Totes les entrades de Irene Lobato Vila

The mysterious Ediacaran fauna

During many years, it has been considered that the origin of metazoans (i.e. multicellular animals) took place in the Cambrian period (541-484 My ago) after the Cambrian Explosion. However, several scientists, including Darwin, already suspected that the true origin of metazoans must be even older.

Did metazoans exist in the ancient and understudied Precambrian supereon? We invite you to know the Ediacaran fauna, a paleontological puzzle and a clue link in the evolutive history of animals.

The mysterious Ediacaran fauna

Before start talking about the Ediacaran period and its odd fauna, we must set it into a geological time context.

Our planet Earth formed around 4600 My Ago. The span between Earth’s formation and the moment in time 543 My ago is known as Precambrian supereon, the first and largest period of history of Earth, as well as the less studied and comprehended. It is suggested that the first life forms appeared 3800-3500 My ago, not very after the beginning of the Precambrian.

The end of the Precambrian supereon lead to the beginning of the Phanerozoic eon, whose first geological period, the Cambrian, has been traditionally considered to set the origin of all phyla of metazoans (multicellular animals). All animal phyla were already represented shortly after the beginning of this period; that is, it took place a great diversification of living beings on a global scale in a short span, an evolutive radiation event. This massive evolutive event was named as Cambrian Explosion.

Geological time scale: end of the Precambrian supereon and beginning of the Phanerozoic eon (specifically, the Paleozoic era). The Ediacaran and the Cambrian are highlighted in red. Source: The Geological Society of America.

The idea of the Cambrian period as the cradle of most of animal groups was deduced from the study of fossil records and their age. However, is it true that the origin of every animal phyla took place entirely during this period? Some scientists, as the selfsame Darwin, suspected that the first metazoan lineages could have appeared even earlier.

Precambrian fossils

The Precambrian was an instable period at a geological level: tectonic movements, vulcanism… put many troubles in the preservation of any biological rest. On the other hand, the succession of several global glaciations during this supereon (‘Snowball Earth’), the last of which took place 650 My ago, put even more difficulties into the progression of life on Earth.

No wonder, so, that the Cambrian, a more stable period from both a geologic and climatic point of view, was long considered the origin of metazoans, since the geological instability during the Precambrian presumably made it impossible to preserve any fossil record. That is, supposedly there were not “clues” about the existence of metazoans before the Cambrian Explosion.

However, something happened. At the end of the 19th century, a Scottish scientist discovered what was later considered as the first Precambrian fossil ever known: Aspidella terranovica, a disk-shaped fossil of uncertain affinity. But as it was found in Precambrian strata, it was considered an artifact.

Aspidella fossils (also known as Cyclomedusa, currently a synonym). Its shape reminds of that of a jellyfish. Source: Verisimilus (CC 3.0) on Wikipedia.

This discovery was followed by others throughout the world, in which fossils from the Precambrian were also found (e. g., Namibia and Australia), but the strong belief that multicellular animals appeared during the Cambrian or even later eclipsed the true origin of these fossil records for many years. It was not until the 20th century and after the discovery of a second iconic fossil in Charnwood Forest (England), Charnia masoni, that the Precambrian origin of metazoans was not really considered, this fossil being the first to be recognized as Precambrian. So, Aspidella terranovica, Charnia and the rest of Precambrian fossil records would be, at last, connected.

Charnia masoni holotype. Despite its frond-like appearance, it is not considered a plant or an alga since the nature of the fossil beds where specimens have been found implies that it originally lived in deep water, well below the photic zone where photosynthesis can occur. Source: Smith609 (CC 2.5) on Wikipedia.

The Ediacaran period

At last, Precambrian fossil have been found all over the world. Most of them have been found in strata date from 575-541 My ago, marking the end of the Precambrian and the beginning of the Phanerozoic.

Nowadays, representatives of the Ediacaran fauna occur at 40 localities worldwide, with 4 particularly good localities:

  • Southeastern Newfoundland (Canada)
  • The Flinders Ranges (South of Australia)
  • White Sea region (Russia)
  • Namibia

In 1960, the term ‘Ediacaran’ was proposed to name the geological span which the Ediacaran fauna is date from. The term comes from the Ediacara Hills in Australia, where one of the most important Precambrian fossil sites is found. This name competed with others, but in 2004, the International Union of Geological Sciences stablished the Ediacaran as the period that started 635 My ago (after the Marinoan glaciation) and that ended 542 My ago (with the discover of the earliest widespread complex trace fossil).

The Ediacaran fauna

Once the Precambrian was finally accepted as the origin of metazoans, and assuming that complex animals appeared during a hypothetical explosion of diversity just after the great Precambrian glaciations and some million years before the Cambrian (Avalon Explosion), some questions were raised:

How did the Ediacaran fauna look like?

Most of fossil records of the Ediacaran fauna consist of macroscopic, morphologically diverse (mainly radial or circular shapes) and generally soft-bodied organisms, without hard elements that could last until our days. This can be deduced from the shape and typology of the fossils, since most of them are simply marks or trails they left after dying, preserved in a manner that is, in many cases, unique to the Ediacaran fauna.

Tribrachidium fossil. It is, in fact, a negative impression, that is, the trail that the animal left after dying. It is suggested that it could be an organism with triradial symmetry very close to nowadays Lophophorata. Source: Aleksey Nagovitsyn (CC 3.0) on Wikipedia.

Besides, they were probably sessile, aquatic, with feather-like structures and filter feeders. However, several researchers consider that a few of them could be free-living animals with a bilateral symmetry (that is, with an anteroposterior axis that splits the body into two symmetric halves), one of the most successful body plans after the Cambrian Explosion.

Dickinsonia costata fossil. According to its shape, it was probably a bilateral animal (with a ‘head’ and an ‘anus’), and for a long time it was suggested that it was related to some kind of flat worm, some of which could be up to 1 meter long. In 2018, cholesterol molecules found in Dickinsonia fossils confirmed that it was an animal. Source: Verisimilus (CC 3.0) on Wikipedia.

With which current groups do they relate?

The fact is we still do not know. Most of them have shapes that reminds of some basal metazoans (like sponges and cnidarians) and a few, to annelids and arthropods. However, these are artificial relationships, as phylogenetic relationships between the Ediacaran fauna and the current fauna are still a mystery. Even some fossils cannot be related to any nowadays phyla, so they are considered as a part of an extinct Precambrian lineage.

However, not everything is lost. Similarities between some Ediacaran fossils and current metazoans shed some light on how animals could have evolved, and which was their origin.

Why Ediacaran fossils are not found beyond the Ediacaran period?

The fact is they are found in strata that date from after the Ediacaran period. Posterior studies demonstrated that some Ediacaran organisms were located in Cambrian strata together with fossils that resulted from the Cambrian Explosion, so it would be possible some representatives of the Ediacaran fauna gave place to certain current groups of animals. However, it is true that Ediacaran fauna representatives are found in a smaller proportion in Cambrian strata than other Cambrian organisms, and many living forms had already disappeared.

There exist some hypotheses that explain why most of the Ediacaran fauna did not survived beyond the Cambrian, for example:

  • Changes in atmospheric oxygen levels.
  • Competence with the Cambrian fauna, which probably had better adapted bodies or more successful body plans.
  • Changes in the sea level.

Are the Ediacaran organisms the true origin of metazoans?

Although this has been the general belief after their discovery, the truth is that even older metazoans have been recently found.

As we have explained above, most representatives of the Ediacaran fauna date from 575-541 My ago. Well, evidence of ancient sponges (Porifera) from 600 My ago has been found. The most recent discovery was that of Otavia antiqua in 2012 in Namibia, a sponge date from 760 My ago; that is, it is dated from before some of the great Precambrian glaciations.

