Origen e historia evolutiva de la vida (V)

 

TODA UNA VIDA

  Los indicios geológicos, particularmente el registro paleontológico, han aportado a la comunidad científica mucha información acerca de la historia de la vida en la Tierra: qué tipos de organismos existieron, cuándo vivieron y dónde lo hicieron. Determinados organismos aparecen en el registro fósil, desaparecen y son sustituidos por otros. En una primera etapa predominaron los procariotes unicelulares, a los que siguieron los eucariotes unicelulares. Los primeros eucariotes multicelulares, organismos de cuerpo blando que no dejaron muchos fósiles, surgieron hace unos 630 millones de años en el mar. Los animales con concha y otros muchos invertebrados (aquellos sin columna vertebral) marinos como los trilobites, artrópodos arcaicos, asomaron más tarde.

  A los invertebrados marinos les siguieron los primeros vertebrados, y a éstos, los peces con mandíbulas, que dieron lugar a los anfibios, los cuales se dispersaron y dieron origen, hace unos 300 millones de años, a los reptiles, de los que surgieron las aves y los mamíferos de manera independiente. 

  Las pistas del registro paleontológico 

 

  Los fósiles y las rocas contienen, grabada en ellos, la historia de la vida. Los sedimentos de la corteza terrestre se clasifican en cinco estratos (capas) principales, cada uno subdividido en estratos menores, situados unos sobre otros. Estas capas suelen hallarse en el orden correcto (las rocas más recientes encima de las más antiguas), y se formaron por la acumulación de arena y fango en los lechos de océanos, mares y lagos. Cada una de ellas contiene algunos fósiles característicos que ayudan a identificar depósitos que se formaron más o menos al mismo tiempo en diferentes partes del mundo.

  Los geólogos dividen los 4.600 millones de años de la Tierra en unidades de tiempo basdas en acontecimientos geológicos, climáticos y biológicos de gran magnitud. Se desconoce bastante de nuestro planeta desde su origen hasta hace 570 millones de años, un período llamado informalmente tiempo precámbrico. A partir de entonces, y hasta hoy, el registro paleontológico de seres antiguos se hace abundante, y este espacio temporal se divide en tres eras descritas a partir de organismos que fueron carácterísticos en cada una de ellas. Las eras se subdividen en períodos, compuestos a su vez por épocas.

 

Algunos acontecimientos biológicos importantes en el tiempo geológico. Biología (Solomon, Berg, Martin). McGraw Hill

  Las pruebas de los depósitos del precámbrico

 

  La vida precámbrica se remonta a hace unos 3.800 millones de años, aunque no se dispone de demasiadas pruebas físicas, pues las rocas, al ser tan antiguas, están profundamente enterradas. Sólo en algunas zonas, como el fondo del Gran Cañón del Colorado, hay rocas expuestas de ese tiempo que revelan la existencia de microfósiles.

   En aquel entonces, la actividad volcánica generalizada y los enormes levantamientos formaron montañas, por lo que es probable que la presión, el calor y la distorsión asociados a este tipo de movimientos destruyeran casi todos los fósiles que pudieron haberse producido. Aún así, existen ciertos vestigios de vida en diminutas cantidades de carbono puro o grafito, que pudieran ser los restos transformados de vida primitiva. Estas huellas abundan especialmente en zonas que en ese tiempo fueron mares y océanos.

  Por otro lado, de varias formaciones del precámbrico se han recuperado fósiles que parecen pertenecer a cianobacterias. Los fósiles hallados en rocas precámbricas más recientes presentan grupos de bacterias, hongos, protistas (incluyendo algas pluricelulares) y animales.

  Una importante fuente de fósiles del precámbrico son las colinas Ediacaran, donde se encuentran los más antiguos conocidos de animales multicelulares, correspondientes a una etapa de hace entre 600 y 570 millones de años. Aún no han sido resueltas las afinidades filogenéticas de los animales simples de cuerpo blando hallados ahí y en otros sitios precámbricos en todo el planeta. Algunas de estas criaturas parecen ser ejemplos de antiguas medusas, corales blandos, gusanos segmentados, moluscos y artrópodos de cuerpo blando, mientras que otros carecen de parecido con algún otro fósil u organismo actual conocidos. Si esto es así, al menos algunos de los animales ediacarianos fueron ancestros de los que les siguieron, pero hay biólogos que consideran que dichos animales poseen un plan corporal que difiere del de todos los filos de animales conocidos, por lo que, de ser esta la interpretación correcta, es probable que esos organismos se extinguieran a finales del precámbrico y no tuvieran relación directa con los animales modernos.

 

  Era Paleozoica: diversidad

 

  La era paleozoica comenzó hace unos 570 millones de años y duró 222 millones de años. Está compuesta por seis períodos: cámbrico, ordovícico, silúrico, devónico, carbonífero y pérmico.

