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  • Septiembre 2015Nº 468
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Reseña

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Origen de la vida

Aparición de los primeros organismos.

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A NEW HISTORY OF LIFE. THE RADICAL NEW DISCOVERIES ABOUT THE ORIGINS AND EVOLUTION OF LIFE ON EARTH
Por Peter Ward y Joe Kirschvink. Bloomsbury, Londres-Nueva York, 2015.

La historia de la vida está escrita en piedra, aunque no solo. Las cadenas de ADN registran sus pasos sucesivos. El avance de nuestra comprensión sobre cómo se originó la vida en una Tierra inicial con mimbres de materia inerte ha ido de la mano de nuestra capacidad para remedar el proceso en el laboratorio. Jack Szostak, premio nóbel, y su equipo llevan más de veinte años experimentando con moléculas que terminaron por desarrollarse en ARN [véase «El origen de la vida», por Alonso Ricardo y Jack W. Szostak; Investigación y Ciencia, noviembre de 2009]. Buscan obtener nucleótidos en solución para enlazarlos luego en cadenas cortas de ARN. Enhebrarlos en una cadena resulta más sencillo que conseguir que se reproduzcan, una vez constituidos. Para lograrlo hay que uncir al menos una treintena de esos nucleótidos, longitud mínima requerida para que la molécula de ARN adquiera una nueva propiedad: se convierta en catalizador y, de ese modo, promueva la activación de reacciones químicas; en particular, la reproducción del ARN en dos copias idénticas.

Para forjar, en los primeros momentos, dos hebras de ARN de una treintena de nucleótidos pudo contarse, a buen seguro, con la presencia de arcilla como molde. Un material arcilloso, la montmorillonita, parece el más indicado. En un escenario verosímil, los nucleótidos sueltos, que flotaran en un líquido, serían bombeados hacia la arcilla. Con esta se enlazarían débilmente y allí persistirían. En zonas arcillosas se formarían, pues, cadenas de 30 o más nucleótidos, que en razón de su frágil unión podrían romperse con facilidad. De alcanzarse alguna suerte de concentración de estas cadenas, que luego quedaran englobadas en una burbuja de líquido rica en lípidos, tendríamos los primeros componentes de una protocélula. Adquiriría esta una doble pared de lípidos con pequeñas cantidades de ARN en su interior; los nucleótidos pasarían por las grietas de la pared. Para funcionar, la célula necesitaría energía, lo que implicaba disponer de una maquinaria química apropiada. En el interior de las esferas habría, pues, distintos tipos de moléculas.

Tras decenios de investigación experimental y teórica sobre el origen de la vida se han cosechado importantes descubrimientos sobre las condiciones químicas y físicas bajo las cuales pudieron sintetizarse y polimerizarse compuestos orgánicos. Sin embargo, tales condiciones parecen mutuamente excluyentes, porque raramente se dan en un mismo asentamiento ambiental.

La vida hubo de esperar a que la temperatura planetaria se enfriara muy por debajo de la reinante en los primeros mil millones de años de historia de la Tierra, una de las múltiples razones para pensar que pudo haberse sintetizado en otro planeta, Marte por ejemplo. (O Venus. En el comienzo pudo haber estado en la zona habitable del Sol, aunque ahora tenga una temperatura superficial de 500 grados debido a un efecto invernadero que a buen seguro esterilizó su superficie.) El registro geológico de Marte pone de relieve que hubo allí cursos de agua. Agua que ahora se ha evaporado en el cuasivacío de su atmósfera o está helada. Si hubo vida en Marte, podría seguir habiendo en su subsuperficie, alimentada por la energía geoquímica de su degradación radiactiva.

Hace más de 4600 millones de años se formó una proto-Tierra a partir de la coalescencia de planetesimales (cuerpos pequeños de rocas y gases congelados que se condensaron en el plano de la eclíptica, la región plana del espacio donde orbitan todos los planetas). El nuevo planeta comenzó una transformación radical. Hace unos 4560 millones de años, la Tierra empezó a dividirse en capas, cuya región más interna era un núcleo compuesto de hierro y níquel, rodeado por una región de menor densidad llamada manto. Estaba envuelta en una atmósfera de vapor y dióxido de carbono. Pese a carecer de agua en la superficie, pudo haber almacenado un gran volumen en su interior y hallarse en la atmósfera en forma de vapor. Los elementos ligeros se transfirieron hacia arriba y los más pesados se asentaron en el suelo. Nacida en Marte, o en otro lugar, llegaría transportada hasta aquí en meteoritos.

