La Tierra, un planeta

vivo (II):

Una larga evolución

Épocas cálidas, épocas frías

            Si analizamos los datos paleoclimáticos (climas antiguos del planeta), se puede establecer un “clima normal” de la Tierra en el que no hay glaciares a nivel del mar; son épocas cálidas en las que los hielos son poco frecuentes y que han acaecido a lo largo de cerca del 90% de su historia; en el resto del tiempo, nuestro planeta ha sufrido las llamadas glaciaciones, épocas frías, en donde los hielos, en forma de glaciares han invadido grandes masas continentales. Estas glaciaciones se han hecho más frecuentes a medida que nos acercamos a la edad actual, lo cual invita a pensar que tienen algo que ver con el progresivo enfriamiento de nuestro planeta.

            Las glaciaciones, en especial la última (es, lógicamente, la que mejor se conoce) están divididas en periodos glaciares (máximo frío, el hielo avanza) e interglaciares (el hielo retrocede). Actualmente estamos en un periodo interglaciar de una glaciación, la última, llamada cuaternaria, que empezó hace 15 m.a. Se ha comprobado que una glaciación dura varias decenas de millones de años, mientras  que los periodos glaciares tienen una duración de unos cien mil años, separados de cortos periodos interglaciares de unos 15 mil años (en la actualidad, nuestro periodo interglaciar debe estar tocando su fin). ¿Vendrá un nuevo periodo glaciar? Es probable que si, pues la glaciación no ha terminado ni mucho menos…

     La primera glaciación datada es la glaciación huroniana (lago Hurón, en Canadá) de comienzos de la era proterozoica, hace unos 2300 m.a. y con una duración de 150 m.a. y que llegó hasta los trópicos. Fue una superglaciación de gran intensidad que produjo la “primera tierra blanca” ¿Por qué se produjo dicha glaciación?  Una posible causa es la siguiente: La gradual acumulación de oxígeno en la atmósfera produjo una drástica reducción del dióxido de carbono y del metano, gases del efecto invernadero. Hace 2300 m.a. cuando la concentración de oxígeno alcanzó el 0,2%, desapareció el metano y se produjo un enorme enfriamiento del planeta. Los casquetes polares de hielo se desplazaron hacia el ecuador hasta convertir a la Tierra en una enorme bola de hielo. Los océanos se congelaron hasta una profundidad de 800 metros y la vida se refugió en las zonas volcánicas y termales. Poco a poco, el C0₂ emitido por los volcanes aumentó el efecto invernadero y el hielo se empezó a derretirse.

Después sobrevino un largo periodo sin glaciaciones de 1300 m.a. y a finales de la era proterozoica aparece otro periodo frío de la historia de la Tierra, aunque de menor intensidad que el anterior, dando lugar a la “segunda tierra blanca”, durante un tiempo que abarca desde los 850 hasta los 580 m.a.; en este periodo se han registrado glaciares en continentes cercanos al ecuador y se cree que hubo hasta cuatro glaciaciones seguidas.

            Además de lo indicado anteriormente como posible causa de estas glaciaciones, se puede añadir que la situación de la mayoría de los continentes cerca del ecuador en muchas de aquellas fechas traería como consecuencia un máximo en la meteorización química, proceso que consume CO2, el principal gas invernadero, por eso, la temperatura de la Tierra comenzaría a descender y el establecimiento de los primeros hielos reflejarían más calor (el color blanco es el que más calor refleja) y el enfriamiento de nuestro planeta se autoalimentaría hasta que los glaciares ocuparan también las tierras bajas y gran parte de los océanos se congelarían; posteriormente, el proceso se estabilizaría. Al cabo de algunas decenas de millones de años, la cantidad de CO2 aumentaría de nuevo, expulsado por los volcanes, principalmente, aumentaría el efecto invernadero y los hielos comenzarían a fundirse, terminando la época de glaciaciones. Se supone que la biosfera, como consecuencia de estos hechos, estaría al borde de la extinción.

            Se han registrado tres épocas glaciares más recientes y de menor cuantía: la glaciación ordovícica, acaecida en este periodo de la era paleozoica, hace unos 475 m.a., la glaciación carbonífero-pérmica, que se corresponde con estos dos periodos paleozoicos, a partir de los 325 m.a. y la última glaciación, la nuestra, la más conocida, la noeógena o cuaternaria desde unos 15 m.a. hasta la fecha. Estas glaciaciones no han llegado a afectar a todos los continentes y océanos de la Tierra, como lo demuestran los registros fósiles, las tillitas (morrenas glaciares fosilizadas), que son indicadores paleoclimáticos de estos eventos. Así la glaciación ordovícica afectó a los continentes que por aquella época estaban en el hemisferio sur, que eran mayoría, la carbonífero- pérmica, afectó al continente de Gondwana (África, Suramérica, Australia, la India y Antártida) que era un continente austral y la neógena afecta a los continentes septentrionales (Norteamérica y Eurasia).

