La Tierra primitiva y sus orgías biológicas

Estromatolito formado por la actividad de cianobacterias. / Wikimedia - Autor: P. Carrara, NPS - National Park Service - http://www.nature.nps.gov/geology/cfprojects/photodb/Photo_Detail.cfm?PhotoID=204

Hace unos 4.000 millones de años la Tierra ya contenía una superficie mínimamente rígida que nos ha dejado registro en algunas rocas. Ante esta nueva situación los geólogos han nombrado a esta etapa como el Eón Arcaico. Durante éste, e inicialmente, la Tierra debió ser muy cálida aunque la luz que recibía del Sol era un 25 por ciento inferior a la actual.

 

David Rabadà | Catalunya Vanguardista  @DAVIDRABADA

La causa que regulaba por encima de los efectos astronómicos el clima caliginoso terrestre era su atmósfera. Se calcula que la presión parcial del dióxido de carbono de aquel entonces era de unas 20 a 40 atmósferas. Hoy en día la presión atmosférica sobre la superficie del planeta se aproxima a una atmósfera con un dióxido de carbono muy por debajo del 1 por ciento. Es decir, el efecto invernadero de la atmósfera primigenia resultó muy intenso. Si a ello añadimos la gran actividad volcánica e hidrotermal del planeta el escenario fue de una Tierra candente.

El efecto invernadero de la atmósfera primigenia resultó muy intenso. Si a ello añadimos la gran actividad volcánica e hidrotermal del planeta el escenario fue de una Tierra candente

De hecho la Tectónica de Placas ya operaba a gran ritmo y con pequeñas placas continentales viajado entre dorsales y subducciones. Los gneis de la formación Acasta en Canadá de 4.000 millones de años, más otro gneis en la formación Istaq de Groenlandia indicarían que ya se había producido corteza continental en aquellas épocas bajo subducción de las placas. Estas primeras rocas graníticas debieron ser tonalitas, un granito con más de un 10 por ciento de cuarzo, que bajo gran presión y temperatura sufrieron metamorfismo dando los actuales gneis. Estábamos ante una de las primeras cortezas continentales entre grandes efusiones volcánicas muy fluidas.

Las komaititas, magmas que alcanzaban los 1.600 grados, no tenían parangón con los actuales basaltos de unos 1.200. Cabe mencionar aquí los filones volcánicos en Isua, Groenlandia, producto de un gran ascenso de magmas por dorsales, puntos calientes o arcos insulares, indicaban un movimiento de placas mucho más activo y rápido que el actual hace al menos unos 3.800 millones de años. En fin, que la Tectónica de Placas ya operaba a sus anchas gracias a una corteza delgada, caliente y con gran actividad volcánica. Entre choques y separación de placas se elevaban grandes relieves susceptibles de erosión. Prueba de ello fueron las rocas sedimentarias de unos 3.850 de años también halladas en Isua.

En todo aquel contexto la intensidad de impactos de meteoritos había disminuido en gran medida / Pixabay

En todo aquel contexto la intensidad de impactos de meteoritos había disminuido en gran medida, algo que redujo la ebullición de los océanos, la elevación de tsunamis y la inestabilidad de la corteza. Por lo tanto estábamos ante un nuevo contexto más firme para que evolucionaran nuevas reacciones químicas. Y fue en las rocas de Isua en donde se han hallado las primeras trazas de biomoléculas de hace 3.850 millones de años (ver el Science de enero de 1999 y otras publicaciones posteriores). Aquellas interacciones moleculares poseían la capacidad de replicar y copiar estructuras previas. Ello conllevó la posibilidad de evolucionar en base a las más estables y con mayor capacidad de reproducción. Las abundantes arcillas, sulfuros, silicatos e iones metálicos, tan presentes en la corteza terrestre, les sirvieron de catalizadores químicos al abundante carbono, agua y nitrógeno, base elemental de algo que en breve sucedería, el paso de la materia inorgánica a la síntesis de las primeras moléculas biológicas.