Otavia antiqua. Source: National Geographic.

.            .           .

Do you believe there are even older metazoan fossils out to be discovered? Leave your comments!

Main image by Ryan Somma, from the Smithsonian National Museum of Natural History (CC 2.0).

Anuncis

La misteriosa fauna del Ediacárico

Durante mucho tiempo, se consideró que el origen de los metazoos (animales pluricelulares) tuvo lugar en el Cámbrico (541-484 MA atrás) tras el suceso evolutivo conocido como la Explosión Cámbrica. Sin embargo, algunos científicos como Darwin ya sospechaban que dicho origen debía ser mucho anterior.

¿Existían metazoos en el antiguo y poco conocido Precámbrico? Te invitamos a conocer la fauna del Ediacárico, un rompecabezas paleontológico y un eslabón clave en la evolución de los animales.

La misteriosa fauna del Ediacárico

Antes de empezar a hablar del Ediacárico y su misteriosa fauna, debemos aclarar un poco el contexto histórico geológico que lo delimita.

Se estima que la Tierra se formó hace, aproximadamente, 4600 MA. El lapso comprendido entre la formación de nuestro planeta y el momento histórico situado hace 542 MA recibe el nombre de supereón Precámbrico, la primera y más larga etapa de la historia terrestre, así como la menos estudiada y comprendida. Se estima que las primeras formas simples de vida aparecieron hace 3800-3500 MA, no muchos millones de años después del inicio del Precámbrico.

La finalización de dicho supereón dio paso al eón Fanerozoico, cuyo primer periodo geológico, el Cámbrico, ha sido tradicionalmente conocido por marcar el origen de los filos de metazoos (animales pluricelulares) que conocemos hoy en día. De hecho, todos los linajes animales ya estarían representados poco después del inicio de este período; es decir, tuvo lugar una diversificación de la vida, proceso conocido como radiación evolutiva, de gran magnitud y a escala global en un corto periodo de tiempo. Dicho acontecimiento fue bautizado con el nombre de Explosión Cámbrica.

Escala geológica: final del Precámbrico e inicio del Fanerozoico (concretamente, la era Paleozoica). Se marcan el Ediacárico y el Cámbrico. Fuente: The Geological Society of America.

La idea del Cámbrico como la cuna de la mayoría de filos animales se dedujo, como no podía ser de otra manera, del estudio de los registros fósiles y de su datación. Sin embargo, ¿es cierto que el origen de dichos filos tuvo lugar íntegramente en este periodo? Algunos científicos, incluido el mismísimo Darwin, sospechaban que los primeros linajes de metazoos podrían haber aparecido mucho antes.

Fósiles del Precámbrico

El Precámbrico fue una etapa convulsa en lo que a términos geológicos se refiere: movimientos tectónicos, vulcanismo… hacían difícil la preservación de cualquier resto biológico. Por otro lado, la sucesión de diversas glaciaciones globales durante este supereón (‘Snowball Earth’), la última de las cuales dentro de este supereón tuvo lugar hace aproximadamente 650 MA, lo pondría aún más difícil para el avance de la vida.

No es de extrañar, pues, que el Cámbrico, un período geológicamente y climáticamente más estable, fuera considerado el origen de los metazoos, pues las continuas transformaciones geológicas durante etapas previas hacían supuestamente imposible la preservación de elementos fósiles anteriores a la Explosión Cámbrica. Es decir, no había “pruebas”.

Sin embargo, algo ocurrió. A finales del siglo XIX, un científico escocés descubrió lo que más tarde sería considerado el primer fósil precámbrico descubierto: Aspidella terranovica, un fósil en forma de disco de afinidad incierta. Sin embargo, al haberse encontrado en estratos geológicos datados del precámbrico, se lo consideró un artefacto.

Restos fósiles de Aspidella (también conocido como Cyclomedusa, actualmente un sinónimo). Su forma recordaba a una medusa. Fuente: Verisimilus (CC 3.0) en Wikipedia.

A este descubrimiento le siguieron otros igualmente datados de épocas previas al Cámbrico (yacimientos en Namibia y Australia), pero la fuerte creencia de que los animales complejos tal y como los conocemos aparecieron en el Cámbrico o en tiempos posteriores eclipsaba el verdadero origen de estos fósiles. No fue hasta mediados del siglo XX y tras el descubrimiento de un segundo fósil icónico en Charnwood Forest (Inglaterra), Charnia masoni, que no se tomó en serio la idea de un origen precámbrico de los metazoos, siendo Charnia masoni el primer fósil precámbrico reconocido como tal. Así, Aspidella terranovica, Charnia y el resto de yacimientos fósiles precámbricos quedarían, finalmente, relacionados.

Holotipo de Charnia masoni. A pesar de su apariencia en forma de hoja de helecho, no se lo considera un organismo vegetal, pues su hallazgo tuvo lugar en yacimientos que habrían estado bajo el agua a mucha profundidad, por debajo de la zona fótica apta para un organismo fotosintético. Fuente: Smith609 (CC 2.5) en Wikipedia.

El periodo Ediacárico

Poco a poco, se han ido encontrando restos fósiles precámbricos en casi todo el planeta. La mayoría de éstos se sitúan en estratos datados de hace 575-541 MA, marcando el fin del Precámbrico y el inicio del Fanerozoico.

Actualmente, se conocen unas 40 localidades con restos de la fauna de este periodo. Destacan especialmente cuatro de ellas por la magnitud del yacimiento y el buen estado de conservación de los restos fósiles:

  • Sureste de Newfoundland (Canadá)
  • La Sierra de Flinders (Sur de Australia)
  • La región del Mar Blanco (Rusia)
  • Namibia

En 1960, se propuso el término “Ediacárico para referirse al periodo geológico del que databan estos fósiles en honor a las colinas Ediacara (Ediacara Hills) en la Sierra de Flinders (Australia), donde se encuentra uno de los yacimientos más importantes de este tipo de fósiles. Este nombre compitió con algunos otros hasta que, en 2004, la Unión Internacional de Ciencias Geológicas formalizó finalmente el Ediacárico como el periodo que se inició hace 635 MA (tras la glaciación Marinoana) y que finalizó hace 542 MA (con la aparición del primer icnofósil complejo ampliamente extendido).

Fauna del Ediacárico

Tras aceptar que, posiblemente, el origen de los metazoos tuvo lugar en una hipotética explosión de diversidad tras las últimas grandes glaciaciones y previamente al Cámbrico (explosión de Avalon), surgieron muchas dudas:

¿Cómo era esta fauna?

La mayoría de fósiles de la llamada fauna del Ediacárico se asocian a organismos macroscópicos, de morfología diversa (con formas radiales o circulares en su mayoría) y de cuerpo blando, sin estructuras endurecidas que pudieran preservarse con el paso del tiempo. Esto se deduce por la forma y tipología de los fósiles, pues la mayoría son rastros y marcas que, se cree, dejaron estos organismos a su paso.

Resto fósil de Tribrachidium. En realidad, se trata de una impresión en negativo, es decir, el resto que dejó el organismo tras desaparecer del sustrato. Se especula que podría haber sido un organismo con simetría triradial similar a un lofoforado actual. Fuente: Aleksey Nagovitsyn (CC 3.0) en Wikipedia.