A cuatro hipótesis principales puede reducirse un plausible origen de la vida en el contexto global de las condiciones de la Tierra en la era Hadeana: primera, hubo múltiples microambientes que contribuyeron a la construcción de bloques componentes de la vida; segunda, hubo catalizadores minerales que centralizaron redes de reacciones prebióticas que condujeron a un metabolismo moderno; tercera, se requirieron múltiples procesos de transporte local y global, esenciales para concatenar reacciones que ocurrían en lugares diversos; y cuarta, la diversidad global y la selección local de reactivos y productos aportaron mecanismos para la generación de la mayoría de los distintos bloques de construcción necesarios para la vida.

La primera mitad del siglo XVIII fue el tiempo en que nació el campo de la geología y se fraguó la escala geológica temporal que conocemos. En esas fechas, se definieron las diversas eras, épocas y períodos. Antes de 1800 se creía que cada tipo de roca pertenecía a una edad específica. Se presumía que las ígneas y metamórficas, el núcleo de todas las montañas y volcanes, eran las rocas más antiguas de la Tierra. Las sedimentarias serían más jóvenes, resultantes de una serie de inundaciones que abarcaron el mundo entero. Este principio, denominado neptunismo, predominó y se desarrolló hasta el punto de que se pensara que determinados tipos de rocas sedimentarias presentaban edades específicas.

Pero en 1805 se produjo un descubrimiento que modificó de plano el estado de la cuestión. William «Strata» Smith observó que no era el orden de tipos litológicos lo que determinaba su edad, sino el orden de los fósiles en el interior de las propias rocas; ellos podían ser utilizados para fechar y poner en correlación estratos de localidades muy alejadas. Puso de manifiesto que las rocas podían tener edades muy diferentes y que la misma sucesión de tipos de fósiles podía hallarse en distintas regiones. La diferencia en contenido fósil podía emplearse para escalonar una sucesión de rocas donde abundaran fósiles. Hasta el momento, la unidad fosilífera de tiempo más antigua es el Cámbrico, que debe su nombre a una tribu de Gales. Todas las rocas anteriores a esta se clasificaron como precámbricas. Desde el Cámbrico en adelante, las rocas fosilíferas se denominarían fanerozoicas. La era Proterozoica, la postrera antes del advenimiento de los animales, siguió a dos eras anteriores, la arquea y la hadeana. El Fanerozoico se dividió, a su vez, en Paleozoico, Mesozoico y Cenozoico.

La historia de la vida se ha visto más afectada por episodios de violencia, por catástrofes, que por la suma del resto de las fuerzas, incluida la evolución lenta y gradual defendida por Charles Darwin. El principio guía de la geología a lo largo de más de dos siglos fue el uniformitarismo, establecido por James Hutton y Charles Lyell. El descubrimiento del impacto de un asteroide que mató a los dinosaurios y sacudió a nuestro planeta hace 60 millones de años supuso el abandono de esa doctrina en favor del neocatastrofismo.

Nosotros participamos de una vida fundada en el carbono, cuyos componentes son macromoléculas tejidas con largas cadenas. Pero hubo tres moléculas que existían como gases simples y ejercieron una influencia determinante en la historia de la vida: oxígeno, dióxido de carbono y sulfhídrico. El azufre pudo muy bien haber sido el elemento más importante en la naturaleza e historia de la vida en este planeta. En otro orden, aunque las especies medraron y evolucionaron, debemos a los ecosistemas y su dinámica el ensamblaje de la vida. Pensemos en la importancia crucial de los arrecifes de coral, las selvas tropicales o la fauna de los humeros submarinos.

Hace unos 3800 millones de años, aun cuando hubiera pasado lo peor de la cascada de meteoritos impactantes, persistirían las colisiones violentas. La duración del día no llegaba a las diez horas porque el giro de la Tierra era más rápido. El Sol sería más tenue, un globo rojo quizá de escaso calor, por cuanto no solo producía muchísima menos energía que hoy, sino que tenía que brillar a través de una atmósfera tóxica, compuesta de dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, vapor y metano; no había oxígeno, ni atmosférico ni oceánico. El firmamento aparecía teñido de un naranja o rojo ladrillo, y los mares, que cubrirían la faz de la Tierra, de un marrón limoso.