  El período cámbrico está representado por rocas ricas en fósiles, pues en aquel entonces la evolución era ya tan activa que a este período se le conoce también como explosión cámbrica. En los sedimentos marinos pueden encontrarse fósiles de todos los filos animales actuales, junto con otros fila extraños ya extintos. El lecho marino estaba cunierto de esponjas, corales, crinoideos, estrellas de mar, caracoles, bivalvos, cefalópodos primitivos, braquiópodos, trilobites, y algún cordado elemental. Los científicos no han podido determinar hasta la fecha los factores que provocaron la explosión cámbrica, sin parangón en la historia evolutiva de la vida. No obstante, existen indicios de que las concentraciones de oxígeno traspasaron algún umbral crítico (más del 10% del oxígeno actual) en algún momento tardío de este período. El lugar más importante en cuanto a fósiles que demuestra la explosión cámbrica es Burgess Shale, en la Columbia Británica, Canadá.

  Al principio de este período, los filum animales habían alcanzado un grado de adaptación que les permitía explorar su ambiente y habituarse a los cambios ambientales mediante modificaciones relativamente limitadas en su plan corporal.

Principales filos aparecidos durante la explosión cámbrica. Darwinodi.com

  Según los geólogos, los continentes se inundaron poco a poco, hasta que en el período ordovícico gran parte de lo que ahora es tierra estaba cubierta por mares someros, habitados por cefalópodos gigantes (animales del tipo nautilus con conchas rectas de cinco a siete metros de longitud), arrecifes coralinos y los primeros vertebrados (peces pequeños sin mandíbulas y con armaduras óseas llamados ostracodermos). Los depósitos del ordovícico contienen también esporas fósiles de plantas terrestres, lo que hace pensar que la colonización de las tierras emergidas había comenzado.

Ostracodermos fósiles. Juntadeandalucía.es

  Durante el período silúrico los peces sin mandíbulas se diversificaron y permitieron la aparición de los mandibulados. Además, hay pruebas de que en este período surgieron dos formas de vida de gran importancia biológica: plantas terrestres y animales que respiraban aire. Las primeras plantas terrestres eran parecidas a los helechos, pues poseían tejido vascular (conductor) y se reproducían por esporas. su manifestación permitió a los animales conquistar la tierra emergida, pues las plantas les proporcionaron alimento y refugio. Los únicos animales que respiraban aire en este período eran artrópodos: milpiés, artrópodos parecidos a arañas y ciempiés. Desde un punto de vista puramente ecológico, resulta interesante el hecho de que el flujo de energía de plantas a animales ocurría a través de detritos (desechos orgánicos de organismos en descomposición), y no de manera directa en forma de materia vegetal viva. Los milpiés actuales comen detritos vegetales, mientras que arañas y ciempiés depredan otros animales.

  En el período devónico apareció una gran variedad de peces, por lo que es conocido como la edad de los peces. Especialmente importante fue la explosión de los peces con mandíbulas, cuya adaptación les permitió masticar y morder. Los placodermos blindados, un grupo extinto de peces con mandíbulas, se diversificaron y dieron lugar a distintos modos de vida, desde los filtradores que moraban en el fondo marino a los más voraces depredadores. En depósitos del devónico se encuentran tiburones y los dos tipos predominantes de peces óseos: peces con aletas lobuladas (incluidos celacantos y peces pulmonados) y peces con aletas radiadas, que dieron origen a los principales órdenes modernos de esta clase. En 1938 se observó por vez primera un celacanto vivo (se le creía extinto) en aguas profundas de la costa de Madagascar.

  Los sedimentos del devónico superior contienen restos fósiles de anfibios semejantes a salamandras, parecidos en muchos aspectos a los peces de aletas lobuladas, que pudieron ser sus ancestros inmediatos. En este período también se originaron los insectos ápteros.

  Las primeras plantas vasculares se diferenciaron durante el devónico en un estallido evolutivo de similares dimensiones al ocurrido con los animales durante la explosión cámbrica, apareciendo todos los grupos importantes, excepto las plantas con flores. Prosperaron, así, los bosques de helechos, licopodios, equisetos y helechos de semilla.

  El período carbonífero recibe su nombre de los grandes bosques pantanosos cuyos restos persisten en la actualidad como importantes depósitos de hulla. Durante este período, gran parte de la tierra emergida se cubrió de pantanos someros habitados por equisetos, licopodios, helechos, helechos de semilla y gimnospermas (plantas con semillas, como las coníferas).

  Los anfibios fueron los carnívoros terrestres dominantes. Surgieron los reptiles, cuya diferenciación formó dos líneas principales en este período: lagartos insectívoros de talla pequeña o intermedia, que dieron origen a lagartos, serpientes, cocodrilos, dinosaurios y aves; y reptiles del pérmico y el mesozoico temprano parecidos a mamíferos. Dos grupos importantes de insectos alados, cucarachas y libélulas se originaron también en este período.

  Durante el período pérmico, los anfibios siguieron siendo importantes, pero los carnívoros dominantes en ecosistemas terrestres pasaron a ser los reptiles parecidos a mamíferos, incluyendo el grupo de los terápsidos, que incluía el ancestro de los mamíferos.