Además, se considera que la mayoría eran sésiles, probablemente acuáticos, con estructuras plumosas y, posiblemente, filtradores. Aun así, algunos investigadores consideran que algunos de ellos, aunque pocos, podrían haber sido de vida libre e, incluso, bilaterales (es decir, con un eje anteroposterior definido dividiendo el cuerpo en dos mitades simétricas), uno de los planos corporales con más éxito tras la Explosión Cámbrica.

Resto fósil de Dickinsonia costata. Su forma sugiere que tendría simetria bilateral (con un extremo que sería la “cabeza” y otro, el “ano”), y se asoció durante mucho tiempo a algún tipo de gusano plano, algunos de los cuales podían llegar a medir 1 metro. En el 2018, se identificaron moléculas de colesterol que confirmaron que se trataba de un animal. Fuente: Verisimilus (CC 3.0) en Wikipedia.

¿Con qué grupos actuales se relacionan?

Lo cierto es que no se sabe con exactitud. La mayoría presentan formas que recuerdan a grupos basales de metazoos (como esponjas o cnidarios) y algunos pocos, a anélidos y artrópodos. Sin embargo, estas asociaciones son artificiales, ya que actualmente se desconocen las relaciones filogenéticas (es decir, de parentesco) de los fósiles de esta época con los animales actuales. Algunos fósiles, incluso, no se pueden relacionar con nada que conozcamos, por lo que se consideran parte de linajes extintos antes incluso del Cámbrico.

Sin embargo, no todo está perdido. Las similitudes entre algunos fósiles del Ediacárico y los metazoos actuales nos dan ideas de cómo podrían haber evolucionado los animales y cuál fue realmente su origen.

¿Por qué no se encuentran fósiles de esta fauna más allá del Ediacárico?

En realidad, sí se encuentran. Estudios posteriores al descubrimiento de los mayores yacimientos de fósiles ediacáricos rebelaron que algunos organismos de la fauna asociada a este periodo se encontraban en estratos del Cámbrico junto con fósiles de organismos resultantes de la Explosión Cámbrica, por lo que cabría la posibilidad que hubieran dado lugar a algunos grupos de animales actuales. Sin embargo, sí que se encontraban en una menor cantidad y muchas formas ya habían desaparecido para entonces.

Existen muchas hipótesis sobre el porqué la mayoría de la fauna ediacárica no habría sobrevivido más allá del Cámbrico, por ejemplo:

  • Cambios en los niveles de oxígeno atmosférico.
  • Competencia con la fauna cámbrica, mejor adaptada o con formas corporales de mayor éxito.
  • Cambios en el nivel del mar.

¿Son realmente estos organismos el origen de los metazoos?

Aunque esta ha sido la creencia durante muchos años tras su descubrimiento, lo cierto es que se han descubierto otros metazoos más antiguos.

Si recordáis, la mayoría de fósiles del Ediacárico se asocian a un periodo comprendido hace 575-541 MA, con algunas incursiones en el Cámbrico. Pues bien, se han encontrado evidencias de esponjas (poríferos) datados de hace más de 600 MA. El último descubrimiento fue el de la esponja Otavia antiqua en el año 2012 en Namibia, datada de hace 760 MA; es decir, anterior a las grandes glaciaciones del Precámbrico.

Imagen del fósil animal más antiguo conocido: Otavia antiqua. Fuente: National Geographic.

.            .           .

¿Creéis que aún nos queda por descubrir un fósil de metazoo aún más antiguo? Si conocéis más información al respecto, podéis dejarla en los comentarios.

Imagen de portada de Ryan Somma, del Smithsonian National Museum of Natural History (CC 2.0).

La misteriosa fauna de l’Ediacarà

Durant molt de temps, es considerà que l’origen dels metazous (animals pluricel·lulars) se situava al Cambrià (541-484 MA enrere) després que tingués lloc l’Explosió Cambriana. Tanmateix, alguns científics com Darwin ja sospitaven que aquest origen havia de ser molt més antic.

¿Existien metazous a l’antic i poc conegut supereó Precambrià? Et convidem a conèixer la fauna de l’Ediacarà, un trencaclosques paleontològic i una baula clau en l’evolució dels animals.

La misteriosa fauna de l’Ediacarà

Abans de començar a parlar de l’Ediacarà i de la seva misteriosa fauna, hem d’aclarir el context històric geològic que el delimita.

S’estima que la Terra es va formar fa, aproximadament, 4600 MA. El lapse comprès entre la formació del nostre planeta i el moment històric situat fa 542 MA rep el nom de supereó Precambrià, la primera i més llarga etapa de la història terrestre, així com la menys estudiada i compresa. Es considera que les primeres formes simples de vida van aparèixer fa 3800-3500 MA, no molts milions d’anys després de l’inici del Precambrià.

La finalització d’aquest supereó va donar lloc a l’eó Fanerozoic, el primer període geològic del qual, el Cambrià, ha estat tradicionalment conegut per marcar l’origen dels fílums de metazous (animals pluricel·lulars) que coneixem avui dia. De fet, tots els llinatges animals ja estarien representats poc després de l’inici d’aquest període; és a dir, va tenir lloc una diversificació de la vida, procés conegut com a radiació evolutiva, de gran magnitud i a escala global en un període de temps molt curt. Aquest esdeveniment va ser batejat amb el nom d’Explosió Cambriana.

Escala geològica: final del Precambrià i inici del Fanerozoic (concretament, l’era Paleozoica). Hi ha marcats l’Ediacarà i el Cambrià. Font: The Geological Society of America.

La idea del Cambrià com el bressol de la majoria de fílums animals es va deduir, com no podia ser d’una altra manera, de l’estudi dels registres fòssils i de la seva datació. Tanmateix, és cert que l’origen d’aquests fílums va tenir lloc íntegrament en aquest període? Alguns científics, inclòs el mateix Darwin, sospitaven que els primers llinatges de metazous podrien haver aparegut molt abans.

Fòssils del Precambrià

El Precambrià va ser una etapa convulsa a nivell geològic: moviments tectònics, vulcanisme… feien difícil la preservació de qualsevol resta biològica. D’altra banda, la successió de diverses grans glaciacions globals durant aquest supereó (‘Snowball Earth’), l’última de les quals fa aproximadament 650 MA, faria encara més difícil l’avanç de la vida.

No és estrany, doncs, que el Cambrià, un període geològicament i climàticament més estable, fos considerat l’origen dels metazous, ja que les contínues transformacions geològiques durant etapes prèvies feien suposadament impossible la preservació d’elements fòssils anteriors a l’Explosió Cambriana. És a dir, no hi havia “proves”.

Tanmateix, alguna cosa va passar. A les acaballes del segle XIX, un científic escocès descobrí el que més tard seria considerat el primer fòssil precambrià descobert: Aspidella terranovica, un fòssil en forma de disc d’afinitat incerta. Ara bé, en haver-se trobat en estrats geològics datats del Precambrià, es va considerar un artefacte.

Restes fòssils d’Aspidella (també conegut com Cyclomedusa, actualment un sinònim). La seva forma recordava a la de les meduses actuals. Font: Verisimilus (CC 3.0) a Wikipedia.

A aquest descobriment li van seguir d’altres igualment datats d’èpoques prèvies al Cambrià (jaciments a Namíbia i Austràlia), però la forta creença que els animals complexos tal com els coneixem van aparèixer durant el Cambrià o en temps posteriors eclipsava el veritable origen d’aquests fòssils. No va ser fins a mitjan segle XX i després del descobriment d’un segon fòssil icònic a Charnwood Forest (Anglaterra), Charnia masoni, que no es va prendre seriosament la idea d’un origen precambrià dels metazous, sent Charnia masoni el primer fòssil precambrià reconegut com a tal. Així, Aspidella terranovica, Charnia i la resta de jaciments fòssils precambrians quedarien, finalment, relacionats.

