocas de América del Norte para diferentes períodos de la historia de la Tierra y no encontró nada inusual en los sedimentos del Devónico tardío. «Las rocas podrían haber contenido fósiles de insectos. El hecho de que no los contengan indica que la escasez de insectos durante este período es real y no sólo un artefacto de mala suerte con la preservación», dijo Schachat, que también es miembro de la Institución Smithsonian en Washington, DC.
Un efecto transformador
No sólo las dos explicaciones más populares de la Brecha Hexápodo parecen carecer de fundamento, los científicos dijeron que un estudio del registro fósil de insectos sugiere que la propia Brecha Hexápodo podría ser una ilusión.
Como parte del nuevo estudio, el equipo reexaminó el antiguo registro fósil de insectos y no encontró ninguna evidencia directa de alas antes o durante la Brecha Hexápodo. Pero tan pronto como las alas aparecen hace 325 millones de años, los fósiles de insectos se vuelven mucho más abundantes y diversos.
«El registro fósil se parece a lo que se esperaría si los insectos fueran raros hasta que evolucionaron las alas, momento en el que aumentaron muy rápidamente en diversidad y abundancia», dijo Payne.
Schachat dijo que es notable que los dos primeros insectos con alas en el registro fósil son un insecto similar a la libélula y un insecto similar al saltamontes. Representan los dos grupos principales de insectos alados: las libélulas tienen «alas viejas», que no pueden plegar sobre su abdomen, y los saltamontes tienen «alas nuevas», que son plegables.
«Los dos primeros insectos alados del registro fósil son tan diferentes entre sí como cabría esperar», dijo Schachat. «Esto sugiere que, una vez que se originaron los insectos alados, se diversificaron muy, muy rápidamente. Tan rápido que su diversificación parece, desde una perspectiva geológica y las pruebas disponibles en el registro fósil, haber sido instantánea».
Nuevos nichos
Ser los primeros y únicos animales capaces de volar habría sido extremadamente poderoso. El vuelo permitió a los insectos explorar nuevos nichos ecológicos y les proporcionó nuevos medios de escape. «De repente, tu abundancia puede aumentar porque puedes alejarte de tus depredadores con mucha más facilidad», dijo Schachat. «También puedes comer las hojas que están en la copa de un árbol sin tener que subir por todo el árbol».
Los insectos voladores también pudieron crear nichos que antes no existían. «Imagina un insecto omnívoro que vuela a la copa de los árboles para alimentarse», dijo Schachat. «De repente, hay un nicho para un depredador que puede volar hasta la copa del árbol para comer ese insecto». Las alas permitieron a los insectos ampliar el conjunto de nichos que pueden ocupar. Fue realmente revolucionario».
Aunque el nuevo estudio vincula la evolución del vuelo a la ascensión de los insectos, plantea nuevas preguntas sobre cómo y por qué evolucionaron las alas en primer lugar, dijo el coautor del estudio Kevin Boyce, profesor asociado de ciencias geológicas en Stanford Earth. «En el Devónico, sólo había unos pocos insectos, todos sin alas», dijo Boyce. «Pero al salir del otro lado tenemos el vuelo. ¿Qué pasó en el medio? Buena pregunta».
Payne también es miembro de Stanford Bio-X y afiliado al Stanford Woods Institute for the Environment. El trabajo también incluye coautores de la Smithsonian Institution, la Universidad Estatal de Ohio y la Universidad de Iowa.
La financiación del estudio fue proporcionada por la National Science Foundation.