Una muy breve historia de la vida

Publicado el 11. dic, 2011 por Cuadrivio en Dossier

 

La mayor parte de la larguísima historia de la vida en la Tierra se cuenta a niveles microscópicos, y es en esta escala donde podemos encontrar la fundación del mundo macro tal y como lo conocemos hoy en día. Daniel Ochoa nos da un rápido recorrido por la historia de estas microformas fundacionales con las que la vida se ha abierto paso y que aún son básicas para el equilibrio natural de nuestro macromundo. 

 If there is one thing the history of evolution has taught us it’s that life will not be contained. Life breaks free, expands to new territories, and crashes through barriers, painfully, maybe even dangerously (…) I’m simply saying that life, finds a way.

Jurassic Park, diálogo del Dr. Ian Malcolm

 

Daniel Ochoa Gutiérrez

 

La vida en nuestro planeta es extraordinariamente ancestral. Hace miles de millones de años la historia de todas los seres vivos comenzó en la Tierra como una pequeña acumulación de estructuras y sustancias químicas. En toda su historia millones de especies diferentes la han poblado y desaparecido por completo de la faz de la Tierra. Como los viajes al pasado son imposibles dentro de este universo, la única manera en que los seres humanos podemos rastrear a todos estos organismos ya extintos es a partir del análisis del registro fósil. Los fósiles son restos, principalmente anatómicos, de los seres vivos que se mantienen conservados en las rocas antiguas debido a sus componentes químicos. Ya que las rocas antiguas se depositan de acuerdo a su edad, es posible para los humanos conocer, a partir de procesos fisicoquímicos de análisis, la edad de estas rocas y, a su vez, la de los organismos que se encuentran fosilizados en ellas. Es importante hacer notar al lector en este momento que existen muchos problemas para encontrar fósiles microscópicos debido a que éstos no pueden dejar un rastro visible para los paleontólogos. Los organismos con huesos y conchas que se calcifican se pueden mantener conservados durante millones de años sin problemas; los microfósiles tienen la desventaja de no formar estructuras sólidas estables (a excepción de las cianobacterias –consultar el caso de Cuatro Ciénegas). Debido a esto, la mayoría de los eventos microscópicos ancestrales están ya perdidos en el tiempo, y la especulación se vuelve una herramienta necesaria para los científicos que estudian estas materias. Aun así existen muchas teorías y especulaciones que se pueden comprobar sin necesidad de los fósiles y con una gran fiabilidad. Muchos de los eventos descritos en este artículo se basan en teorías aún en discusión y que pueden llegar a ser reestructuradas en un futuro, pero que por el momento son las más aceptadas por la comunidad científica.

Esta breve historia comienza hace unos 4 600 millones de años con la formación de la Tierra. Al principio la Tierra era una esfera incandescente sin estructuras completamente sólidas, y durante unos 800 millones de años fue un planeta muy parecido a lo que muchas culturas definirían como el inframundo; no es casualidad que por ello esta etapa sea conocida como el Hadeano, haciendo referencia al dios griego gobernante del inframundo, Hades. El Hadeano se caracteriza por ser un tiempo en el que ocurrieron una infinidad de colisiones meteóricas y explosiones volcánicas, que millones de años después brindarían los compuestos y energía necesarios para que la vida surgiera en este planeta.

Aún es incierto cuál es exactamente el proceso de formación de una célula primigenia; sin embargo, muchos autores han coincidido en que tuvo que existir una asociación entre una función autorreplicativa (como el ARN catalítico y los ribozimas) y una función metabólica (como los sulfobios y coacervados). Estas estructuras debieron surgir a partir de materia orgánica desarrollada por los compuestos y energía producidos por la actividad geológica de nuestro planeta primigenio. Cuál es el proceso por el que se unieron estos dos mecanismos todavía es controversial, pero lo que es seguro es que esto dio lugar a nuestro primer ancestro común, un pequeño ser de no más de unas cuantas micras (una milésima parte de un milímetro) de diámetro, y que este proceso sucedió hace aproximadamente unos 3 800 millones de años.

El primer microfósil de un ser vivo registrado debió ser un procarionte que existió aproximadamente hace unos 3 600 millones de años. Los procariontes son organismos unicelulares que no tienen estructuras complejas –mitocondrias, cloroplastos o, incluso, núcleo definido– dentro de su célula. Las arqueas y las eubacterias (‘bacterias verdaderas’) forman este grupo, y, básicamente, son células relativamente simples compuestas por sólo una envoltura o membrana celular, citoplasma, ribosomas y el material genético.

