Las primeras formas de vida en nuestro planeta. Para entender cómo apareció la vida y cuáles fueron los primeros seres vivos primitivos, debemos entender el contexto en el que surgió, es decir, cómo era nuestro hogar en el momento de su formación, hace 4.500 millones de años.
Los manuales han venido enseñando que el magma cubrió la Tierra en sus primeros 500 millones de años. Quizá no estén en lo cierto: parece que la superficie se enfrió rápidamente y los océanos, los primeros continentes y las condiciones idóneas para la vida surgieron mucho antes de lo que se creía hasta ahora.
La nueva visión de una Tierra primigenia cubierta hace 4400 millones de años por océanos difiere del mundo abrasador y hostil descrito tradicionalmente en los manuales.
De hecho, la última datación sitúa esta fecha en los 4.470 millones de años. El origen de nuestro planeta, como el de todo el sistema solar, procede de una nube de gas, rocas y polvo en continua rotación por el vacío espacial. A lo largo de millones de años, los compuestos que conformaban esta nube, debido a las fuerzas físicas de atracción, fueron creando algo parecido a un disco.
En un punto de este disco, la masa empezó a compactarse enormemente hasta provocar la fusión nuclear de hidrógeno a helio: se había formado el Sol. La inmensa gravedad que generaba nuestra estrella hizo que la materia empezara a girar muy rápido y que se uniera, colisionando y formando masas de rocas y polvo más grandes que quedarían atrapadas por la atracción del Sol.
Y una de estas rocas era la Tierra, aunque no tiene nada que ver con la Tierra que nosotros conocemos. De hecho, nuestro mundo, después de formarse, era una masa incandescente que empezó a deshacerse en lava debido a las altísimas temperaturas. A pesar de que había masas sólidas, la lava las fundía, por lo que básicamente nuestro planeta era una masa de lava que flotaba en el espacio.
Sin embargo, lentamente la Tierra empezó a enfriarse, y cuando la temperatura superficial descendió hasta los 1.600 °C, esta capa exterior se solidificó formando la corteza terrestre. Pero que esto no nos engañe, la Tierra seguía siendo un ambiente totalmente inhóspito, simplemente ahora ya no era una “bola” de lava.
Y es que, al no haber atmósfera, sufríamos el impacto continuo de meteoritos, los cuales, según diversas teorías, fueron los vehículos de entrada de agua en nuestro planeta. De hecho, se estima que más del 60% del agua de la Tierra viene del espacio.
Lo que también es interesante es que la actividad volcánica en la Tierra era increíblemente intensa. Y esto, por irónico que parezca, fue lo que hizo posible el nacimiento de la vida. Y es que gracias a los gases que emanaban de estos volcanes se formó una atmósfera primitiva. Pero, de nuevo, que esto no nos haga pensar que la Tierra ya se parecía a la de ahora. Ni mucho menos.
Su composición era básicamente hidrógeno, helio, metano, amoníaco, gases nobles (como el argón y el radón) y muy poco (por no decir prácticamente nada) oxígeno. No hace falta decir que esta mezcla de gases sería totalmente tóxica para cualquier ser vivo actual. Pero esto no impidió que, bajo unas condiciones totalmente extremas, la vida encontrara un camino.
Y este camino apareció gracias, de nuevo, a los volcanes. Durante las erupciones, el oxígeno y el hidrógeno, por el hecho de estar a muy altas temperaturas, se fusionaron para dar lugar al vapor de agua (recordemos que una molécula de agua se forma con dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno), el cual se condensaba al ascender por la atmósfera primitiva, generando así las primeras lluvias.
La corteza terrestre siguió enfriándose hasta hacer posible la presencia de agua líquida en su superficie, formando mares y océanos muy distintos a los de la actualidad en cuanto a composición, pero ya había agua. Y en el momento en el que hay agua líquida, ya no importa si la atmósfera es inhóspita Durante mucho tiempo se ha creído que en nuestro planeta perduraron unas condiciones abrasadoras hasta unos 700 millones de años después de su formación hace 4500 millones de años.