Holotipus de Charnia masoni. Tot i la seva aparença en forma de fulla de falguera, no es considera que sigui un organisme vegetal, doncs va ser descobert en jaciments que haurien estat submergits a molta profunditat, per sota de la zona fòtica apta per la supervivència d’organismes fotosintètics. Font: Smith609 (CC 2.5) a Wikipedia.

El període Ediacarà

A poc a poc, s’han anat trobant restes fòssils precambrianes a gairebé tot el planeta. La majoria d’aquestes se situa en estrats datats de fa 575-541 MA, marcant la fi del Precambrià i l’inici del Fanerozoic.

Actualment, es coneixen unes 40 localitats amb restes de la fauna d’aquest període. Destaquen especialment quatre d’elles per la magnitud del jaciment i el bon estat de conservació de les restes fòssils:

  • Sudest de Newfoundland (Canadà)
  • La Carena de Flinders (Sud d’Austràlia)
  • La regió del Mar Blanc (Rússia)
  • Namíbia

L’any 1960, es va proposar el terme “Ediacarà” per referir-se al període geològic del que dataven aquests fòssils en honor als turons Ediacara (Ediacara Hills) a la Carena de Flinders (Austràlia), on es troba un dels jaciments més importants d’aquest tipus de fòssils. Aquest nom va competir amb alguns altres fins que, el 2004, la Unió Internacional de Ciències Geològiques va formalitzar finalment l’Ediacarà com el període que s’inicià fa 635 MA (després de la glaciació Marinoana) i que va finalitzar fa 542 MA (amb l’aparició del primer icnofòssil complexe àmpliament estès).

Fauna de l’Ediacarà

Un cop acceptat el fet que, molt possiblement, l’origen del metazous va tenir lloc durant una hipotètica explosió de diversitat poc després de les darreres grans glaciacions del Precàmbric i just abans del Cambrià (explosió d’Avalon), van sorgir molts dubtes:

Com era aquesta fauna?

La majoria de fòssils de l’anomenada fauna de l’Ediacarà s’associen a organismes macroscòpics, de morfologia diversa (amb formes radials o circulars en la seva majoria) i de cos tou, sense estructures endurides que poguessin preservar-se amb el pas del temps. Això es dedueix per la forma i tipologia dels fòssils, ja que la majoria són rastres i marques que, es creu, deixaren aquests organismes.

Resta fòssil de Tribrachidium. En realitat, es tracta d’una impressió en negatiu, és a dir, el rastre que deixà l’organisme un cop va desaparèxier del substrat. Es creu que podria haver estat un organisme amb simetria triradial similar a un lofoforat actual.  Font: Aleksey Nagovitsyn (CC 3.0) a Wikipedia.

A més a més, es considera que la majoria eren sèssils, probablement aquàtics, amb estructures plomoses i, possiblement, filtradors. Així i tot, alguns investigadors consideren que alguns d’ells, encara que pocs, podrien haver estat de vida lliure i, fins i tot, bilaterals (és a dir, amb un eix anteroposterior definit dividint el cos en dues meitats simètriques), un dels plans corporals amb més èxit després de l’Explosió Cambriana.

Resta fòssil de Dickinsonia costata. La seva forma ens suggereix que hauria tingut simetria bilateral (amb un extrem que seria el “cap” i l’altre, “l’anus”), i es va associar durant molt de temps a algun tipus de cuc pla, alguns dels quals podien arribar a fer 1 metre de llarg. L’any 2018, es van identificar molècules de colesterol a les restes d’aquests fòssils que confirmaren que es tractava d’un animal. Font: Verisimilus (CC 3.0) a Wikipedia.

Amb quins grups actuals es relacionen?

El fet és que no se sap del cert. La majoria presenten formes que recorden a grups basals de metazous (com esponges o cnidaris) i altres, a anèl·lids i artròpodes. Ara bé, aquestes associacions són artificials, ja que actualment es desconeixen les relacions filogenètiques (és a dir, de parentiu) dels fòssils d’aquesta època amb els animals actuals. Fins i tot n’hi ha que no es poden relacionar amb res que coneguem, per la qual cosa es consideren part de llinatges extints abans del Cambrià.

Tanmateix, no tot està perdut. Les similituds entre alguns fòssils de l’Ediacarà i certs metazous actuals ens donen idees de com podrien haver evolucionat els animals i quin va ser realment el seu origen.

Per què no es troben fòssils d’aquesta fauna més enllà de l’Ediacarà?

En realitat, sí que se’n troben. Estudis posteriors al descobriment dels majors jaciments de fòssils ediacarans van rebel·lar que alguns organismes de la fauna associada a aquest període es trobaven en estrats del Cambrià juntament amb fòssils d’organismes resultants de l’Explosió Cambriana, de manera que hi hauria la possibilitat que haguessin donat lloc a alguns grups d’animals actuals. Tanmateix, sí és cert que es trobaven en una menor quantitat i moltes formes ja havien desaparegut aleshores.

Existeixen moltes hipòtesis sobre el perquè la majoria de la fauna ediacarana no hauria sobreviscut més enllà del Cambrià, per exemple:

  • Canvis en els nivells d’oxigen atmosfèric.
  • Competència amb la fauna cambriana, millor adaptada o amb formes corporals de més èxit.
  • Canvis en el nivell del mar.

Són realment aquests organismes l’origen dels metazous?

Tot i que aquesta ha estat la creença durant molts anys després del seu descobriment, la veritat és que s’han descobert altres metazous encara més antics.

Si us enrecordeu, la majoria de fòssils de l’Ediacarà s’associen a un període comprès fa 575-541 MA, amb algunes incursions en el Cambrià. Doncs bé, s’han trobat restes d’esponges (porífers) datades de fa més de 600 MA. L’últim descobriment, de fet, va ser el de l’esponja Otavia antiqua l’any 2012 a Namíbia, datada de fa 760 MA; és a dir, anterior a les grans glaciacions del Precambrià.

Imatge del fòssil animal més antinc conegut: Otavia antiqua. Font: National Geographic.

.            .           .

Creieu que ens queden per descobrit restes encara més antigues de metazous? Si coneixeu alguna informació que pugui ser interessant, no dubteu en deixar els vostres comentaris!

Imatge de portada de Ryan Somma, de l’Smithsonian National Museum of Natural History (CC 2.0).

The importance of biological collections

Biological collections are cornerstones for the study of biodiversity and an almost endless source of scientific information. Many are those within the social networks who demand scientists to stop using ‘classical’ biological collections as they are seen as primitive tools that promote animals and plants extinctions.

We explain you why this statement is incorrect, which types of collections do exist and which are their most relevant functions.

The importance of biological collections

It is more than probably that the first thing it comes to mind when you hear someone talking about biological collections are hundreds of animals or plants dried, pinned and placed inside boxes by a fanatical collector. Yes, this type of collections exists. However, and without demonizing them (since these collectors can be very useful for science), this is not the type of collections we want to talk about and, of course, not the only one that exists.

Biological collections are systematized repositories (well identified, classified and ordered) of a combination of any biological material. Most of these repositories are deposited in natural history or science museums, but also in universities, research centers or even totally or partially in private collections.

ICM’s (Institute of Marine Sciences) Biological Reference Collections, in Barcelona. Picture by Alícia Duró on ICM’s web.
Some drawers of the Australian National Insect Collection. Picture by the Australian National Insect Collection.

Types of collections

Even though the concept of biological collection is something quite new, the collection and classification of biological material started some centuries ago with the first animals and plants collected by zoologists and botanists.