Todos estos primeros procariontes se cree que eran principalmente heterótrofos anoxigénicos, es decir que se «alimentaban» de materia orgánica previamente formada para poder subsistir y que no requerían de oxígeno para llevar a cabo este proceso. Los procariontes heterótrofos anoxigénicos dominaron la Tierra durante unos 400 millones de años, hasta que hace 3 200 millones de años divergieron un tipo de procariontes diferentes que cambiarían el curso de la vida, las cianobacterias.

Las cianobacterias son bacterias fotosintéticas autótrofas. Esto quiere decir que se alimentan de materia inorgánica y que con la ayuda de la energía de los rayos solares convierten sus moléculas en compuestos orgánicos que después utilizan para sus procesos biológicos básicos. Durante 700 millones de años se mantuvieron los seres heterótrofos anoxigénicos y los fotosintéticos autótrofos en equilibrio adaptativo, hasta que hace unos 2 500 millones de años algo impensable sucedió.

Los autótrofos empezaron a desequilibrar la balanza y contaminaron el planeta Tierra de un compuesto que nunca pasaría por nuestras cabezas, el oxígeno. Las bacterias autótrofas utilizan el CO₂ y, como producto de sus reacciones metabólicas, dan lugar al O₂como residuo. Durante 1 000 millones de años la concentración de oxígeno atmosférico fue en aumento, hasta que nuestra atmósfera llego a ser como la conocemos ahora, llena de oxígeno (en realidad se compone de un 21% de oxígeno, un 78% de nitrógeno y un 1% de otros gases). Esto llevó a los heterótrofos a desarrollar una nueva adaptación, la posibilidad de ocupar el O₂ y convertirlo en CO₂. De esta manera, el ciclo se cerraba y las primeras bacterias oxigénicas aparecían en la historia de la vida. El aumento de O₂ en la atmósfera debió cesar hace unos 2 200 millones de años debido a que se complementaron los dos procesos metabólicos antes mencionados. Así se llegó a un equilibrio ecológico que ha perdurado por miles de millones de años.

Hasta este momento los organismos que habían poblado la Tierra eran microscópicos. Aunque ya existían ciertas asociaciones, sobre todo de bacterias fotosintéticas, todavía no existían seres vivos pluricelulares complejos. Para que esto sucediese debía ocurrir un proceso previo que permitiera el aumento en la complejidad de los seres vivos: la evolución hacia seres eucariontes por medio de endosimbiosis. La endosimbiosis celular es un proceso biológico por el cual una célula procariota es embebida por otra pero sin ser digerida, esto permite la fusión de dos seres que se ayudan mutuamente para mejorar su nivel de adaptación a un medio específico.

Por alguna razón que aún no está clara parece que posiblemente una arquea fermentadora (es decir anoxigénica) se alimentó de una bacteria oxigénica, pero, en vez de destruirla y utilizar sus biomoléculas para su beneficio, se logró una asociación por la que los dos organismos obtenían ciertas ventajas: la arquea ahora podía vivir en un medio con oxígeno y además aprovecharlo para producir una mayor cantidad de energía; la bacteria, por su parte, obtenía protección y se podía desprender de muchos de sus mecanismos celulares originales, que ahora eran provistos por la arquea.  De acuerdo a la teoría, estas bacterias embebidas, después de algunos millones de años, dieron lugar a lo que ahora conocemos como mitocondrias.

Este primer proceso de endosimbiosis originó una línea de descendencia en la que se encuentran los animales, los hongos y muchos de los protozoarios actuales; pero las plantas y las algas necesitaron un evento extra de endosimbiosis con un organismo fotosintético. Lo que propone la teoría conocida como «endosimbiosis seriada» es que posiblemente una cianobacteria (aquellas que contaminaron nuestro planeta) pudo ser embebida por la línea de descendencia de los organismos que ya habían conseguido la fusión de dos seres vivos. Esto daría lugar a los cloroplastos, que permitirían a este nuevo organismo poder utilizar los compuestos de CO₂ para formar los azúcares necesarios para su metabolismo; de esta manera la vida sería llevada a un nuevo nivel con el desarrollo de los eucariontes. El proceso de endosimbiosis seriada debió haber ocurrido hace unos 2 000 a 1 800 millones de años, ya que es en este momento de la Tierra cuando los primeros organismos eucariontes empiezan a aparecer en el registro fósil.

Hace unos 1 600 millones de años, la vida macroscópica comienza a aparecer en la Tierra. Los seres eucariontes –a los que ya llamaremos «protistas» y «algas», de acuerdo a sus funciones metabólicas– empezaron a desarrollar estructuras en  asociación. El surgimiento de filamentos y láminas muy delgadas de algas y protozoarios conjuntos fue el paso básico para comenzar la pluricelularidad. Aunque las células eucariontes ya eran más grandes que las procariontes, su tamaño todavía era de unos cientos de micras. A partir del momento en el que las algas y los protozoarios se asociaron, se pudieron observar restos de fósiles que alcanzaban ya los 50 mm. Es también en este momento cuando surge la mayoría de los hongos, no los hongos macroscópicos de los que nos alimentamos, sino muchas especies de hongos microscópicos como las levaduras y los mohos.