  Las plantas de semilla se diversificaron y dominaron la mayor parte de las comunidades vegetales. Las coníferas se dispersaron, y aparecieron las cicadáceas (plantas parecidas a palmeras) y los ginkgos (árboles con hojas anchas parecidas a abanicos y semillas carnosas expuestas).

  La mayor extinción en masa del tiempo cámbrico tuvo lugar al final de la era paleozoica, entre los períodos pérmico y triásico, hace unos 250 millones de años. Por ejemplo, se extinguieron más del 90% de las especies marinas existentes, posiblemente por los constantes cambios del nivel del mar. La reducción de los mares someros pudo causar inestabilidad climática en tierra, provocando quizá la desaparición de organismos terrestres. Otra hipótesis acerca de esta extinción es el descenso generalizado de la concentración de oxígeno en el océano, un suceso del que se tienen indicios geoquímicos.

Bosque del carbonífero. Neofronteras.com

   Era Mesozoica: dinosaurios

  La era mesozoica comenzó hace unos 248 millones de años y duró 183 millones de años. Se divide en los períodos triásico, jurásico y cretácico, y su característica principal es el origen, la diferenciación y la extinción de una gran variedad de reptiles, por lo que se la conoce como la edad de los reptiles. Caracoles y bivalvos aumenteron en número y diversidad, y los erizos de mar alcanzaron su particular apogeo. Desde una perspectiva botánica, esta era fue dominada por las gimnospermas hasta la mitad del período cretácico, cuando comenzaron a expandirse las plantas con flores.

Ilustración de la era mesozoica. Recursostic.educacion.es

  Durante el período triásico, los reptiles experimentaron una adaptación que dio origen a numerosos grupos. En tierra, los dominantes fueron los terápsidos y un grupo diverso de tecodontos, reptiles primitivos que eran principalmente carnívoros y fueron los ancestros de los dinosaurios, los reptiles voladores y posiblemente las aves.

  Dos grupos importantes de reptiles marinos, los plesiosaurios (reptiles con aletas como remos y longitudes de hasta 15 metros) y los ictiosaurios (reptiles con cuello corto, una aleta dorsal grande y cola como la de un tiburón), aparecieron en este período y persistieron hasta el cretácico, así como las tortugas, que surgieron hace 210 millones de años.

  Los primeros mamíferos en originarse en este período fueron pequeños insectívoros, que se transformaron en insectívoros nocturnos, casi todos pequeños, durante el resto de la era mesozoica; los mamíferos marsupiales y los placentarios surgieron en el período cretácico.

  Durante los períodos jurásico y cretácico emergieron otros grupos importantes como cocodrilos, lagartos, serpientes y aves, y los dinosaurios se propagaron en grado impresionante hasta heredar la Tierra.

  Por su parte, las aves aparecieron a finales del jurásico, y se cree que lo hicieron a partir de un dinosaurio especializado o de un tecodonto relativamente no especializado. De este período se conservan fósiles del ave más antigua, Archaeopteryx, aún con dientes, que vivió hace unos 150 millones de años.

Archaeopteryx. Grandesauri.host22.com

  Descubrimientos recientes sugieren que algunos dinosaurios pudieron ser animales de sangre caliente, en contra de lo que se pensaba, ágiles y capaces de moverse con gran rapidez. Algunas especies vivían en manada y cazaban en grupo.

  A finales del período cretácico, hace 65 millones de años, los dinosaurios, pterosaurios y muchos otros animales se extinguieron de forma abrupta, al igual que la mayor parte de las gimnospermas, a execpción de las coníferas. Se han propuesto varias explicaciones  de esta masiva extinción, aunque cada vez son más las pruebas científicas que apoyan la posibilidad de que un gran cuerpo extraterrestre colisionara con la Tierra y provocara drásticos cambios climáticos. Sin embargo, aunque la mayoría de científicos acepta este hecho, no hay acuerdo general acerca de los efectos de tal impacto sobre los seres vivos.

  Era Cenozoica: mamíferos

  

  La era cenozoica podría conocerse con la misma justicia como edad de los mamíferos, edad de las aves, edad de los insectos o edad de las plantas con flores, pues se caracteriza por la aparición de todas estas formas de vida en gran variedad y número de especies. Esta era se extiende desde hace 65 millones de años hasta la actualidad y se divide en tres períodos: el período paleógeno, que abarca una etapa hasta hace 28 millones de años y se subdivide en tres épocas: paleoceno, eoceno y oligoceno; el período neógeno, subdividido en las épocas mioceno y plioceno; y el período cuaternario, que se compone de los últimos dos millones de años y se subdivide en otras dos épocas: pleistoceno y holoceno.