 Una vez más, la distribución de los continentes en el globo terráqueo parece que es la causa principal, de el advenimiento de estas épocas frías; unas veces por situarse cerca del ecuador, con las consecuencias antes indicadas y otras por situarse grandes masas continentales cerca de los polos (caso de la última glaciación) con el consiguiente enfriamiento mas rápido; además la formación de cordilleras montañosas en épocas de orogenia, favorecería el establecimiento de glaciaciones: las cordilleras, no solo  elevarían la altitud continental, con el consiguiente enfriamiento de los continentes, sino que también podrían alterar la circulación de corrientes oceánicas al cerrar estrechos o brazos marinos; en definitiva, el devenir o deriva continental altera no solo la  evolución y distribución de los seres vivos sino que también provoca cambios en el clima, favoreciendo en determinadas circunstancias, el advenimiento de glaciaciones.

            En cuanto a las causas de los periodos glaciares e interglaciares, bien datados en nuestra glaciación, parece ser, como ha comprobado el astrónomo Milankovitch, son las variaciones orbitales de la Tierra (variaciones en la inclinación y cabeceo del eje de giro y en la excentricidad de la eclíptica)

 Un prolongado reinado de los microorganismos

       Ya hemos visto en el artículo primero de esta serie, que la vida surgió en épocas muy tempranas en nuestro planeta; se calcula que una vez que aminoró el gran bombardeo meteórico, hace unos 3800 m.a.

         ¿Cómo y donde surgió la vida en la Tierra? La verdad es que no se sabe a ciencia cierta… Todo son hipótesis con más o menos fundamento: Puede que los primeros seres vivos procedan de biomoléculas que se ensamblaron en determinados ambientes terrestres  propicios para originar las primeras células, o puede que los primeros seres vivos, se supone que bacterias, provengan del espacio (siembra espacial), o puede que sean estas biomoléculas las que provengan del espacio, traídas por cometas o meteoritos, al menos en parte; puede que las primeras células aparecieran en zonas superficiales, en costas marinas o en charcas, o puede que se formaran alrededor de chimeneas volcánicas submarinas, en el fondo del mar, protegidas de la agresividad del medio superficial de aquel entonces, o puede que surgieran del interior de la corteza terrestre, a algunos km de la superficie…. Son hipótesis que se han propuesto y que no están lo suficientemente contrastadas. Es posible que nunca podamos estar seguros en este asunto tan escurridizo…

             También se especula sobre que tipo de células fueron las primeras en aparecer sobre la Tierra: Uno de los investigadores sobre este tema ha escrito: “El antecesor no puede haber sido un organismo particular: era un conglomerado difuso de células primitivas que evolucionó como una unidad y que en un momento dado se desarrolló hasta un punto en el que se separó en comunidades distintas, que a su vez se convirtieron en las tres líneas principales de la vida: bacterias (procariotas), arqueas y eucariotas.” Tengo que señalar que las arqueas o arquibacterias son microorganismos descubiertos no hace mucho con  mayores semejanzas génicas con las células eucariotas (células no bacterianas) que con las verdaderas bacterias por lo que se las considera más próximas a estas células eucariotas desde un punto de vista evolutivo que a las bacterias; muchas de ellas, aunque no todas, son extremófilas, es decir que viven en ambientes extremos (de alta salinidad, de extrema acidez, de muy bajas, o de muy altas temperaturas), precisamente, se ha especulado con que algunos de estos microbios extremófilos, por ejemplo los termófilos (altas temperaturas), pudieron ser células dominantes en las primeras etapas de nuestro planeta, con una corteza y superficie terrestres todavía muy calientes.

Lo que si se cree es que en estas primeras etapas hubo una considerable transferencia génica horizontal, además de vertical, es decir las células primitivas se intercambiaban entre sus diversas poblaciones genes con bastante facilidad, independientemente de la transmisión génica en el tiempo por reproducción; esto daría lugar a una biosfera primitiva mucho más plástica, con mucho hibridismo y mezcla genética entre las primeras células.