Pero ahora se sabe, gracias a unos diminutos cristales de circón que contienen claras señales de cómo y cuándo se originaron, que la Tierra se enfrió mucho antes, quizá ya hace 4400 millones de años.
Algunos circones antiguos presentan incluso una composición química heredada del medio más frío y húmedo necesario para la evolución de la vida.
En su infancia, hace unos 4500 millones de años, la Tierra brillaba como una tenue estrella. Océanos de magma incandescente, entre amarillo y anaranjado, cubrían la superficie tras las repetidas colisiones con rocas enormes, algunas del tamaño de pequeños planetas, que orbitaban alrededor del Sol recién formado. Cada uno de esos cuerpos, a una velocidad media 75 veces la del sonido, abrasaba la superficie, la hacía añicos, la fundía e, incluso, la evaporaba.
Muy pronto el denso hierro precipitó en los océanos de magma y formó el núcleo metálico. Liberó así energía gravitacional como para fundir el planeta entero. Durante cientos de millones de años siguió habiendo continuos impactos de meteoritos. Algunos producían cráteres de más de mil kilómetros de diámetro. Al mismo tiempo, la desintegración de elementos radiactivos generaba en las profundidades de la Tierra calor a un ritmo que sextuplicaba el actual.
Estas condiciones abrasadoras tuvieron que suavizarse para que las rocas fundidas se solidificaran y formasen la corteza, se constituyesen los continentes, la atmósfera densa y cargada de vapor se condensara en agua líquida y la vida originaria evolucionara y persistiera. ¿Cuánto tiempo tardó en enfriarse la superficie de la Tierra tras su ardiente nacimiento? Por lo general, se ha supuesto que ese ambiente infernal se mantuvo unos 500millones de años: la era que recibe el nombre de Hadeana. Los elementos de juicio más importantes en favor de esta cifra son la aparente inexistencia de rocas inalteradas de edad superior a los 4000 millones de años y el carácter mucho más reciente de los primeros signos fósiles de vida.
En el curso de los últimos cinco años, sin embargo, los geólogos —incluido mi grupo de investigación de la Universidad de Wisconsin-Madison— han descubierto docenas de cristales de circón antiguos, cuyas composiciones químicas han cambiado nuestra visión de los principios de la Tierra. Las insólitas propiedades de estos cristales tan tenaces les permiten conservar de forma sorprendente potentes indicios de la naturaleza del entorno en que se formaron. Estas diminutas cápsulas del tiempo aportan datos que sugieren que 400 millones de años antes de lo que se pensaba había ya océanos habitables para las primitivas formas de vida, y quizá continentes.
El origen violento de los continentes
Se propone que los impactos de asteroides en los años de juventud del planeta gestaron los elementos componentes de las masas continentales.
Un magma turbulento, incandescente, e hirvientes gases cubrían la Tierra en su despertar de hace 4600 millones de años. Con el tiempo, algunas regiones de ese mar encendido se enfriaron lo suficiente para endurecerse, originando las primeras rocas del planeta flotando como la escoria en un líquido incandescente. Sin embargo, éstas no constituían nada más que una delgada película. Las gruesas raíces de la tierra firme tardaron mucho más en formarse.
Cómo y a qué velocidad surgieron y crecieron los continentes es materia de un vivo debate. La tradición científica ha mantenido durante mucho tiempo que sólo la dinámica interna de la Tierra ha determinado la formación de los continentes.
Sin embargo, hallazgos recientes han desviado la atención hacia una idea en otro tiempo considerada herética: los grandes impactos de asteroides desempeñaron también un papel constructor importante.
¿Cuál es el origen de la vida?