  Las plantas con flores, que surgieron durante el cretácico, continuaron diversificándose. Los fósiles señalan que en las épocas paleocénicas y eocénicas existían plantas semitropicales que se extendían hasta latitudes considerablemente altas. Posteriormente hubo hábitats más abiertos, como los pastizales y sabanas de Norteamérica durante el mioceno. Los desiertos se formaron más tarde en las épocas pliocénica y pleistocénica. Durante esta última, las comunidades vegetales cambiaron en gran medida por efecto de las fluctuaciones climáticas asociadas a los múltiples avances y retrocesos de los glaciares continentales.

  En el paleoceno tuvo lugar una radiación adaptativa explosiva de mamíferos primitivos, que en su mayoría no eran más que pequeños habitantes de los bosques sin relación con los mamíferos actuales. Durante el eoceno se produjo otra radiación explosiva, a partir de la cual aparecieron todos los órdenes modernos. De nuevo, la mayoría eran pequeños, pero también hubo grandes herbívoros, como los titanoterios.

Algunos animales del cenozoico. Jorgecomputo3.galeon.com

  En el oligoceno surgieron muchas familias modernas de mamíferos, entre las que se encontraban los primeros simios de los que se han descubierto fósiles en África. Muchas especies tenían especializaciones que hacen pensar en hábitats más abiertos, como pastizales o sabanas, especializaciones que continuaron en las épocas miocénica y pliocénicas, sobre todo en los mamíferos de pezuña, como los caballos, que experimentaron una radiación adaptativa que les indujo a modos de vida de ramoneo. En cuanto al ser humano, sus ancestros se encuentran en plioceno, en África, hace unos 4.400 millones de años, mientras que el género Homo apareció hace unos 2.300 millones de años.

  En el eoceno, las aves evolucionaron rápidamente, adquiriendo especializaciones para una gran cantidad de hábitats distintos. Las canoras se dispersaron ampliamente hasta convertirse en el orden más diverso de aves que persiste hoy en día.

  Durante el plioceno y el pleistoceno existió una notable fauna americana de mamíferos grandes, como mastodontes, tigres dientes de sable, camellos, perezosos gigantes o armadillos gigantes. Sin embargo, muchos de ellos se extinguieron a finales del pleistoceno, debido quizás a un cambio climático (glaciación), a la influencia de grupos humanos, o a ambos. El ser humano ya se había dispersado hacia Europa y Asia, y más tarde lo hizo también a América cruzando un puente terrestre entre Siberia y Alaska. Según sólidos indicios arqueológicos, esta extinción en masa coincidió con la aparición de seres humanos cazadores.

 

Origen e historia evolutiva de la vida (IV)

  HIJOS DEL DILUVIO UNIVERSAL

 

      La Tierra, nuestro planeta, tiene una edad aproximada de 4.600 millones de años. Se formó a partir de la colisión y posterior unión de cientos de miles de cuerpos que se encontraban en el disco circumestelar protoplanetario (ver entrada de CIENATEC El Olimpo). Al principio las temperaturas eran tan elevadas que su superficie se componía de material fundido. Sin embargo, a medida que bajaba la radioactividad disminuía también el calor, de modo que la Tierra primitiva comenzó a enfriarse lenta pero constantemente. Con el tiempo, el descenso de las temperaturas dio lugar a la transformación de su superficie, cuyo estado pasó de fluido a sólido. Había nacido la roca volcánica.

 

Tierra primitiva y evolución química

    Los cometas y meteoritos que impactaban sobre la Tierra contenían aproximadamente un 5% de agua, y ésta comenzó a acumularse en la superficie. Las altas temperaturas aún reinantes provocaron la evaporación de esa agua en grandes cantidades que, al llegar a la atmósfera primigenia, se unían al dióxido de carbono, formando espesas nubes que dieron lugar al mayor diluvio que haya habido jamás en nuestro planeta.

    La lluvia cayó sobre el exterior rocoso durante decenas de millones de años, convirtiendo a la Tierra en un planeta constituido en un 90% por agua (sólo existían pequeñas islas volcánicas). El agua, rica en hierro, era de color verde, y el cielo, debido a su alto contenido en dióxido de carbono, rojo. Por aquel entonces, la presión atmosférica era tan grande que podría haber aplastado un cuerpo humano, la temperatura era de unos 93ºC y la toxicidad era muy elevada.

    Posteriormente la corteza fue fracturándose debido a los fenómenos volcánicos ocurridos bajo los océanos, permitiendo al agua entrar en las grietas de lava fundida y mezclarse con ella, formando granito, el cual ascendió y dio origen a la corteza continental, ligera y lo suficientemente resistente como para soportar la fuerza erosiva de las olas, a diferencia de las islas volcánicas, que fueron sucumbiendo a su devastador efecto.

Tierra primitiva. misalumnosliceo48.blogspot.com.es

    Para que pudiera producirse la evolución química de la vida debieron cumplirse cuatro requisitos: ausencia total, o casi, de oxígeno libre, una fuente de energía, bloques de construcción químicos y tiempo. Puesto que el oxígeno es muy reactivo, habría oxidado las moléculas orgánicas, componentes necesarios para el inicio de la vida. La atmósfera terrestre primitiva era altanmente reductora, de modo que el oxígeno libre habría reaccionado con otros elementos para formar óxidos.