De hecho los meteoritos, y al caer en nuestra atmósfera, sólo se calientan en su parte más superficial ya que la roca resulta muy mala conductora del calor

Pero de dónde procedieron las primeras moléculas orgánicas para incentivar la evolución biológica. La síntesis de abundantes aminoácidos y bases nitrogenadas en aquella Tierra primitiva, y bajo una intensa radiación ultravioleta, ha sido demostrada en diferentes experimentos de laboratorio tanto en condiciones marinas someras como en meteoritos y cometas. De hecho los meteoritos, y al caer en nuestra atmósfera, sólo se calientan en su parte más superficial ya que la roca resulta muy mala conductora del calor. Por ello contienen gran cantidad de compuestos orgánicos que llegan a la Tierra.

Fuera desde los meteoritos o fuera desde de la propia Tierra, de aquellas primeras moléculas orgánicas, y tras muchas pruebas y errores durante millones de años, se fueron originando las cadenas genéticas de ARN conjuntamente con otras biomoléculas. Ambas se codificaban y asociaban en moléculas de mayor cobertura que iban replicándose si su estructura devenía estable. En caso contrario no prosperaron y cayeron en el olvido evolutivo de nuestro planeta. Volvemos aquí al hecho que quien se reproduce más y con mayor estabilidad se perpetúa, mientras que aquellos entes que no lo hacen yacen en el extravío evolutivo (Ver: Del Big Bang a la Vida creacionista). Así el ARN antecedió al ADN ya que este último no es capaz de replicarse a sí mismo, en cambio el ARN sí lo sabe hacer mutando y copiándose rápidamente. Además el ARN sabe comportarse como una proteína creando estructuras tridimensionales equivalentes a los actuales ribosomas celulares o a los mismos virus. Para ello las abundantes arcillas, sulfuros, silicatos e iones metálicos, tan presentes en la corteza terrestre, les sirvieron de catalizadores al respecto.

Estos primeros seres, los antiguamente llamados móneras y hoy procariotas, guardaban su material genético alrededor de una membrana

La evolución de membranas de lípidos que pudieran contener material genético protegido en su interior ganó eficiencia y estabilidad en aquellas primigenias reacciones. Estamos hablando de los primeros coacervantes sintetizados hoy en día en laboratorio. Ello conllevó una primera estructura básica, la casilla de salida en este monopoly terrestre y límite entre moléculas orgánicas y vida. Estos primeros seres, los antiguamente llamados móneras y hoy procariotas, guardaban su material genético alrededor de una membrana. Pero del ARN primigenio, y dentro de aquellas membranas protectoras, evolucionó más tarde hacia al ADN. Ello relegó el ARN para funciones catalíticas como la síntesis de proteínas fundamentales en la propia duplicación del mismo ADN. Así pues, la evolución del ADN devino una revolución evolutiva que empezó a desarrollarse mucho después del ARN.

Pero había un problema para los primeros organismos, el oxígeno. Este, aunque en muy bajas proporciones en aquellos mares, hubiera degradado cualquier atisbo de molécula orgánica y de vida anaeróbica. La realidad, y es que por fotólisis solar en los mares se formaba una pequeña parte de oxígeno que resulta letal tanto para la estabilidad de moléculas orgánicas como para los organismos primigenios. Entonces la pregunta clave es, ¿en qué lugar oscuro y sin oxígeno comenzó a evolucionar la vida?

Comparación entre células procariotas y eucariotas / Wikimedia – Autor: Science Primer (Centro Nacional de Información Biotecnológica)

Existen dos contextos candidatos que sin oxígeno y en la oscuridad más absoluta permiten la proliferación de los procariotas. El primero en rocas profundas en donde la radiactividad deviene la energía fundamental. Véanse los microorganismos litógrafos hallados en unos granitos en Suecia a más de 2 kilómetros de profundidad, o los de las minas de oro en Sudáfrica a más de 3. Pero existe un segundo contexto que goza de más adeptos. En algunos fondos submarinos, y a elevada profundidad, se hallan gran cantidad de fumarolas volcánicas donde la luz no logra penetrar, es decir, no pueden sustentarse ecosistemas bajo productores que hagan la fotosíntesis.