La vida en la Tierra surgió hace unos 3.800 millones de años, apenas 700 millones de años después de la formación del planeta y bajo unas condiciones ambientales extremas, pero, los estudios de los fósiles de rocas antiguas nos revelan que la vida probablemente comenzó hace unos 4 billones de años, cuando la Tierra era muy joven. Nadie sabe cómo comenzó la vida en nuestro planeta. La mayoría de los científicos piensa que se originó en el agua líquida. Pero, ¿fue en charcos en la superficie, bajo tierra o en el fondo de los océanos donde la actividad volcánica crea manantiales calientes?
Las primeras formas de vida en la Tierra se crearon a partir de rayos hace miles de millones de años, según un nuevo estudio.
Científicos de las universidades de Leeds y de Yale en Estados Unidos creen que hasta un quintillion de rayos puede haber ayudado a liberar el fósforo necesario para la aparición de organismos vivos.
La chispa de vida a la Tierra primitiva estiman que se habría generado al desbloquear con el tiempo el fósforo necesario para la creación de biomoléculas.
Es la conclusión de un nuevo estudio, publicado en Nature Communications.
Este trabajo nos ayuda a comprender cómo pudo haber surgido la vida en la Tierra y cómo aún podría estar formándose en otros planetas similares a ésta, destacó en un comunicado Benjamin Hess, autor principal del trabajo y estudiante graduado del Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias de Yale, quien señala que en parte comenzó con el fósforo.
Ese elemento químico es un ingrediente clave para la formación de la vida, pero no era fácilmente accesible en la Tierra hace miles de millones de años. En su mayor parte, estaba encerrado firmemente dentro de minerales insolubles en la superficie del planeta azul.
Utilizando resultados de modelos informáticos, Hess y los coautores Sandra Piazolo y Jason Harvey, de la Universidad de Leeds, estimaron que la Tierra primitiva vio de uno a 5 mil millones de relámpagos cada año, en comparación con los 560 millones de destellos por año en la actualidad. De esos primeros destellos, entre 100 millones y mil millones habrían golpeado el suelo anualmente. Eso sumaría entre 0.1 y un trillón de impactos, y bastante fósforo utilizable, después de mil millones de años.
La investigación ofrece datos sobre la formación de biomoléculas y los orígenes de la vida microbiana más temprana de la Tierra y la extraterrestre potencial en planetas rocosos similares. El fósforo es una parte crucial de la receta para la vida. Constituye la columna vertebral del fosfato de ADN y ARN, material hereditario en organismos vivos, y representa un componente importante de las membranas celulares.
En las primeras etapas de la Tierra, el fósforo estaba encerrado dentro de minerales insolubles. Hasta ahora, se pensaba que los meteoritos que bombardeaban el planeta en ese entonces eran los principales responsables de la presencia de ese elemento químico biodisponible. Algunos contienen el mineral de fósforo llamado schreibersita, soluble en agua, donde se cree que se formó la vida.
Cuando un rayo golpea el suelo, puede crear rocas vidriosas llamadas fulguritas por supercalentamiento y a veces vaporizando roca superficial, liberando fósforo encerrado en su interior. Como resultado, estas fulguritas pueden contener schreibersita.
Los investigadores estimaron el número de rayos que abarcaban entre 4 mil 500 y 3 mil 500 millones de años atrás basándose en la composición atmosférica en ese momento y calcularon cuánto podría resultar schreibersite. La gama superior fue de aproximadamente un quintillion de rayos y la formación de más de mil millones de fulguritas al año.
Los minerales de fósforo derivados de rayos eventualmente superaron la cantidad de meteoritos hace unos 3 mil 500 millones de años, alrededor de la edad de los fósiles más antiguos conocidos ampliamente aceptados como los de microbios, encontraron.
Los rayos, por tanto, pueden haber sido una parte significativa de la aparición de la vida en la Tierra, señaló Benjamin Hess.
A diferencia de los impactos de meteoritos que disminuyen exponencialmente con el tiempo, los rayos pueden ocurrir a un ritmo sostenido a lo largo de la historia de un planeta. Esto significa que también pueden ser un mecanismo muy importante para proporcionar el fósforo que requiere la aparición de vida en otros cuerpos similares a la Tierra después de que los impactos de meteoritos se han vuelto raros, agregó.