    El segundo requerimiento era la existencia de una fuente de energía necesaria para transformar compuestos inorgánicos simples en moléculas biológicas. La Tierra primigenia era un lugar con una elevada energía, con violentas tormentas eléctricas, vulcanismo generalizado, constante bombardeo de meteoritos e intensa radiación. 

    En tercer lugar, debieron estar presentes las sustancias químicas necesarias como constituyentes para la evolución química, entre las que se incluían agua, minerales inorgánicos disueltos (iones) y gases atmosféricos.

    Por último, fue preciso que transcurriera el tiempo suficiente para que las moléculas se acumulasen y reaccionasen entre sí. Los más antiguos vestigios conocidos de vida datan de hace unos 3.800 millones de años, 800 millones de años después de la configuración terrestre.

Chimenea hidrotermal. tectonicsplate.wikispaces.com

    A.I. Oparin, bioquímico ruso, intuyó que durante largos períodos las moléculas orgánicas pudieron acumularse en aguas someras, como un mar de sopa orgánica. Reparó en que en tales condiciones las moléculas orgánicas más pequeñas (monómeros) pudieron haberse combinado para formar otras mayores (polímeros). Sin embargo, estudios más recientes indican que esos polímeros pudieron haberse constituído sobe superficies rocosas o de arcilla, y no en los mares primordiales. Pero existe otro escenario posible para la evolución química: las polimerizaciones iniciales que llevaron al origen de la vida pudieron ocurrir en fisuras del piso oceánico profundo, conocidas como chimeneas hidrotermales, que habrían estado más protegidas que la supeficie de las terribles alteraciones producidas por el bombardeo de meteoritos. Hoy día, dichas fuentes termales siguen originando precursores de moléculas orgánicas y alimento rico en energía, como metano y sulfuro de hidrógeno.

  Primeras células

 

    El estudio de los protobiontes sintetizados en el laboratorio evidencia que las precélulas relativamente sencillas pueden presentar algunas de las propiedades de los seres vivos actuales. Sin embargo, sigue siendo un gran misterio cómo esas precélulas se transformaron en células vivas.

   Las primeras células en surgir fueron procariotas, como muestran fósiles microscópicos encontrados en rocas de Australia y Sudáfrica, con entre 3.100 y 3.500 millones de años de antigüedad. Los estromatolitos son otro tipo de prueba fósil de la existencia de las primeras células; son rocas en forrma de columna compuestas por gran cantidad de capas delgadas de muchas células procariotas, generalmente cianobacterias. 

Célula procariota. celulabhill.galeon.com

    El surgimiento de estas células tal vez ocurrió tras una serie de pasos cortos, siendo una de las partes más importantes del proceso el origen de la reproducción molecular. Como es sabido, la información genética de las células vivas se almacena en el ácido nucleico DNA, el cual se transcribe en el mensaje en RNA, que a su vez se traduce a la secuencia adecuada de aminoácidos en las proteínas. Puesto que tanto DNA como RNA pueden formarse espontáneamente en arcilla de manera muy parecida a como ocurrre con otros polímeros orgánicos, la pregunta es qué molécula, DNA o RNA, apareció antes en el mundo prebiótico.

    

    Algunos autores sugieren que la química de la Tierra primigenia originó moléculas de RNA autoduplicantes que funcionaban a la vez como enzima y sustrato de su propia duplicación (Hipótesis del mundo de RNA). Lo sorprendente es que existen RNA enzimáticos que poseen propiedades catalíticas, denominados ribosomas, que pudieron haber catalizado su propia duplicación en arcillas, pozas someras de roca o chimeneas hidrotermales donde apareció la vida. Ahora bien, si un RNA autoduplicante capaz de codificar proteínas apareció antes que el DNA, ¿cómo surgió éste? Quizá el RNA hizo copias bicaterianas de sí mismo que con el tiempo se convirtieron en DNA. Lo que está claro es que su incorporación en el sistema de transferencia de infomación fue muy ventajosa, pues su conformación de doble hélice es más estable (menos reactiva) que la forma monocateriana del RNA.

Comparativa entre RNA y DNA. commons.wikimedia.org

    Sin embargo, fueron necesarios varios pasos más para que pudiera desarrollarse la primera célula viva a partir de agregados macromoleculares. Por ejemplo, el código genético debió sugir en una fase muy temprana en el mundo prebiótico, porque todos los organismos lo poseen, pero ¿cómo se originó? Y, además, ¿cómo se explica que una membrana plasmática de lípido y proteína envolviera los ensamblajes precelulares y permitiera así la acumulación de algunas moléculas y la exclusión de otras?

  Células heterótrofas y células autótrofas

 

    Las primeras células pudieron obtener del medio las moléculas orgánicas que necesitaban, en lugar de sintetizarlas, consiguiendo la energía necesaria para la vida a través de su fermentación. Así, las primeras células fueron casi con total certeza heterótrofas y anaerobias.