Durante unos 800 millones de años las estructuras microscópicas en asociación superficial evolucionaron y dominaron el planeta, hasta que hace unos 850 millones de años empezó de lleno el mundo macroscópico.

Hace unos 850 millones de años los primeros organismos pluricelulares surgieron. Los protozoarios empezaron a asociarse en estructuras de calcio que evolucionarían hasta formar los animales más primitivos conocidos, las esponjas y los corales. Durante 300 millones de años muchos de estos seres novedosos se extinguieron; otros evolucionaron hasta diversificarse intensamente hace unos 540 millones de años, momento en que inició un nuevo periodo en la Tierra, el Cámbrico. En los 50 millones de años que duró el Cámbrico surgieron casi todos los phyla (grupos) de animales que conocemos, desde los cnidarios, las medusas y corales, hasta los braquiópodos, conchas de mar muy cercanas a los vertebrados (no se deben confundir con los moluscos). Es en este periodo cuando surgen los animales más insólitos que se han registrado en la historia de la Tierra. No es raro que estos animales tengan nombres como Anomalocaris sp., Hallucigenia sp. y Wiwaxia sp., ya que sus nombres parecen hacer referencia a su extrañeza. El periodo Cámbrico es un punto muy importante para los paleontólogos, debido a que hay un aumento en la cantidad de organismos en el registro fósil; esto es conocido como la Explosión del Cámbrico. El lector debe recordar que esto no implica que el aumento de especies sea real, sino que el número de estructuras que se conservan de este periodo es mayor que el de los precedentes. Aún está en duda si previamente no había habido otras explosiones de diversidad biológica que por la falta de fósiles no se pueden describir.

Además de por su importancia paleontológica, estos fósiles evidencian que en el periodo Cámbrico existe un paso crítico de un mundo que había sido reinado exclusivamente por seres microscópicos a otro en donde los seres macroscópicos cohabitan con ellos, volviéndose agentes importantes en la evolución ecológica del planeta.

La pluricelularidad de los animales, las plantas y algunos hongos permitió a la vida explorar nuevos ecosistemas y, hace unos 450 a 420 millones de años, «brincar» al suelo terrestre. Hasta este momento la vida se había desarrollado casi en su totalidad en el agua; es hasta que surgen los primeros artrópodos (insectos, arañas, ciempiés…) y plantas vasculares (plantas primitivas simples y helechos) que la vida comenzó a poblar los continentes. En este momento nuestro phylum aparece con los vertebrados más ancestrales, los peces mandibulados.

Parecería que la vida había desarrollado ya una adaptación hacia lo macroscópico en cierta medida y que los seres vivos de unos cuantos centímetros habían llegado a un punto máximo de crecimiento. Pero a partir del periodo Carbonífero, hace unos 360 millones de años, el mundo macroscópico creció aún más, hasta llegar a la generación seres gigantescos. Se cree que en ese momento la concentración de oxígeno atmosférico subió hasta casi un 35%, concentración mucho mayor que la que se había alcanzado previamente en la era de las cianobacterias millones de años atrás. Este aumento permitió a los seres vivos obtener mayor energía y, por tanto, crecer hasta niveles inimaginables. Primero, árboles de más de 40 metros de altura; después, insectos voladores que podían tener una envergadura de hasta 1 metro de longitud; y por último, los dinosaurios, que reinarían el planeta durante 185 millones de años, comenzaron a evolucionar a partir de los primeros vertebrados terrestres:  los reptiles.

Me parece que es importante anotar que antes del auge de los dinosaurios, hace 250 millones de años, ocurrió la extinción más masiva en la historia de la vida. A finales del periodo Pérmico, el 96% de las especies marinas y el 70% de las especies de vertebrados terrestres se extinguió. Aún no se sabe a ciencia cierta qué causó esta extinción masiva, cómo algunos seres vivos pudieron sobrevivir a este evento y qué especies específicas lo hicieron; pero sabemos que a partir de este momento los reptiles tuvieron la posibilidad de crecer y diversificarse hasta llegar a ser el grupo de animales terrestres de mayor tamaño que ha existido.