Los investigadores examinaron una muestra de fulgurita inusualmente grande y prístina formada cuando un rayo golpeó el patio trasero de una casa en Glen Ellyn, Illinois, a las afueras de Chicago. Esta muestra ilustraba que las fulguritas albergan cantidades significativas de schreibersita.
Este modelo, precisó Hess, refiriéndose al fósforo desbloqueado por un rayo, es aplicable sólo a la formación terrestre de vida, como en aguas poco profundas.
Los experimentos demuestran que los componentes químicos fundamentales de la vida se pueden formar en el espacio o en la Tierra. Muchos de ellos deben haber llegado a nuestro planeta con la caída de meteoritos y cometas. De algún modo, estas sustancias químicas orgánicas simples se unieron y formaron moléculas más avanzadas. Luego comenzaron a copiarse a si mismas y a crecer.
Lo que sí sabemos es que, una vez que logra formarse, la vida es increíblemente resistente. Se ha podido encontrar bacterias vivas en la congelada Antártica, en agua hirviente y dentro de rocas ubicadas hasta cinco kilómetros bajo tierra. También sabemos que estos organismos pueden sobrevivir durante años en el difícil ambiente del espacio.
Una vez que se esparció la vegetación por el planeta, el aire comenzó a recibir grandes cantidades de oxígeno. La Tierra se convirtió en el único planeta de nuestro Sistema Solar con una atmósfera rica en ese elemento. Mediante la búsqueda de oxígeno en otros mundos, tal vez un día encontremos evidencia de vida extraterrestre.
El origen de la vida es, sin duda, una de las grandes incógnitas del mundo de la ciencia. Hoy damos por hecho que en el mundo hay millones de especies distintas increíblemente diversas, desde los animales hasta las plantas, pasando por las bacterias o los hongos.
Sabemos que el mecanismo por el que han surgido todas estas especies es la selección natural, es decir, que todos los seres vivos de la actualidad proceden de un antepasado común que fue diferenciándose, en función de las necesidades de la población, en unas especies u otras. Por ello, a lo largo de cientos de millones de años, la vida ha conseguido una diversidad tan asombrosa.
Las temperaturas de la Tierra habían caído, y el vapor de agua de condensó, convirtiéndose en lluvia que inundó los océanos. Exámenes de genomas de microbios sencillos permiten concluir que sus antepasados vivían en chimeneas hidrotermales en el suelo marino.
Las fuentes calientes activas de este tipo se conocen en la parte más profunda del Atlántico. Ese puede ser el mejor lugar para buscar el origen de la vida. Bajo el suelo marino, la roca peridotita reacciona al agua convirtiéndose en hidrógeno. El hidrógeno se convierte en metano con el dióxido de carbono (CO2).
Las moléculas se pueden combinar con aminoácidos y otros componentes de la vida. El siguiente paso fue la formación de membranas, de forma que surgieron las primeras células en forma de organismos independientes.
Y ahora, pensemos en lo que significa el concepto de “antepasado común”. Esto implica que debió haber una primera forma de vida, es decir, una entidad que, por primera vez en la historia de la Tierra, rompiera la barrera de la materia puramente química para transformarse en algo biológico.
Los Estromatolitos se formaron por microorganismos creciendo en capas para evitar ser sepultados por los sedimentos. Estromatolitos dejados como residuos por cianobacterias, una de las más antiguas formas vivas fosilizadas sobre la tierra.
Junto con cómo apareció el Universo, esta es una de las grandes preguntas de la ciencia. Todavía no hay una respuesta clara. Es más, seguramente nunca la tendremos. Pero sí que tenemos distintas teorías que explican, aunque no puedan confirmarse del todo, cómo fue posible que surgieran los primeros seres vivos.