    Cuando disminuyó la existencia de moléculas orgánicas generadas espontáneamente, sólo sobrevivieron determinados organismos que habían sufrido mutaciones que les permitieron obtener energía directamente de la luz solar (quizá para sintetizar ATP), lo que se tradujo en una clara ventaja selectiva. Lo más probable es que los primeros organismos autótrofos fotosintéticos, aparecidos hace entre 3.100 y 3.500 millones de años, emplearan la energía de la luz del sol para romper moléculas ricas en hidrógeno, siendo las cianobacterias las primeras en romper moléculas de agua para obtener hidrógeno. En este proceso se liberó oxígeno, aunque fue necesario un largo período de tiempo para que éste pudiese acumularse en la atmósfera, pues inicialmente oxidaba (es decir, se unía a moléculas) minerales del océano y la corteza terrestre.

  Aerobios

 

     Hace unos 2.000 millones de años, las cianobacterias habían producido suficiente oxígeno para comenzar a modificar significativamente la composición atmosférica, lo que supuso un impacto decisivo en la vida: los anaerobios forzados (aquellos que no pueden utilizar oxígeno para la respiración celular) murieron en su mayoría; algunos anaerobios sobrevivieron en ambientes donde no penetra el oxígeno; otros desarrollaron modos de neutralizarlo para no ser dañados. Los aerobios, por su parte, desarrollaron una vía respiratoria que usaba el oxígeno para extraer más energía del alimento y convertirla en ATP.

   La aparición de seres vivos capaces de emplear oxígeno en su metabolismo tuvo importantes consecuencias. Los organismos que respiran aeróbicamente obtienen mucha más energía de una sola molécula de glucosa de la que extraen los anaerobios mediante la fermentación, lo que quiere decir que los aerobios recién surgidos fueron más eficaces y competitivos que los anaerobios.

    La respiración aerobia tuvo también un efecto estabilizador tanto del oxígeno como del dióxido de carbono en la biosfera. Los organismos fotosintéticos empleaban dióxido de carbono como fuente de carbono para la síntesis de compuestos orgánicos, por lo que dicha materia prima podría haberse agotado de no ser por la aparición de la respiración aerobia, que libera dióxido de carbono como subproducto de la degradación de moléculas orgánicas. De manera similar, el oxígeno era liberado en la fotosíntesis y usado en la respiración aerobia.

Formación de ozono. cvlamps.com

     Otra consecuencia importante de la fotosíntesis tuvo lugar en la atmósfera superior, donde el oxigeno molecular reaccionó para formar ozono. Con el tiempo se formó una capa de ozono que envolvió a la Tierra y que impidió que gran parte de la radiación ultravioleta del sol llegara a la superficie terrestre. Gracias a esta protección, los organismos pudieron vivir más cerca de la superficie en los ámbitos acuáticos para colonizar más tarde las tierras emergidas. Sin embargo, debido a que la energía de la radiación ultravioleta era necesaria para la formación de moléculas orgánicas, su síntesis abiótica disminuyó.

  Células eucarióticas

 

Célula eucariota. recursostic.educacion.es

    Los eucariotes aparecieron hace entre 1.900 y 2.100 millones de años a partir de los procariotes. La Teoría endosimbiótica, propuesta por Lynn Margulis, establece que orgánulos como mitocondrias y cloroplastos pudieron haberse originado gracias a relaciones simbióticas entre dos organismos procarióticos. Se cree que los cloroplastos se originaron de bacterias fotosintéticas (seguramente cianobacterias) que vivían dentro de células heterótrofas más grandes, mientras que las mitocondrias eran posiblemente bacterias aerobias (tal vez bacterias púrpuras) que vivían igualmente en el interior de células anaerobias más grandes. Quizá estas bacterias fueron ingeridas, pero no digeridas, por la célula huésped y, una vez incorporadas, sobrevivieron y se reprodujeron junto a ella, de forma que las generaciones posteriores también contenían endosimbiontes. Con el paso del tiempo, el endosimbionte perdió la capacidad de vivir fuera de su célula huésped, y viceversa, pues ambos socios aportaban a la relación algo de lo que el otro carecía.

Teoría endosimbiótica. http://naturalezacantabrica.blogspot.com.es

    Cómo se desarrollaron las formas de vida de mayor tamaño es otra historia que será contada más adelante.

 

Origen e historia evolutiva de la vida (III)

  EL OLIMPO

 

  El Sistema Solar, ese vecindario en el que se halla nuestra casa, la Tierra, es un sistema planetario en el que ocho grandes cuerpos y otros muchos objetos astronómicos orbitan alrededor de una estrella, el Sol, por efecto de la gravedad. Se ubica en la Nube Interestelar Local, localizada en la Burbuja Local del Brazo de Orión, a unos 28 mil años luz del centro de la Vía Láctea.

