Los evolucionistas persiguen desde hace años el punto justo de aparición de la vida compleja, y puede que el principio del gran salto fueran las cianobacterias y su capacidad para hacer la fotosíntesis. Sin embargo ese talento “lo compraron” de otros seres que quizás ya se hayan extinguido. ¿Por qué surgió el oxígeno en la Tierra de forma masiva, qué eran los organismos que pudieron aliarse con las cianobacterias?
IMÁGENES: Wikimedia Commons / NASA
La búsqueda de la piedra de toque de la vida en la Tierra es una de las múltiples obsesiones de la Ciencia. Conocer el origen de todo es la base sobre la que poder entender la vida y lo que representa, un salto de algo inanimado a algo animado por sí mismo. Y no es algo relativamente cercano, sino muy antiguo: se estima que la horquilla de irrupción de la vida oscila en torno a los 4.000 millones de años atrás en nuestro mundo, cuando el planeta era mucho más primitivo, virulento y muy distinto del que es hoy. Fue entonces cuando surgieron cadenas de proteínas que conformaron un primer organismo complejo (pero terriblemente básico, sin nada reconocible) autónomo. Y el cómo es tan importante como el cuándo en esta historia de la vida sobre la Tierra, ya que a partir de ambos puntos se puede trazar nuestro origen y la razón última de al existencia de la vida, que no es más que una consecuencia derivada. Y una cuestión más: no hace falta oxígeno para que haya vida. De hecho durante la mayor parte de la historia de la vida en la Tierra ésta existió sin usarlo.
Ya en 2015 un estudio de la Universidad de Cambridge establecía el cóctel original: producción de azúcares de tricarbono, aminoácidos, ribonucleótidos y glicerol, bases del metabolismo que genera las proteínas que sostienen el entramado del ADN, así como de los primeros lípidos (grasas) que revisten y conforman las células. Esta vía explica que en realidad la vida tuvo origen terrestre y endémica: fueron las circunstancias únicas de la Tierra las que dieron paso a la vida. La otra opción, que esos elementos pudieron llegar externamente en meteoritos y cometas que impactaron con el planeta, es otra de las opciones, y que pasaría a reforzar la teoría de que estos cuerpos errantes funcionan casi como cultivadores en el Universo, lo que abre la puerta a que la vida haya germinado en otros planetas. La clave sería la mezcla de sulfuro de hidrógeno, cianuro de hidrógeno y su combinación con la luz ultravioleta, de tal forma que todos se dio al mismo tiempo como consecuencia de un proceso global más complejo.
Pero eso fue el principio. La segunda cuestión básica es saber cómo esos organismos tan simples pudieron dar el salto hacia seres pluricelulares que, literalmente, pisaron el acelerador evolutivo y en apenas unos cientos de millones de años crearon todas las grandes familias animales y vegetales. En los últimos meses ha surgido un punto de no retorno, situado hace unos 2.000 millones de años, cuando después de mucho tiempo de lentísima evolución primitiva, surgió la vida pluricelular. ¿Por qué se dio ese salto, qué ocurrió para que se generara ese efecto “bola de nieve” biológico que, por ahora, termina en los humanos? Para empezar en realidad no fue una vez, sino varias. Y las heroínas fueron las bacterias productoras de oxígeno, las cianobacterias, capaces de realizar la fotosíntesis para poder captar energía y sobrevivir. Esta capacidad que desarrollaron para aprovechar la luz como fuente motora de la vida, permitió el salto. Ahora bien, ¿fueron realmente ellas, cómo consiguieron esa capacidad, provocaron las cianobacterias la irrupción del oxígeno en masa en la atmósfera?