Nowadays, the term of biological collection has acquired a broader meaning:

  • Cryogenic collections

Storage of living biological material in frozen state under the assumption that it will retain its viability and normal functioning when being thawed after a long period of time. Cryogenic collections are typically used to store cells, tissues and genetic material. And even though science fiction has given us many fantastic ideas, the truth is that this method is very rarely used for preserving entire organisms.

  • ‘Classical’ biological collections

They essentially include collections of zoological museums (entire specimens or some of their parts) and herbaria (plants), among others. Some of these collections go back over more than two centuries, so ‘classical’ biological collections are considered the oldest within all types of collections. And also, one of the most valuable.

Collection of inquiline cynipids or gall wasps . Source: Irene Lobato Vila.

Most of these collections are deposited in museums or research centers and, excepting some particular cases, able to be required and examined by the scientific community as it pleases. A lot of private collectors collaborate with these institutions by transfering their specimens, which is quite common among insect collectors.

Drawers from the National Museum of Natural History, Washington D.C., Smithsonian Institution, containing thousands of insect specimens. Source: Irene Lobato Vila.

It is worthwhile remembering that transferring is subjected to an exhaustive revision and done only under contract, so institutions do not accept specimens obtained directly by the collector from illegal methods (e. g., poaching or wild animal trading).

  • Collections of biological information online

Repositories of biological information online. This type of collections has gained a lot of importance during the last years since it allows to share biological information of interest to science and technology immediately around the world. The most consulted online databases are those containing molecular data (proteins, DNA, RNA, etc.), which are necessary for phylogenetic studies and to make ‘trees of life’. Some of these databases are:

Other types of very consulted webs are the online databases of museum collections (which are of very importance to preserve massive amounts of data deposited in this institutions; remember the case of the Brazil National Museum fire) and webs of citizen science projects and collaborations, where either experts and amateurs provide information of their observations (like Biodiversidad Virtual).

Biological collections can be also classified according to their function: scientific collections (research), commercial collections (cell cultures for medicine, pharmacy, etc.) and ‘state’ collections (those created and managed for the sake of the state, like botanical garden, in order to preserve the biodiversity of a region and to promote its study and outreach).

The term of biological collections also embraces the biobanks, that is, collections exclusively containing human samples for biomedical studies. However, we will not go farer with this term.

Why are classical biological collections so necessary?

Biological collections and, especially, classical biological collections, are essential for biodiversity conservation. And no, they are not a direct cause of species extinction: the number of collected specimens is derisory compared with those lost as a consequence of pollution and habitats loss, and collections are carried out following several rules, always making sure to not disturb populations and their habitats.

Although it is true that pictures and biodiversity webs are a very useful tool for the study of worldwide biodiversity, unfortunately they are just a completement of physical collections.

So, why are these classical and physical collections so important?

  • They are a very valuable source of genetic material that can be obtained from stored samples and used in molecular studies. Thanks to these studies, we can approach to the origins and relationships of living beings (phylogeny), know their genetical diversity and the speciation mechanisms that lay behind species differentiation, or even to improve strategies to conserve them (e. g., in reintroduction and conservations plans).
  • They are a perpetual reference for future scientists. One of the basic pillars of zoological and botanical collections are the type specimens or type series: those organisms that a scientist originally used to describe a species. Types must be correctly labelled and stored because they are the most valuable specimens within a collection. The type or types should be able to be examined and studied by all scientists and used by them as a reference for new species descriptions or for comparative studies, since original descriptions can sometimes be insufficient to characterize the species.
Paratype insect (specimen from the type series) properly labelled and deposited in the entomological collection of the National Museum of Natural History of the Smithsonian Institution, in Washington D.C. Source: Irene Lobato Vila.
  • Regarding the previous point, classical collections allow to study the inter and intraspecific morphology (external and internal), which is sometimes impossible to assess only with pictures.
  • Classical collections contain specimens collected from different periods of time and habitats, including extinct species (both from a long time ago and recently due to the impact of human activity) and organisms from endangered ecosystems.  As habitat destruction continues to accelerate, we will never have access to many species and the genetic, biochemical, and environmental information they contain unless they are represented in museum collections. The information these samples provide is essential to investigate how to slow or mitigate the negative pressure on still extant species and ecosystems.
  • They provide us past and present information about geographic distribution of different organisms, since each of them is usually stored together with data about its locality and biology. This kind of information is very useful both for ecological and evolutive studies, as well as for resource management, conservation planning and monitoring, and studies of global change.
  • They are an important tool for teaching purposes and popular science, since people get directly in touch with samples. Pictures and books are undoubtfully essential for outreaching, but insufficient when they are not complemented with direct observations. Both visits to museums and field trips are basic tools for a complete environmental education.
At the end of the course each year,  thousands of students visit the collections of the National Museum of Natural History in Washington D.C. Some of them may even visit the scientific collections. Source: Irene Lobato Vila.

.        .        .

Do you still think biological collections are unnecessary after reading this post? You can leave your comments!

La importancia de las colecciones biológicas

Las colecciones biológicas son una pieza clave en el estudio de la biodiversidad de nuestro planeta y una fuente casi inagotable de información científica. En las redes sociales, muchas son las voces partidarias de la eliminación de las colecciones biológicas “clásicas” por ser consideradas herramientas obsoletas y causa directa de la extinción de especies. 

Te explicamos por qué esta afirmación es incorrecta, qué tipos de colecciones existen y cuáles son sus principales funciones.

La importancia de las colecciones biológicas

Es natural que al oír hablar de “colecciones biológicas” lo primero que os venga a la mente a muchos de vosotros sean las típicas cajas de animales y plantas fijados y pinchados a manos de fanáticos del coleccionismo de especies. Sí, es cierto que existen este tipo de colecciones. Pero, y sin querer demonizarlas (pues muchas pueden llegar a ser muy útiles para la ciencia), no son el tipo de colecciones a las que nos referimos y, ni mucho menos, las únicas que existen.

Las colecciones biológicas son repositorios sistematizados (bien identificados, clasificados y ordenados) de algún tipo de material biológico. La mayoría de estos repositorios se encuentran depositados en museos de ciencia, pero también en universidades, centros de investigación e, incluso, total o parcialmente en colecciones privadas.

Colección Biológica de Referencia del ICM (Instituto de Ciencias del Mar) del CSIC, en Barcelona. Imagen de Alícia Duró en la web del ICM.
Parte de la colección biológica de la Australian National Insect Collection. Imagen de la Australian National Insect Collection.

Tipos de colecciones

Si bien el concepto de colección biológica es bastante reciente, el almacenamiento y clasificación de material biológico se remonta varios siglos atrás con las primeras recolectas de plantas y animales a manos de zoólogos y botánicos.

Actualmente, el concepto de colección biológica es mucho más amplio:

  • Colecciones criogénicas

Material biológico vivo almacenado a bajas temperaturas bajo la suposición de que éste conservará su viabilidad y funcionalidad a largo plazo tras ser descongelado. Las colecciones criogénicas suelen emplearse para almacenar células, tejidos y material genético. Aunque la ciencia ficción nos ha dado muchas ideas, la criogenización raras veces se usa para almacenar organismos multicelulares completos.

  • Colecciones “clásicas”

Formadas, a grandes rasgos, por las colecciones de muestras zoológicas (animales enteros o sus partes) y los herbarios (plantas), entre otros. Algunas de estas colecciones ya han superado los 200 años de antigüedad, por lo que se las considera el tipo más antiguo de colecciones y uno de los más importantes.

Colección de cinípidos o avispas de las agallas inquilinos. Fuente: Irene Lobato Vila.