  Para explicar su formación, hace unos 4.600 millones de años, hay que remontarse a 1644, cuando Descartes propuso que el Sol y los planetas se formaron al unísono a partir del colapso y la condensación de una nube gas interestelar, lo que representa la base de la Teoría Nebular formulada posteriormente por Laplace y Kant. Posteriormente, en 1721, Swedenborg concluyó que el Sistema Solar se originó a partir de la existencia de una gran nebulosa en cuyo centro se concentró la mayor parte de la materia, formando el Sol (más del 98% de la masa total del Sistema Solar), y cuyas condensación y rotación acelerada siguieron generando los planetas y sus satélites. A medida que se contraía la nebulosa, se concentraba la misma cantidad de energía en un espacio cada vez menor, de modo que para conservar el momento angular debía aumentar la velocidad de rotación. 

Esquema de la Teoría Nebular. Cienciakanija.com

  Al principio, el calor que desprendía el Sol era debido a la fricción, pero debido al progresivo aumento de temperatura comenzó a actuar la fusión nuclear; los átomos de hidrógeno se fusionaron y formaron helio, liberando protones en el proceso. Habían nacido los primeros rayos de luz.

 

  Star Wars

 

  El origen del Sistema Solar no puede considerarse pacífico. De hecho, el Sol nació como consecuencia de uno de los acontecimientos más violento del Universo: la muerte de otra estrella. Si una estrella es lo suficientemente grande, explota y se expande antes de morir, y los procesos nucleares acaecidos en su interior fusionan los elementos creados durante su vida (hidrógeno y helio), produciendo elementos más pesados que se esparcen por el Espacio cuando ocurre la explosión. Así se forman los elementos esenciales que se encuentran en la tabla periódica y que no existían en un principio tras el Big Bang.

Explosión de una supernova junto a una nebulosa. controlmindbarcelona.blogspot.com.es

  A raíz estas explosiones nacen las nubes estelares que dan lugar a la formación de nuevas estrellas. Al parecer, la onda expansiva de las supernovas representa una fuerza tan grande que concentra la materia dispersa, de modo que el colapso de la nube de polvo pudo verse inducido por la explosión de una supernova cercana; las ondas de choque comprimieron el gas que se encontraba a años luz de la estrella agonizante, y es ésta compresión la que provocó el nacimiento del Sol.

  Acreción y gravedad

 

  Cuando la materia de la nebulosa estuvo lo suficientemente comprimida, empezó a hacer efecto la fuerza de gravedad, iniciándose el colapso. Los planetas surgieron de la nube de partículas de gas (disco circumestelar protoplanetario) que rodeaba al recién nacido Sol, mas algo tuvo que agolpar la materia, que en aquel momento se encontraba muy dispersa. Ese algo fue la carga electrostática de las partículas del disco protoplanetario, que chocaban entre sí y comenzaban a atraerse.

  Cuando las partículas colisionaban generaban cuerpos cada vez más grandes (acreción), y cuando éstos tenían la suficiente masa, comenzaba a actuar sobre ellos la fuerza gravitatoria, más fuerte que la electrostática, acelerando el proceso. Con el tiempo, esos planetesimales se convirtieron en planetas que, gracias a la acción de la gravedad, mantenían sus órbitas alrededor del Sol y se transformaban en esferas.

  

  Al principio, la materia concentrada alrededor del Sol estaba tan caliente que se encontraba en estado gaseoso, pero a medida que se alejaba de él fue enfriándose y comenzó a condensarse. En el Sistema Solar interno la temperatura era tan elevada que el gas y el hielo no pudieron condensarse, a diferencia de las partículas metálicas. Así surgieron los planetas sólidos (Mercurio, Venus, Tierra y Marte), más cercanos al Sol, y los gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno), más alejados de él. 

Etapas de la formación de un planeta. ediciona.com

  El misterio lunar

 

  La Tierra es el único planeta rocoso que posee un satélite de gran tamaño, el cual representó durante muchos años todo un enigma para los científicos, pues si la Teoría Nebular está en lo cierto, tras la formación del Sistema Solar interno no pudo quedar suficiente materia para la formación de las lunas. La resolución de este problema se produjo cuando la comunidad científica desarrolló otra hipótesis a partir del estudio de los isótopos químicos de la Luna, gracias a lo cual se descubrió que ésta estaba formada en parte por materiales procedentes de la Tierra. 

Recreación de la colisión entre la Tierra y Theia. ies.garciabarros.ccmc.climantica.org

  Surgió así la Teoría del Gran Impacto; la Tierra, en un ambiente de violencia extrema entre los 20 objetos del Sistema Solar primigenio, colisionó con un cuerpo del tamaño de Marte, Theia, hace 4.530 millones de años. El choque fue tan fuerte que miles de millones de toneladas de roca escaparon al Espacio, quedando atrapados por la fuerza gravitatoria de la Tierra y entrando en órbita alrededor de ella. Durante millones de años, esos fragmentos fueron amalgándose hasta convertirse en la Luna.