Antes ya nos hemos puesto en contexto. Estamos en una Tierra que, después de unos 500 millones de años de su formación, ya tiene una corteza superficial, hidrosfera (capas de agua líquida) y una atmósfera que nos separa del vacío espacial. Aunque esta atmósfera sea tóxica para nosotros, no significa que tenga que serlo para todas las formas de vida. La vida, pues, ya tenía todo lo que necesitaba para aparecer.
Pero, ¿surgió de la nada? Ni mucho menos. En el mundo de la ciencia, no hay sitio para los trucos de magia. Y la teoría de la generación espontánea está más que rechazada, por no hablar del origen creacionista (por la mano de Dios) de la vida.
Tenemos que ir en busca de “la célula más simple del mundo”, aquella que, al igual que los virus están en la frontera entre lo “vivo” y lo “no vivo”, tenía que estar en la frontera entre lo químico y lo biológico.
La naturaleza no entiende de clasificaciones. Los únicos que nos esforzamos en encontrar la diferencia entre vivo y no vivo somos nosotros. Y entender que no existe un punto concreto en el que “se formó la vida” es clave para comprender el origen de la misma.
Sin entrar en debates filosóficos, la vida apareció por simple casualidad. Distintas moléculas químicas presentes en los océanos primitivos fueron uniéndose hasta que, por simple azar, dieron lugar a una estructura con un material genético con una membrana que lo protegía. Pero no hay un punto concreto en el que se pueda decir “este fue el primer ser vivo”.
Es más, las últimas investigaciones indican que la vida pudo aparecer en muchos lugares distintos, de formas muy diferentes y en momentos también distintos, surgiendo y desapareciendo periódicamente hasta que consiguió establecerse.
Y esto se estima que ocurrió hace unos 3.800 millones de años, pues es el tiempo que tienen unas rocas encontradas en Groenlandia y Quebec (Canadá) en las que se encuentran “marcas” de reacciones biológicas, las más antiguas de las que se tiene constancia. Esto significa que hace 3.800 millones de años ya había seres vivos en la Tierra.
¿Cómo se formaron los primeros seres vivos?
Ahora que ya hemos visto cómo era la Tierra en una edad tan primitiva y hemos entendido que no hubo una generación espontánea de la vida, sino una mezcla de compuestos químicos al azar, podemos pasar a analizar exactamente cómo (aparentemente) se formaron los primeros seres vivos.
La evidencia fósil de la Tierra brinda información a la mayoría de los estudios sobre el origen de la vida (o abiogénesis). La edad de la Tierra se estima en aproximadamente 4,54 mil millones de años; la primera evidencia indisputable de vida sobre la Tierra data al menos hace 3,5 mil millones de años, y posiblemente resulta tan temprana como perteneciente a la era Arqueano, apenas cuando la corteza terrestre comenzaba a solidificarse poco tiempo después del Eón Hádico.
Se han encontrado fósiles de tapetes microbianos en la piedra arenisca de Australia occidental que data de hace 3,48 mil millones de años.
Otras evidencias físicas de sustancias biogénicas incluyen grafito, y posiblemente estromatolitos, descubiertos en rocas metasedimentarias de 3,7 mil millones de años pertenecientes al sudoeste de Groenlandia. Se han encontrado restos de material biótico en rocas de 4,1 mil millones de años en el oeste de Australia.
En los últimos años, ha habido un gran número de descubrimientos que sugieren que la aparición temprana de vida en la Tierra puede haber sido aún más temprana de lo que se pensaba. En 2017 se anunció el descubrimiento de microorganismos fosilizados en los precipitados de las fuentes hidrotermales pertenecientes al Cinturón de rocas verdes Nuvvuagittuq de Quebec, Canadá; que podrían ser tan antiguas como de 4,28 mil millones de años; el más antiguo registro de vida sobre la Tierra; sugiriendo una «aparición casi instantánea de la vida» luego de la aparición de agua durante el comienzo de la formación del océano hace 4,41 mil millones de años; y no mucho después de la formación de la Tierra hace 4,54 mil millones de años. De acuerdo al biólogo Stephen Blair Hedges, «Si la vida surgió relativamente rápido en la Tierra… entonces podría ser común en el universo.