La mayoría se encuentra depositada en museos o centros de investigación y, salvo raras excepciones, al alcance de la comunidad científica para su consulta y estudio. Muchos colectores privados colaboran con estas entidades cediendo sus especímenes, algo bastante habitual entre los coleccionistas de insectos.

Armarios del National Museum of Natural History de Washington D.C., Smithsonian Institution, donde se encuentran depositados miles de ejemplares fijados de insectos. Fuente: Irene Lobato Vila.

No está de más aclarar que la cesión de colecciones está sujeta a una minuciosa revisión y a un contrato entre las partes, por lo que no deberían aceptarse especímenes obtenidos intencionadamente por el colector de la caza furtiva o el tráfico ilegal de especies.

  • Bases de datos en línea

Repositorios de información biológica en Internet. Este tipo de “colecciones” ha cobrado mucha importancia en los últimos años al permitir compartir información biológica de interés para la ciencia y la tecnología de forma inmediata en todo el mundo. Las más consultadas son las bases de datos moleculares (proteínas, ADN, ARN, etc.) para la elaboración de filogenias y los famosos “árboles de la vida”, como, por ejemplo:

Otras webs muy consultadas son las bases de datos online de las colecciones depositadas en museos, también de suma importancia (si no, recordad el reciente caso del incendio del Museo Nacional de Brasil…), y las webs de participación ciudadana en las que tanto expertos como aficionados aportan datos de sus observaciones, como Biodiversidad Virtual.

Las colecciones biológicas también pueden clasificarse en base a su función: colecciones científicas (investigación), colecciones comerciales (cultivos celulares para medicina, farmacia, etc.) y colecciones de “estado” (las que se crean y mantienen por el bien del estado, como los jardines botánicos, con el fin de conservar la biodiversidad de una región y promover su estudio y divulgación).

El concepto de colección biológica también engloba los biobancos, o colecciones de muestras biológicas de origen exclusivamente humano usadas en estudios biomédicos. Sin embargo, no entraremos en más detalle.

¿Por qué son tan necesarias las colecciones biológicas clásicas?

Más allá de supuestamente calmar las ansias de coleccionismo que algunos atribuyen a los científicos y que dañan seriamente su imagen, las colecciones biológicas, y especialmente las colecciones “clásicas”, son esenciales para la conservación de la biodiversidad. Y no, no causan la extinción de especies: el número de organismos recolectados es irrisorio comparado con las pérdidas causadas por la contaminación o la destrucción del hábitat y las capturas se realizan cumpliendo una serie de normativas, siempre respetando las poblaciones y sus hábitats.

Aunque es cierto que las fotografías y las webs de biodiversidad son una herramienta útil para el estudio de las especies de nuestro planeta, desgraciadamente no dejan de ser un complemento de las colecciones físicas clásicas.

Así pues, ¿por qué son tan importantes estas colecciones?

  • Son una fuente muy valiosa de material genético que puede ser extraído de las muestras o especímenes almacenados y usarse en estudios moleculares. Gracias a estos estudios, podemos comprender un poco mejor los orígenes y las relaciones entre los seres vivos (filogenia), conocer su diversidad genética y los mecanismos de especiación, o perfeccionar estrategias para conservarlos. Por ejemplo, en los planes de reintroducción de especies se deben estudiar las poblaciones genéticas para asegurar que los organismos reintroducidos puedan estabilizarse y establecer poblaciones viables en el tiempo.
  • Son un referente perpetuo para futuros científicos. Uno de los pilares básicos de las colecciones zoológicas y botánicas son los especímenes tipo o series típicas: aquellos organismos que el descubridor de una especie usó para describirla. Los especímenes tipo deben estar cuidadosamente almacenados y etiquetados, pues son los más valiosos dentro de las colecciones. Éstos deben poder ser consultados por la comunidad científica y usados como referente para la descripción de nuevas especies o para estudios comparativos, pues no siempre las descripciones son suficientes.
Insecto paratipo (especímen de la serie típica) debidamente etiquetado depositado en el National Museum of Natural History de Washington D.C., Smithsonian Institution. Fuente: Irene Lobato Vila.
  • En relación al punto anterior, las colecciones clásicas permiten estudiar la morfología (externa e interna) y la variabilidad dentro de y entre especies, cosa que muchas veces resulta imposible mediante fotografías.
  • Contienen organismos de diferentes épocas y hábitats. Esto incluye especies extintas (tanto desde hace mucho tiempo como recientemente debido a la actividad humana) o representantes de ecosistemas actualmente en peligro. Ante la actual destrucción de hábitats, no tendríamos acceso a numerosas especies ni a la información genética y bioquímica que tanto éstas como sus ecosistemas contienen si parte de ellas no estuviera depositada en colecciones biológicas. Esta información es esencial para investigar cómo frenar o mitigar los efectos negativos sobre especies aún existentes.
  • Nos dan información pasada y presente sobre la distribución geográfica de los organismos, pues cada uno se almacena junto con datos de localidad y biología. Esta información es esencial no sólo para estudios de ecología y evolución, sino también para la gestión de recursos, los planes de conservación y los estudios sobre el cambio climático.
  • Son una herramienta de divulgación muy potente, pues se experimenta directamente con las muestras. Las fotografías o los libros son importantes, pero insuficientes si no se complementan con observaciones directas. Tanto las visitas a museos como las salidas al campo son básicas para una educación ambiental completa.
A final de curso, miles de alumnos de todas las edades visitan las instalaciones y colecciones del National Museum of Natural History en Washington D.C. Algunos, incluso, podrán acceder a las colecciones científicas. Fuente: Irene Lobato Vila.

.        .        .

Si pensabais que las colecciones eran innecesarias, ¿seguís pensándolo tras leer este artículo? ¡Podéis dejar vuestros comentarios!

La importància de les col·leccions biològiques

Les col·leccions biològiques són una peça clau en l’estudi de la biodiversitat del nostre planeta i una font gairebé inesgotable d’informació científica. A les xarxes socials, moltes són les veus partidàries de l’eliminació de les col·leccions biològiques “clàssiques” per ser considerades eines obsoletes i causa directa de l’extinció d’espècies.

T’expliquem per què aquesta afirmació és incorrecta, quins tipus de col·leccions existeixen i quines són les seves principals funcions.

La importància de les col·leccions biològiques

És normal que, en sentir a parlar de “col·leccions biològiques”, el primer que us vingui al cap a molts de vosaltres siguin les típiques caixes d’animals i plantes fixats i punxats a mans de fanàtics del col·leccionisme d’espècies. Sí, és cert que existeix aquest tipus de col·leccions. Però, i sense voler demonitzar-les (atès que moltes poden arribar a ser molt útils per a la ciència), no són el tipus de col·leccions a les quals ens referim i, ni molt menys, les úniques que existeixen.

Les col·leccions biològiques són repositoris sistematitzats (ben identificats, classificats i ordenats) d’algun tipus de material biològic. La majoria d’aquests repositoris es troben dipositats en museus de ciència, però també en universitats, centres de recerca i, fins i tot, total o parcialment en col·leccions privades.

Col·lecció Biològica de Referència del ICM (Institut de Ciències del Mar) del CSIC, a Barcelona. Imatge d’Alícia Duró al web del ICM.
Part de la col·lecció biològica de la Australian National Insect Collection. Imatge de la Australian National Insect Collection.

Tipus de col·leccions

Si bé el concepte de col·lecció biològica és força recent, l’emmagatzematge i classificació de material biològic es remunta diversos segles enrere amb les primeres col·lectes de plantes i animals a mans de zoòlegs i botànics.