Uno de los requisitos previos críticos para el origen de la vida sobre la Tierra era que tuviera gases atmosféricos reductores para permitir la formación de moléculas prebióticas. Para la vida en la Tierra, las fuentes primarias de energía proceden de reacciones termonucleares de fusión del Sol. Con mucho, la forma más común en que la vida adquiere energía solar es a través de la fotosíntesis, proceso en el que la luz aporta energía para convertir dióxido de carbono y agua en compuestos de carbono complejos con muchos enlaces químicos que almacenan energía. Con la rotura de estos enlaces se libera energía.

De todas las moléculas que integran la vida en la Tierra, ninguna es más importante que el agua; agua en fase líquida. La vida en nuestro planeta consta de moléculas bañadas en agua. Mientras que el número de moléculas halladas en los organismos es ingente, se reducen a solo cuatro clases los tipos empleados por la vida: lípidos, hidratos de carbono, ácidos nucleicos y proteínas.

A lo largo de más de dos decenios fue incontrovertida la tesis de que el signo más antiguo de vida en la Tierra procedía de un rincón congelado de Groenlandia. En Isua no se descubrieron fósiles. Pero sí se observó que la apatita mineral contenía cantidades microscópicas de dos isótopos diferentes de carbono que mostraban una proporción característica de la vida actual. Las rocas de Isua se fecharon en 3700 millones de años de antigüedad. Una nueva datación acotó la fecha y la cifró en 3850 millones de años. La edad de esas rocas reflejaba que el bombardeo intenso de asteroides había terminado y que la vida podía abrirse camino. Sin embargo, nuevos instrumentos desarrollados ya en el siglo XXI evidenciaron que las pequeñas concentraciones de carbono de las muestras de Isua no habían sido formadas por la vida.

La siguiente muestra de traza de vida más antigua se remonta unos 3500 millones de años. Ahora la declaración se basaba en fósiles, no en señales químicas. En una roca parecida a ágata, William Schopf descubrió ciertas formas filamentosas. Pertenecían a la formación Apex Chert, de Australia. El hallazgo de Schopf mostraba que la vida empezó en nuestro planeta en una fase muy temprana del mismo. Durante una veintena de años esos fósiles fueron aceptados como las formas más antiguas de vida en la Tierra. Pero también la duda se sembró sobre ellos. Martin Brasier, de Oxford, alegó que los así llamados fósiles más antiguos sobre la Tierra eran trazas cristalinas, no reliquias biológicas. Sobre el asunto se desencadenó una enconada polémica. Se llegó incluso a cuestionar la edad de Apex Chert. En 2005, Roger Buick, de la Universidad de Washington, avanzaba que, aunque los objetos de Apex Chert fueran fósiles, las rocas eran mucho más jóvenes de lo que Schopf sostenía. De hecho, más de mil millones de años más jóvenes, lejos de ser la forma de vida más antigua en la Tierra. La hipótesis de Schopf se cuestionó.

Pero en el verano de 2012 firmaba Brasier un artículo en el que demostraba la presencia de vida hace, por lo menos, 3400 millones de años. Se apoyaba en fósiles microscópicos, del tamaño y forma de un tipo especial de bacteria que vive todavía en la Tierra. La forma más antigua de vida medraba en el mar, necesitaba azufre para subsistir y moría prestamente si quedaba expuesta a moléculas de oxígeno. Hoy la vida es una forma basada en el carbono, pero en su origen tuvo al azufre en el centro.

Los fósiles descritos en el artículo de Brasier estaban emparentados con bacterias que persisten en nuestro planeta, bacterias que necesitan azufre elemental para subsistir y mueren cuando se les expone a oxígeno. Los fósiles descubiertos por Brasier proceden de un entorno con temperaturas elevadísimas. Vivieron en un planeta sin continentes, sin tierra firme, salvo cadenas efímeras de islas volcánicas. En ese mundo apareció la vida y pugnó por conservarse. Descendemos de esa cuna y portamos las cicatrices y genes de un origen de la vida abundante en azufre.

A modo de resumen final: hace 4500 millones de años se formó la Tierra; hace 4400 millones de años se estabilizó la hidrosfera; hace entre 4200 y 4000 millones comenzó la química prebiótica; hace unos 4000 millones se creó un mundo pre-ARN; hace 3800 millones apareció el mundo de ARN; hace 3600 millones de años empezó la vida basada en el ADN y las proteínas.

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