A pesar de todo ello hay un vergel de organismos bien estructurado en base a unos productores muy especiales. Éstos son microorganismos primigenios, que sin necesidad de luz ni de oxígeno, se alimentan de los sulfuros volcánicos emitidos en estas chimeneas hidrotermales. Así producen materia orgánica desde la inorgánica que sustenta al resto de organismos de esta biota como “gusanos”, crustáceos y otros muchos más. Incluso un elemento crítico para la vida, el fósforo, es también emitido por estos manantiales submarinos.

Las arqueas son los microorganismos más primigenios del planeta, unas mal llamadas bacterias que soportan temperaturas superiores a los 100 grados centígrados

Por otro lado existen gran cantidad de arcillas y silicatos que hacen de catalizador para la síntesis de proteínas básicas para la existencia de la vida. Estos microorganismos son los seres más primigenios del planeta, las arqueas, unas mal llamadas bacterias que soportan temperaturas superiores a los 100 grados centígrados. Por ello se les llama hipertermófilos que viven en un caldo en donde usted o yo hallaríamos una ebullición letal y aséptica.

De hecho los actuales termófilos son capaces de soportar condiciones extremas de temperatura y acidez como las que debieron existir durante la evolución de la vida primigenia. Y no olvidemos otros microorganismos actuales que saben vivir en aguas ácidas como los presentes en río Tinto, Huelva. Ellos recubren y enrojecen con tapices los fondos de un cauce ácido como el clorhídrico.  Estas arqueas oxidan los sulfuros como lo debieron hacer los primeros organismos bajo los primigenios océanos ácidos y sin oxígeno.

Todos aquellos primeros organismos se alimentaban de los compuestos volcánicos o de otros orgánicos suspendidos en el medio, así lo demostró Lovelock en 1995

Todos aquellos primeros organismos se alimentaban de los compuestos volcánicos o de otros orgánicos suspendidos en el medio, así lo demostró Lovelock en 1995. De ellos evolucionaron los descomponededores que fermentan y pudren la materia biológica actual. Los primeros fotosintetizadores llegarían algo más tarde cerca de los 3.800 millones de años.

A todo lo anterior cabe añadir que la evolución de las mal llamadas bacterias primigenias devino lenta debido a su capacidad de sólo duplicar a individuos clónicos durante millones de años. Con pocas mutaciones no hay evolución rápida. Habría que esperar a la reproducción bajo fecundación, al sexo, algo que llegaría mucho más tarde.

En fin que el contexto en donde comenzó a evolucionar la vida fueron fondos ácidos, calientes, oscuros y sin oxígeno. Es más algunos de ellos, como las actuales arqueas metanógenas, degradaban el amoníaco produciendo grandes cantidades de metano. De hecho, y como en breve veremos, los metanógenos invadieron la Tierra durante el Eon Arcaico modificando en gran manera la evolución de nuestra atmósfera.

El contexto donde comenzó a evolucionar la vida fueron fondos ácidos, calientes, oscuros y sin oxígeno

En todo su conjunto los primeros organismos tuvieron que hacer frente a su supervivencia. Para ello su capacidad de replicarse y reproducirse devino fundamental para algo que el cosmos ya ostentaba hacía millones de años, la evolución. El sistema que logra mayor estabilidad y proliferación resulta el más perdurable entre otros candidatos menos prolíficos.

La Tierra rotaba a una velocidad mayor que la actual. De hecho un día no era de 24 horas sino de menos de 10

Desde el Big Bang con átomos ordenados hasta las moléculas biológicas estables se halla el principio básico anterior. Bajo aquel contexto estábamos ante el preámbulo de la vida y de su devenir en la Tierra con una Luna muy cercana provocando grandes mareas en nuestros océanos. Cabe añadir que la Tierra rotaba a una velocidad mayor que la actual. De hecho un día no era de 24 horas sino de menos de 10. Mientras todo aquello sucedía evolucionaron los primeros fósiles que algunas rocas han preservado. Vayamos a descubrir las primeras colonias de organismos en esta Evolución en la Tierra.

Este artículo es la continuación de una serie titulada “Evolución en la Tierra“, a cargo de nuestro colaborador científico, David Rabadà.

Entrega anterior: La Tierra inicial o un grano en el cosmos (entrega 11)

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