Actualment, el concepte de col·lecció biològica és molt més ampli:

  • Col·leccions criogèniques

Material biològic viu emmagatzemat a baixes temperatures sota el supòsit que aquest conservarà la seva viabilitat i funcionalitat a llarg termini un cop es descongeli. Les col·leccions criogèniques solen emprar-se per emmagatzemar cèl·lules, teixits i material genètic. Tot i que la ciència ficció ens ha donat moltes idees, la criogenització rares vegades s’usa per emmagatzemar organismes multicel·lulars complets.

  • Col·leccions “clàssiques”

Formades, a grans trets, per les col·leccions de mostres zoològiques (animals sencers o les seves parts) i els herbaris (plantes), entre altres. Algunes d’aquestes col·leccions ja han superat els 200 anys d’antiguitat, essent considerades el tipus més antic de col·leccions i un dels més importants.

Col·lecció de cinípids o vespes de les gales inquilines. Font: Irene Lobato Vila.

La majoria es troba dipositada en museus o centres d’investigació i, llevat de rares excepcions, a l’abast de la comunitat científica per a la seva consulta i estudi. Molts col·lectors privats col·laboren amb aquestes entitats cedint els seus espècimens, cosa bastant habitual entre els col·leccionistes d’insectes.

Armaris del National Museum of Natural History a Washington D.C., Smithsonian Institution, on es troben dipositats milers d’exemplars d’insectes. Font: Irene Lobato Vila.

No està de més aclarir que la cessió de col·leccions està subjecta a una minuciosa revisió i a un contracte entre les parts, per la qual cosa no s’haurien d’acceptar espècimens obtinguts intencionadament pel col·lector de la caça furtiva o el tràfic il·legal d’espècies.

  • Bases de dades en linia

Repositoris d’informació biològica a Internet. Aquest tipus de “col·leccions” ha assolit una gran importància en els darrers anys en permetre compartir informació biològica d’interès per a la ciència i la tecnologia de forma immediata arreu del món. Les més consultades són les bases de dades moleculars (proteïnes, ADN, ARN, etc.) per a l’elaboració de filogènies i els famosos “arbres de la vida”, com, per exemple:

Altres webs molt consultades són les bases de dades en línia de les col·leccions dipositades en museus, també molt importants (si no, recordeu el cas recent de l’incendi del Museu Nacional del Brasil…), i les webs de participació ciutadana en què tant experts com aficionats aporten dades de les seves observacions, com Biodiversitat Virtual.

Les col·leccions biològiques també poden classificar-se segons la seva funció: col·leccions científiques (recerca), col·leccions comercials (cultius cel·lulars per a medicina, farmàcia, etc.) i col·leccions d'”estat” (les que es creen i mantenen pel bé de l’estat, com els jardins botànics, amb la finalitat de conservar la biodiversitat d’una regió i promoure’n l’estudi i divulgació).

El concepte de col·lecció biològica també engloba els biobancs, o col·leccions de mostres biològiques d’origen exclusivament humà emprades en estudis biomèdics. Tanmateix, no entrarem en més detall.

Per què són tan necessàries les col·leccions biològiques clàssiques?

Més enllà de suposadament calmar les ànsies de col·leccionisme que alguns atribueixen als científics i que malmeten seriosament la seva imatge, les col·leccions biològiques, i especialment les col·leccions “clàssiques”, són essencials per a la conservació de la biodiversitat. I no, no causen l’extinció d’espècies: el nombre d’organismes recol·lectats és irrisori comparat amb les pèrdues causades per la contaminació o la destrucció de l’hàbitat, i les captures es realitzen complint una sèrie de normatives, sempre respectant les poblacions i els seus hàbitats.

Tot i que és cert que les fotografies i les webs de biodiversitat són una eina útil per a l’estudi de les espècies del nostre planeta, desgraciadament no deixen de ser un complement de les col·leccions físiques clàssiques.

Així doncs, per què són tan importants aquestes col·leccions?

  • Són una font molt valuosa de material genètic que pot ser extret de les mostres o espècimens emmagatzemats i emprar-se en estudis moleculars. Gràcies a aquests estudis, podem comprendre una mica millor els orígens i les relacions entre els éssers vius (filogènia), conèixer la seva diversitat genètica i els mecanismes d’especiació, o bé perfeccionar estratègies per conservar-los. Per ex., en els plans de reintroducció d’espècies s’han d’estudiar les poblacions genètiques per assegurar-se que els organismes reintroduïts puguin estabilitzar-se i establir poblacions viables en el temps.
  • Són un referent perpetu per a futurs científics. Uns dels pilars bàsics de les col·leccions zoològiques i botàniques són els espècimens tipus o sèries típiques: aquells organismes que el descobridor d’una espècie va fer servir per descriure-la. Els espècimens tipus han d’estar degudament emmagatzemats i etiquetats, ja que són els més valuosos dins de les col·leccions. Aquests han de poder ser consultats per la comunitat científica i fer-se servir com a referent per a la descripció de noves espècies o en estudis comparatius, ja que les descripcions no sempre són suficients.
Insecte paratipus (espècimen de la sèrie típica) degudament etiquetat dipositat en el National Museum of Natural History a Washington D.C., Smithsonian Institution. Font: Irene Lobato Vila.
  • En relació al punt anterior, les col·leccions clàssiques permeten estudiar la morfologia (externa i interna) i la variabilitat dintre de i entre espècies, cosa que moltes vegades resulta impossible mitjançant fotografies.
  • Contenen organismes de diferents èpoques i hàbitats. Això inclou espècies extingides (tant des de fa molt de temps com recentment a causa de l’activitat humana) o representants d’ecosistemes actualment en perill. Davant l’actual destrucció d’hàbitats, no tindríem accés a nombroses espècies ni a la informació genètica i bioquímica que tant aquestes com els seus ecosistemes contenen si part d’elles no estigués dipositada en col·leccions biològiques. Aquesta informació és essencial per a investigar com frenar o mitigar els efectes negatius sobre espècies encara existents.
  • Ens donen informació passada i present sobre la distribució geogràfica dels organismes, ja que cadascun s’emmagatzema juntament amb dades de localitat i biologia. Aquesta informació és essencial no només per a estudis d’ecologia i evolució, sinó també per a la gestió de recursos, els plans de conservació i els estudis sobre el canvi climàtic.
  • Són una eina de divulgació molt potent, ja que permet experimentar directament amb les mostres. Les fotografies o els llibres són importants, però insuficients si no es complementen amb observacions directes. Tant les visites a museus com les sortides al camp són bàsiques per a una educació ambiental completa.
A final de curs, milers d’alumnes de totes les edats visiten les instal·lacions i les col·leccions del National Museum of Natural History a Washington D.C. Alguns, fins i tot, podran accedir a les col·leccions científiques. Font: Irene Lobato Vila.

.        .        .

Si crèieu que les col·leccions eren innecessàries, seguiu pensant-ho després de llegir aquest article? Podeu deixar els vostres comentaris!

Animals walking on walls: challenging gravity

How do insects, spiders or lizards for walking on smooth vertical surfaces or upside down? Why would not be possible for Spiderman to stick on walls the way some animals do?

Scientist from several areas are still in search of the exact mechanisms that allow some animals to walk on smooth surfaces without falling or sliding. Here we bring you the latest discoveries about this topic.

Animals walking on walls: challenging gravity

Competition for space and resources (ecological niche) has led to a lot of amazing adaptations throughout the evolution of life on Earth, like miniaturization.