Este mecanismo, muy sencillo químicamente pero con unas consecuencias inmensas, transformó por completo la Tierra. Cientos, miles de millones de años de fotosíntesis bacteriana transformaron la atmósfera, el agua de los océanos, la superficie. Ellas fueron el chispazo inicial: evolucionaron para realizar la fotosíntesis como una opción de desarrollo, y la vida explotó con ellas. Existen tres tipos de cianobacterias: Oxyphotobacteria, Melainabacteria y el clado (ramificación biológica a partir de un tronco común) denominado ML635J-21. De las tres sólo la primera puede producir oxígeno. La Universidad de Queensland (Australia) se puso manos a la obra para averiguar por qué éstas precisamente fueron tan importantes. De hecho el estudio ha revelado que las tres tuvieron un antepasado común que no sabía hacer la fotosíntesis, esto es, que una de las ramas evolucionó por su cuenta para llegar a la Oxyphotobacteria, y reforzó esta capacidad a través de la llamada “transferencia lateral de genes”. Pero eso no explicaría por completo el subidón de oxígeno en la atmósfera.
De ese estudio derivó otro firmado por Robert E. Blankenship (Universidad de Washington en St. Louis, EEUU) que publicó recientemente en Science y donde apunta a la responsabilidad directa de las cianobacterias en crear la dinámica de oxígeno que luego facilitaría el desarrollo de la vida posterior. Es lo que se llama “Revolución del Oxígeno” que creó una base energética para la vida; este mecanismo permitió que los seres primitivos dieran lugar a las células eucariotas, fusión de las arqueas y las bacterias previas. Es decir: la célula tal y como la conocemos, base de todo lo que está vivo, apareció como consecuencia de aquellas primeras revoluciones bacterianas y químicas. Pero no es tan sencillo: ¿qué fue antes, el oxígeno o la capacidad de las cianobacterias de producirlo?
Aquí es donde biología y geología se dan la mano para trabajar juntas: mientras la primera estudia las cianobacterias y su desarrollo potencial, la segunda rastrea el planeta buscando las huellas de esa explosión química del oxígeno, que además se solapa con la evolución bacteriana: entre 2.300 y 2.000 millones de años atrás. Explicar de dónde salió ese incremento de un gas tan básico como el oxígeno permitiría hacer un mapa más certero de la evolución de la vida. Como hemos señalado, sólo un tipo de cianobacteria podía hacer la fotosíntesis, y esta capacidad fue por transferencia lateral, es decir, asimilaron la capacidad de otros microbios con los que se fusionaron. Este tipo de “aprendizaje” por las bravas plantea otra cuestión: si no fueron explícitamente las cianobacterias las primigenias (pero sí las que se aprovecharon del mecanismo), ¿de dónde salieron esos organismos que sí podían hacer la fotosíntesis?
Tenemos una buena noticia y una mala. La buena es que en realidad no tiene mucha importancia, ya que la, por así decirlo, “singularidad biológica” ya está fechada y concretada. Hace 2.000 millones de años la vida aceleró gracias al oxígeno, produciéndolo y aprovechando otros compuestos químicos (sólidos y gaseosos). Lo que vino después es de sobra conocido. La mala noticia es que todavía no se puede concretar qué tipo de forma de vida permitió a las cianobacterias evolucionar hacia esa rama Oxyphotobacteria productora de oxígeno. Una posibilidad serían las bacterias que realizan la fotosíntesis anoxigénica (sin oxígeno) y que las cianobacterias “mejoraron” el proceso usando el agua (H2O) para romperla y producir oxígeno. En el fondo no importa tanto, pero sería muy útil saber qué forma de vida permitió ese salto a otro tipo de bacterias más predispuestas. Lo que está claro es que el oxígeno en grandes proporciones como actualmente es producto de la vida, y no al revés.
La “Teoría Fría”: ¿surgió la vida del frío?