  La frontera 

 

  Los cuatro planetas internos se encuentran en el interior del Cinturón de Asteroides, y no crecieron más por falta de materia, pues la roca y el metal únicamente representaban el 0,6% de la materia disponible. Además, como se ha comentado con anterioridad, estos planetas no podían acumular gas, pues hacía demasiado calor para que éste se condensara, algo que sí ocurrió en una región más alejada. Detrás del Cinturón de Asteroides se encuentra lo que los científicos denominan Línea de Temperatura Crítica, a unos 450 millones de kilómetros del Sol. Cuando se traspasa dicha línea, hace el suficiente frío como para que se condense el agua, y es ahí donde se formaron los planetas externos, compuestos por un 90% de material gaseoso. Urano, sin embargo, está compuesto por hielo, con una temperatura media de 200ºC bajo cero.

  Hasta 1992 se creía que Plutón (relegado actualmente a la categoría de planeta enano) marcaba el límite del Sistema Solar. Entonces se descubrió un conjunto de cometas (unos 70.000 pedazos de hielo que representan los restos de la formación de los planetas) orbitando a unos 45 millones de kilómetros alrededor del Sol, al que los científicos denominaron Cinturón de Kuiper. A una distancia del Sol 1.000 veces superior se encuentra la misteriosa Nube de Oort, formada por más de un millón de cometas, generados probablemente más cerca del Sol por el mismo proceso que creó los planetas. Sus órbitas pudieron verse forzadas a aumentar por la fuerza gravitatoria de los jóvenes Júpiter y Saturno, quedando situados en los confines del Sistema Solar. A casi un año luz del Sol, los últimos cometas de la Nube de Oort representan el final del Sistema.

Esquema del Sistema Solar actual. taringa.net

  Más allá 

 

  En 1992 se descubrió el primer planeta extrasolar orbitando alrededor de una estrella lejana. Era más grande que Júpiter, lo que suponía una sorpresa, pues resulta imposible la formación de un planeta de semejante tamaño tan cerca de una estrella, por falta de materia. Este problema no sólo afecta a los mundos lejanos, pues volviendo a nuestro sistema solar, queda bastante claro que la teoría que explicaba su formación no es totalmente cierta. Incluso Urano y Neptuno no pudieron formarse donde se encuentran actualmente, ya que no pudo sobrar tanta materia a esa distancia del Sol. Esta es una de las incógnitas que la Teoría Nebular no puede explicar, además de la del Cinturón de Kuiper, que tampoco debería hallarse allí donde se encuentra. Pero el mayor misterio es el de los cráteres de la Luna: todos tienen la misma edad, unos 3.900 millones de años, lo que se sabe gracias a métodos de datación radiométrica empleados en las muestras recogidas en el Programa Apolo.

Bombardeo Pasivo Tardío. elpais.com

  Esos cráteres debieron de producirse, pues, en un período breve de impactos (Bombardeo Intenso Tardío o Cataclismo Lunar), y su estudio sirve como fuente importante para conocer el origen, la estructura y la evolución del Sistema Solar. Decenas de miles de meteoritos debieron de impactar en la Luna durante ese período... y también en la Tierra. Esos meteoritos provenían del Cinturón de Asteroides, pues eran químicamente iguales a ellos. No obstante, la mayoría de asteroides recorre órbitas estables, de modo que debió haber alguna causa que los hiciera adentrarse en el Sistema Solar interno. 

  En el año 2004, Hal Levison propuso una nueva hipótesis, definiendo un nuevo modelo explicativo del nacimiento del Sistema Solar. Según la teoría de Levison, los planetas se formaron en órbitas muy diferentes a las que ocupan hoy y posteriormente cambiaron de posición. Con una serie de simulaciones, demostró que Júpiter y Saturno se atraían cuando sus órbitas se acercaban, pero sus fuerzas se anulaban. Cuando Júpiter giraba alrededor del Sol al doble de velocidad que Saturno ocurrió lo que se conoce como resonancia de dos frente a uno, hace precisamente 3.900 millones de años; su posición hizo que los planetas se agitaran y se movieran y, en lugar de anularse, las fuerzas gravitatorias de ambos planetas tomaron la misma dirección, provocando el crecimiento de sus órbitas hasta la posición que ocupan hoy. Este proceso afectó a Urano y Neptuno, cuyas órbitas comenzaron a cruzarse y sus fuerzas gravitatorias los atraían o los separaban. Así, es probable que cambiaran su posición y expulsaran de sus órbitas a miles de asteroides, unos hacia el exterior y otros hacia el Sol, impactando muchos de ellos en los planetas interiores y en la Luna terrestre.

Momento en el que las órbitas de Júpiter y Saturno crecieron en la misma dirección. National Geographic.

  

  El siguiente vídeo explica de forma breve, pero detallada, todo lo comentado:

 


  Y tras estos superficiales acercamientos a la formación del Universo, al origen de la Vía Láctea y al nacimiento del Sistema Solar, debe abordarse el estudio de la constitución de la Tierra para, más adelante, intentar explicar el surgimiento de la vida. Será próximamente.