When nails, claws or friction forces are insufficient to climb up vertical smooth surfaces, dynamic adhesion mechanisms come into play. Dynamic adhesion mechanisms are defined as those that allow some animals to climb steep or overhanging smooth surfaces, or even to walk upside down (e.g. on ceilings), by attaching and detaching easily from them. The rising of adhesive structures like adhesive pads as an evolutionary novelty has allowed some animals to take advantage of unexplored habitats and resources, foraging and hiding from predators where others could not.

Gecko stuck on a glass surface. Picture by Shutterstock/Papa Bravo.

Adhesive pads are found in insects and spiders, some reptiles like geckos and lizards, and some amphibians like tree frogs. More rarely they can be also found in small mammals, like bats and possums, arboreal marsupials native to Australia and some regions from the Southeast Asia.

The appearance of adhesive pads among these very different groups of animals is the result of a convergent evolution process: evolution gives room to equal or very similar solutions (adhesive pads) to face the same problem (competence for space and resources, high predation pressure, etc.).

Adaptation limits (or why Spiderman could not climb up walls)

Studying the underlying processes of the climbing ability of these animals is a key point in the development of stronger adhesive substances. So, a lot of research regarding this topic has been carried out to date.

Will humans be able to climb up walls like Spiderman some day? Labonte et al. (2016) explain us why Spiderman could not be real. Or, at least, how he should be to be able to stick on walls and do whatever a spider can.

Will humans be able to climb up walls like Spiderman some day? For now, we will have to settle for this sculpture. Public domain image.

Apart from the specific mechanisms of each organism (of which we will talk in depth later), the main principle that leads the ability for walking on vertical smooth surfaces is the surface/volume ratio: the smaller the animal, the larger is the total surface of the body with respect its volume and smaller is the amount of adhesive surface needed to avoid falling due to the body weight. According to this, geckos are the bigger known animals (i.e. those with the smallest surface/volume ratio) able to walk on vertical smooth surfaces or upside down without undergoing deep anatomical modifications.

And what does ‘without undergoing deep anatomical modifications’ mean? The same authors say that the larger the animal, the bigger is the adhesive pad surface needed for walking without falling to the ground. The growth of the adhesive pad surface with respect the size of the animal shows an extreme positive allometry pattern: by a small increase of the animal size, a bigger increase of the adhesive pad surface takes place. According to this study, a 200-fold increase of relative pad area from mites to geckos has been observed.

Picture by David Labonte

However, allometry is led by anatomical constraints. Therefore, if there was an animal larger than a gecko able to climb up smooth surfaces, it should have, for example, extremely large paws covered by an extremely large sticky surface. While this would be possible from a physical point of view, anatomical constraints would prevent the existence of animals with such traits.

Now we are in condition to answer the question ‘Why Spiderman could not stick to walls?’. According to Labonte et al., to support a human’s body weight, an unrealistic 40% of the body surface would have to be covered with adhesive pads (80% if we only consider the front of the body) or ridiculously large arms and legs should be developed. Both solutions are unfeasible from an anatomical point of view.

Great diversity of strategies

Dynamic adhesion must be strong enough to avoid falling as well as weak enough to enable the animal to move.

A great diversity of dynamic adhesion strategies has been studied. Let’s see some of the most well-known:

Diversity of adhesive pads. Picture by David Labonte.

1) Wet adhesion

A liquid substance comes into play.

Insects

Insects develop two main mechanisms of wet adhesion:

Smooth adhesive pads: this mechanism is found in ants, bees, cockroaches and grasshoppers, for example. The last segment of their legs (pretarsus), their claws or their tibiae present one or several soft and extremely deformable pads (like the arolia located in the pretarsus). No surface is completely smooth at microscale, so these pads conform to the shape of surface irregularities thanks to their softness.

Cockroach tarsus. Adapted picture from the original by Clemente & Federle, 2008.

Hairy adhesive pads: these structures are found in beetles and flies, among others. These pads are covered by a dense layer of hair-like structures, the setae, which increase the surface of the leg in contact with the surface.

Chrysomelidae beetle paw. Picture by Stanislav Gorb et al.

A thin layer of fluid consisting of a hydrophilic and a hydrophobic phase located between the pad and substrate comes into play in both strategies. Studies carried out with ants show that the ends of their legs secrete a thin layer of liquid that increases the contact between the pretarsus and the surface, filling the remaining gaps and acting as an adhesive under both capillarity (surface tension) and viscosity principles.

Want to learn more about this mechanism in insects? Then do not miss the following video about ants!

Tree frogs

Arboreal or tree frog smooth toe pads are made of columnar epithelial cells separated from each other at their apices. Mucous glands open between them and secrete a mucous substance that fill the intercellular spaces. Having the cells separated enable the pad to conform to the shape of the surface and channels that surround each epithelial cell allow to spread mucus over the pad surface to guarantee the adhesion. These channels also allow to remove surplus water under wet conditions that could make frogs to slide (most tree frogs live in rainforests).

Red-eyed tree frog (Agalychnis callidryas), distributed from Southern Mexico to Northeastern Colombia. Public domain image.

In the next video, you can see in detail the legs of one of the most popular tree frogs:

Smooth toe pads of tree frogs are similar to those found in insects. In fact, crickets have a hexagonal microstructure reminiscent of the toe pads of tree frogs. This led Barnes (2007) to consider the wet adhesion mechanism as one of the most successful adhesion strategies.

Different species of tree frogs (a, b, c) and their respective epithelia (d, e, f). Figure g corresponds to the surface of a cricket’s smooth toe pad. Picture by Barnes (2007).

Possums

The most detailed studies on possums have been carried out about the feathertail glider (Acrobates pygmaeus), a mouse-sized marsupial capable to climb up sheets of glass using their large toe pads. These pads are conformed by multiple layers of squamous epithelium with alternated ridges and grooves that allow them to conform to the shape of the surface and that are filled with sweat, the liquid this small mammal use to adhere to surfaces.

00530622
Acrobates pygmaeus. Picture by Roland Seitre.
pygmffoot
Frontal toe pads of Acrobates pygmaeus. Picture by Simon Hinkley and Ken Walker.

2) Dry adhesion

Liquid substances do not come into play.

Spiders and geckos

The adhesion of both spiders and geckos depends on the same principle: the Van der Waals forces. Unlike insects, tree frogs and possums, these organisms do not secrete sticky substances.

Van der Waals forces are distance-dependent interactions between atoms or molecules that are not a result of any chemical electronic bond. These interactions show up between setae from footpads of geckos (which are covered by folds, the lamellae) and setae from spider paws (which are covered with dense tufts of hair, the scopulae), and the surface they walk on.

Spider paw covered with setae. Picture by Michael Pankratz.
Diversity of footpads of geckos. Picture by Kellar Autumn.

However, recent studies suggest dry adhesion in geckos is not mainly lead by Van der Waals forces, but by electrostatic interactions (different polarity between setae and surface), after confirming that their sticking capacity decreased when trying to climb a sheet of low energetic material, like teflon.

Anyway, the ability of geckos to climb is impressive. Check this video of the great David Attenborough:

3) Suction

Bats

Disk-winged bats (family Thyropteridae), native to Central America and northern South America, have disk-shaped suction pads located at the base of their thumbs and on the sole of their feet that allow them to climb smooth surfaces. Inside these disks, the internal pressure is reduced, and the bat stick to the surface by suction. In fact, a single disk can support the weight of the bat’s body.

Thyropteridae bat. Picture by Christian Ziegler/ Minden Pictures.

Now that you know about all these animals’ ability for climbing smooth walls, do you still think Spiderman is up to the task?

Main picture by unknown author. Source: link.