La irrupción de la vida tiene muchas teorías asociadas. Una de las más arriesgadas es la que establece el inicio durante una fase helada de la Tierra, cuando era una gran bola de hielo por motivos astronómicos. Hace 3.500 millones de años la Tierra era un lugar mucho más frío, y quizás pudo ser el escenario donde surgieron las primeras muestras de vida según una teoría de 2016 firmada por el investigador Harald Furnes, profesor (emérito) de la Universidad de Bergen (Noruega); él y su compañero de estudio, Maarten de Wit (Universidad Metropolitana Nelson Mandela de Sudáfrica), sostienen que hace 3.500 millones de años la Tierra sufrió una glaciación planetaria en la que surgieron los primeros seres vivos complejos. La explicación estaría en que en el momento fechado de irrupción de la vida la Tierra estaba sometida a un frío capaz de crear capas de hielo permanente de varios km de espesor. Su conclusión se basa en el estudio de las rocas formadas en latitudes ecuatoriales asociadas a erupciones volcánicas: presentan muestras de erosión parecidas a las que se pueden ver en terrenos que sí sufrieron una glaciación intensa y duradera.
Este proceso habría estado asociado con las sucesivas glaciaciones que ha sufrido el planeta durante toda su historia. Dos de las más brutales fueron la Glaciación Huroniana (que se extendió en la Tierra entre el Sidérico y el Riásico, hace entre 2.400 y 2.100 millones de años), y la otra la llamada Tierra Bola de Nieve de la Era Neoproterozoica, la superglaciación durante la cual el planeta se cubrió de una capa de nieve kilométrica con temperaturas medias de -50ºC. Curiosamente los primeros fósiles de vida animal compleja aparecen durante el periodo Ediacárico, después de la supuesta “Bola de Nieve” (hace 750 millones de años). No obstante no hay pruebas definitivas. Una de las posibles explicaciones vendría de la propia actividad biológica: las primeras cianobacterias, al realizar la fotosíntesis, habrían liberado tal cantidad de oxígeno molecular que desequilibraron los niveles de gases de la atmósfera de aquellos tiempos, rompiendo el efecto invernadero con base de CO2 de entonces por el vulcanismo, de tal forma que el planeta se enfrió sobremanera.
La “Teoría múltiple”: fue un cúmulo aleatorio
Apuntada en 2015, esta visión del origen de la vida no especifica un solo punto de partida, sino varios que se concatenaron a la vez de forma casi aleatoria. Frente a los amantes de los orígenes únicos hay otra corriente, la que combina todos los orígenes posibles y crea un escenario colectivo parecido al que sugirió un estudio de la Universidad de Cambridge ese año. Pero el gran salto fue hace 520 millones de años, durante el Cámbrico, en el que la vida literalmente explotó y se abrió como un abanico que no paró de evolucionar, multiplicarse y crecer en diversidad. Este súbito estallido fue resultado de una combinación aleatoria de factores que al relacionarse entre sí crearon un escenario básico. La vía múltiple surge de diversos estudios, entre ellos uno de 2013 de los profesores Paul Smith (Universidad de Oxford) y David Harper (Universidad de Durham). Su investigación y sus conclusiones implican que hay que verlo como un todo general.
Las teorías de este suceso se clasifican en tres categorías: geológicas, geoquímicas y biológicas, y la mayoría se han señalado como procesos independientes que fueron la principal causa de la explosión. Aparecieron los primeros esqueletos y ritmos de vida habituales, como la diferenciación entre animales diurnos y nocturnos, la capacidad de nadar y de cavar. Los datos indican que la vida animal habría sido consecuencia de una combinación peculiar: aumento del nivel del mar, lo que generaría un mayor fondo marino con nutrientes y espacio habitable, y a su vez un consecuente aumento de la diversidad. A más recursos, más vías de crecimiento, lo que generó una espiral biológica que no se detuvo. Se trataría así de una “reacción en cadena” que sentó las bases para gran parte de la posterior vida marina que estableció relaciones con sus medios para modularse a sí mismos y modular también esos nichos. Los animales, literalmente, creaban el ecosistema necesario para su supervivencia.