            Recordaré que las adquisiciones evolutivas y metabólicas básicas de las células microbianas ya se adquirieron a lo largo de la era arcaica: metabolismo heterótrofo, metabolismo autótrofo (fotosintético y quimiosintético)…. Eso si, las primeras células fueron anaerobias, viviendo en ambientes sin oxígeno, ya que este, como ya hemos visto, no comenzó a abundar, debido a la actividad fotosintética de bacterias fotosintéticas precisamente, hasta entrada la era proterozoica, hace unos 2000 m.a.

            No hay muchos registros fósiles de microorganismos de la era proterozoica, y menos de la era arcaica, por razones obvias; los fósiles más claros y abundantes son los estromatolitos, ya mencionados en el artículo anterior, dejados por comunidades de bacterias, fundamentalmente fotosintéticas, ya desde hace 3500 m.a. Hace unos 2200 m.a. ya debió de existir un plancton de bacterias considerable en los océanos de la época. Hace unos 2000 m.a. aparecen el la formación fosilífera de Gunflint (Canadá) y en otras equivalentes de la época, microfósiles filamentosos complejos en comunidades estructuradas.

            ¿Cuándo surgieron las primeras células eucariotas? En 1999, la detección de esteranos (lípidos que solo fabrican las células eucariotas) en rocas de hace 2700 m.a. sugiere que estas células se separaron del tronco ancestral celular mas temprano de lo que se creía, ya en la era arcaica; de todas formas las primeras evidencias fósiles de estas células, las nuestras, datan de hace 1700 m.a. (los llamados acritarcos)

         La aparición de estas células eucariotas es uno de los saltos evolutivos más importantes en la aparición de seres vivos cada vez más complejos. Y se consiguió, en gran parte, mediante una herramienta evolutiva de gran eficacia en la evolución: la asociación entre seres vivos; en este caso asociación intracelular mediante endosimbiosis con beneficio mutuo para las células que se asocian; ancestros eucariotas, para adaptarse a ambientes cada vez más ricos en oxígeno, se asociaron simbióticamente con bacterias aerobias, que ya se habían adaptado a este suceso, provocado, como recordaremos por la contaminación ambiental de bacterias fotosintéticas, tiempo atrás, y surgieron las mitocondrias, orgánulos respiratorios de todas las células eucariotas actuales, resultantes de la evolución intracelular de estas bacterias respiratorias asociadas, quizá por fagocitosis. Enseguida aparecieron otras asociaciones más; otra que también parece evidente es la que dio lugar a los cloroplastos de células eucariotas como algas y plantas: asociación con bacterias fotosintéticas, que luego se transformarían en estos orgánulos; también se han propuesto otras asociaciones que no parecen tan claras; incluso, para algunos científicos, el núcleo de la células eucariotas procedería de arqueas asociadas de esta manera.

         Así surgió la célula eucariota moderna, que es más grande y compleja que la bacteriana: Su genoma es mas numeroso, complejo y estructurado y está protegido por una membrana nuclear, con lo que aparece el núcleo verdadero de las células; además el citoplasma celular tiene más orgánulos, como las mitocondrias y cloroplastos mencionados, entre otros, y está compartimentado por membranas internas; por otro lado surge la reproducción sexual con lo que se garantiza una transmisión de genes mezclados en la vertical con una aportación génica de la célula materna y otra de la célula paterna; de esta forma hay mayor variedad de genes en los descendientes y se acelera la evolución, favoreciendo una mayor plasticidad génica para adaptarse a los posibles cambios ambientales de forma más eficaz; pero por otro lado la reproducción sexual trae consigo la muerte programada de las células eucariotas, pues los descendientes ya no son iguales ya que tienen genomas diferentes a sus progenitores; téngase en cuenta que las bacterias, se reproducen asexualmente por bipartición y los descendientes son clónicos genéticos de sus predecesores; únicamente las mutaciones pueden variar de forma sistemática el genoma a lo largo de las generaciones; de todas formas, las bacterias también practican, de forma más esporádica, la sexualidad y por lo tanto el intercambio de genes, en la conjugación bacteriana, que es una especie de cópula entre bacterias; tampoco hay que olvidar otras formas de intercambio de genes que afectan, tanto a las bacterias como a las células no bacterianas y que colaboran al aumento de la variabilidad génica, como son el intercambio de genes en la horizontal a través de virus.

 Con la estabilización de un ambiente oxigenado, hace unos 1600 m.a., se diversifica la vida aerobia y poco después, hace unos 1400 m.a., se produce otro hito en la evolución y expansión de los seres vivos: la colonización del medio terrestre, no marino, por los microbios, principalmente cianobacterias al principio… Esto se debió al establecimiento de la capa de ozono estratosférica que filtraba las radiaciones UV de onda corta, perjudiciales para el genoma celular, como ya se indicó, y que abrió camino a la conquista del medio terrestre, por la vida, por aquel entonces, todavía microbiana.