Los dinosaurios surgieron a partir de finales del Pérmico, dando inicio a una nueva era. El Mesozoico es una era dividida en tres periodos, en los que surgen los grupos actuales, como las aves, los mamíferos y las plantas con flor. Los dinosaurios pertenecían a un grupo extremadamente diverso de reptiles que alcanzaron tamaños de hasta 26 metros de largo del cuello a la cola, como en el caso de los apatosaurios. Además, no sólo se caracterizaban por grandes tamaños en la longitud total, también desarrollaron, como era de esperarse, otras estructuras corporales gigantescas, como dientes de hasta 30 cm, huellas de hasta 2 metros de ancho y pesos de hasta 24 toneladas. El tamaño les permitía a los herbívoros llegar a las copas de los árboles más altos para conseguir comida, y a los depredadores carnívoros, ser implacables. Por eso otros vertebrados, como anfibios y mamíferos, tuvieron que mantener su tamaño en escalas pequeñas para ocultarse de ellos. Parecía que estos seres reinarían debido a su enorme tamaño, con el que ningún otro ser podía luchar. Pero no siempre ser el más grande implica ser el mejor.

Hace 65 millones de años un meteorito demostró esta afirmación al momento de impactar la Tierra y extinguir a todos estos seres mayúsculos.

Para ser tan grande se necesita un gran aporte energético provisto por los alimentos. La Tierra, después del impacto, no podía proveer los nutrimentos necesarios para que seres colosales sobrevivieran. Como consecuencia de cambios climáticos y enfermedades, estos organismos se extinguieron para siempre de nuestro planeta dejando sólo algunos descendientes, como los cocodrilos, las lagartijas y las aves.

Hace 60 millones de años empezó el auge de los mamíferos, en la llamada era Cenozoica. La extinción de los dinosaurios permitió que los planes corporales de los mamíferos se diversificaran y aumentaran su tamaño, permitiendo así la existencia de grandes animales, como mamuts, osos, ballenas y equinos de algunos metros de altura.

Quisiera detenerme para aclarar que la aparición de cada uno de los seres antes mencionados no implica la desaparición de los anteriores por completo, sino un desarrollo por el que se incorporan al medio biológico preexistente. Las bacterias heterótrofas anoxigénicas, de las que hablamos al principio, siguen existiendo aún en la actualidad, al igual que las cianobacterias, los protozoarios y los reptiles, por sólo decir algunos. Lo que sí sucede es que ciertos organismos se extinguen y desaparecen por completo, tal es el caso de los trilobites y los dinosaurios; sin embargo, generalmente la vida siempre ha encontrado la manera de sobrellevar su evolución para adaptarse a todos estos eventos.

Por último, hace unos 2.5 millones de años apareció una de las especies más recientes pero que más nos interesan. Los seres humanos comenzaron su evolución en un mundo en el que muchos planes corporales y tamaños habían probado suerte, y habían perdido o ganado un lugar en el árbol de la vida. El humano apareció en un mundo en el que existe un equilibrio entre los micromundos y los macromundos. Un planeta en el que conviven bacterias anoxigénicas, bacterias oxigénicas, arqueas extremófilas, bacterias fotosintéticas, protozoarios parásitos, algas unicelulares asociadas, hongos microscópicos y macroscópicos, plantas de casi 100 metros de altura, animales diminutos que son inapreciables para la vista y otros que miden más de 10 metros. Todo este conjunto de seres vivos de diversas medidas interactuando al unísono en nuestro planeta es lo que ha permitido el equilibrio ecológico para que la vida se haya mantenido vigente durante miles de millones de años.

Bibliografía

 

Cowen, Richard, History of life, segunda edición. Estados Unidos, Blackwell Scientific Publications, 1995, p. 462.

Knoll, Andrew H., La vida en un joven planeta. Madrid, Drakontos, 2004, p. 366.

Leakey, Richard y Lewin, Roger, La sexta extinción. El futuro de la vida y de la humanidad. Barcelona, Metatemas, 1998, p. 296.

Margulis, Lynn, Una revolución en la evolución. Valencia, Universitat de València, 2002, p. 379.

__________________, (2005) El origen de la célula. Boston, Editorial Reverté, 2005, p. 140.

____________

Daniel Ochoa Gutiérrez (Ciudad de México, 1989). Espécimen tipo de la deplorable e infecciosa especie humana. Perteneciente a la Familia Biología, del Orden Facultad de Ciencias, Clase Universidad Nacional Autónoma de México. Estudiante de octavo semestre que disfruta aprender y divulgar el conocimiento obtenido. Futuro primer hombre en pisar Marte y procrear una familia marciana. Tesista en servicio social dedicado en principio a cualquier asunto relacionado con biología molecular, evolución, origen de la vida y astrobiología; aunque aún en un estado parásito-larval. Es miembro del consejo editorial de Cuadrivio.

Tags: Biología, Daniel Ochoa, dinosaurios, Dossier, Hades, Historia de la vida, Tierra