         Hace unos 1300 m.a. según el registro fósil, ya se diversificaron las primeras algas marinas pluricelulares con lo que surge otro de los grandes saltos evolutivos: la aparición de los seres pluricelulares a partir de células eucariotas; las bacterias, como mucho, forman colonias con diversas estructuras, pero no auténticos seres pluricelulares. La aparición de la pluricelularidad es otro “invento” evolutivo importante en la construcción de seres vivos cada vez más complejos: se puede entender como una asociación de varias células de la misma especie con un beneficio mutuo, ya que dan lugar a organismos más complejos, autosuficientes, y más independientes del ambiente; pero estas y otras ventajas requieren pagar un precio como es la pérdida de independencia por parte de las células que se asocian y con la especialización de trabajo celular que enseguida surge, para la mayor eficacia del organismo pluricelular, las células ya no pueden vivir separadas y dependen del organismo creado, sacrificando su vida, si es necesario, para que el ser pluricelular viva y prospere. La forma de construir un organismo pluricelular parece simple en principio: al reproducirse por mitosis una célula originaria, sus descendientes no se separan y va formándose un conjunto de células cada vez más numerosas en un organismo multicelular.

Estas células eucarióticas primitivas han sido incluidas por los biólogos en el reino de los protistas (organismos eucariotas unicelulares) y con la aparición de la pluricelularidad, primero en las algas  y luego en los hongos, plantas y animales, se ha modificado este reino y se ha pasado a llamar protoctistas, en donde se incluyen las células eucariotas primitivas y derivadas que han dado lugar a las algas unicelulares y posteriormente pluricelulares, a ciertos grupos de hongos primitivos y los antiguos “animales unicelulares”, es decir los protozoos. Los reinos de eucariontes restantes, comprenden seres típicamente pluricelulares como los hongos, las plantas (vegetales adaptados a un ambiente terrestre) y los animales.

¿Cuándo surgieron los animales? Desde luego aparecieron después que las algas pluricelulares y quizás después de los hongos pluricelulares. Los biólogos moleculares han predicho, a juzgar por las diferencias genéticas con otros eucariotas, que los animales debieron aparecer hace unos 1200 m.a., pero el registro fósil no ha permitido encontrar animales de más allá de 600 m.a., en las cercanías de la era paleozoica.

En este contexto hay que situar la famosa “fauna” fósil de Ediacara (al sur de Australia) en rocas con una edad entre 700 y 570 m.a., en plena “tierra blanca o congelada”, en el fondo de mares someros. Al analizar estos organismos llamó la atención su aspecto experimental: más del 70% presentan extravagantes arquitecturas sin equivalente actual y con estilos de vida diversos que aparecen en el registro fósil por primera vez: habitantes del fondo, reptantes, excavadores y filtradores; únicamente no aparecen los depredadores y carroñeros, que se supone, son estilos de vida de invención posterior. Estos organismos nos plantean una serie de interrogantes: ¿Por qué no hay equivalentes posteriores? ¿Fueron un ensayo fallido de formas de vida pluricelulares? Incluso para algunos biólogos, no son animales, sino seres procarióticos o bacterianos que alcanzaron una pluricelularidad que no prosperó. Es probable que los organismos ediacarenses, que vivieron en un periodo de frío extremo (en plena tierra blanca), coexistieron con animales auténticos, como gusanos que debieron ser de los grupos animales más tempranos, junto con los pólipos y esponjas.

Conclusión

            Como hemos visto a lo largo de este artículo, en la era arcaica, la Tierra ya se ha estabilizado, y aunque suceden eventos catastróficos como pueden ser cambios climáticos bruscos (glaciaciones), impactos meteoríticos de consideración (ya menos frecuentes) y extinciones biológicas como consecuencia de lo anterior, las condiciones ambientales de nuestro planeta dan lugar a un prolongado reinado de los microorganismos y únicamente cuando el ambiente se enriquece lo suficiente en oxígeno y aparece la capa de ozono, los seres vivos, que son persistentes y se adaptan a los ambientes más insospechados, evolucionan y dan lugar , primero a células eucariotas modernas, perfectamente adaptadas al oxígeno, luego conquistan el medio terrestre y en un tercer paso, aparecen los seres pluricelulares.

En un tercer artículo, me ocuparé con más detalle, de los sucesos geológicos, biológicos y, por que no, astronómicos, que marcaron el devenir de nuestro planeta en tiempos recientes, en el eón fanerozoico.

Año 2003