Para descifrarlo, los biólogos tuvieron que preguntarse cuáles son los componentes imprescindibles que necesita una célula para mantenerse viva. Y es que, por lógica, los primeros seres vivos tenían que ser también los más simples. Y encontraron la respuesta: proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. Estos tres ingredientes, juntos, son suficiente para dar lugar a la vida. Evidentemente, no como la que conocemos ahora, con su increíble complejidad, pero sí a la que tuvo que funcionar como precursora de todas las demás.
A través de unos mecanismos que siguen sin entenderse del todo, en estos océanos primitivos, las distintas moléculas que se encontraban en él se “mezclaron” para dar lugar a moléculas estructuralmente más complejas y de naturaleza orgánica. Estas eran los precursores de las proteínas, de los lípidos y de los ácidos nucleicos.
En este sentido, se cree que la vida empezó en las fuentes hidrotermales submarinas, de las que emanaban compuestos sulfurosos y que hicieron posible las primeras reacciones químicas relativamente complejas entre moléculas. Estas proteínas, lípidos y ácidos nucleicos reaccionaron entre ellas para, por simple casualidad, juntarse en unas estructuras que podrían haber sido simplemente una molécula química más, pero resultaron adoptar una naturaleza biológica.
Las proteínas y los lípidos desarrollaron una estructura que “almacenaba” a los ácidos nucleicos. Esta primera estructura primitiva fue desarrollándose hasta que estas tres moléculas se volvieron “dependientes” las unas de las otras. Se había establecido, pues, la primera relación simbiótica de la historia, aunque todavía estábamos en la frontera entre la química y la biología.
Sea como sea, y sin intentar encontrar un punto exacto en el tiempo en el que apareciera una primera forma de vida, se formó una estructura orgánica (decimos orgánica porque las moléculas tenían un esqueleto de carbono, que es el pilar de la vida) en la que estos ácidos nucleicos desarrollarían la increíble capacidad de replicarse, generando copias de sí mismos. En este momento, teníamos ya lo que conocemos como material genético.
Estas primeras formas de vida tenían unos ácidos nucleicos conocidos como ARN, el cual es el precursor de nuestro ADN. Este ARN, pese a ser primitivo, permitió la expresión de genes que dieron lugar a la síntesis de proteínas y otras moléculas. En el momento en el que unas estructuras orgánicas eran capaces de replicar un material genético y de relacionarse (entre comillas) con el medio exterior, se había formado la vida en la Tierra.
Cadena de ARN.
Pero, ¿sabes lo más asombroso de todo? Que estas primeras formas de vida siguen entre nosotros. Son las arqueas. Unos seres vivos similares a las bacterias, pero más simples en cuanto a fisiología y estructura. Y debe ser así, pues son los precursores de la vida.
Y es precisamente en esta sencillez donde radica el hecho de que puedan adaptarse a cualquier ambiente, por extremo que sea. Pudieron vivir en un momento en el que no había oxígeno, prácticamente no había materia orgánica de la que “alimentarse” y las condiciones eran totalmente inhóspitas.
Sea como sea, estos organismos unicelulares (formados por una sola célula) fueron los primeros habitantes de la Tierra, hace ahora 3.800 millones de años. Fueron evolucionando dando lugar primero a las bacterias, que seguían siendo organismos unicelulares, pero que desarrollaron un nivel de complejidad mucho mayor.
Estas primeras formas de vida oxigenaron la atmósfera e hicieron posible la aparición de organismos capaces de respirar el oxígeno, como nosotros y la mayoría de seres vivos de la actualidad.
Hace 1.800 millones de años, estas células, conocidas como procariotas, consiguieron un éxito evolutivo increíble, que consistió en almacenar el material genético dentro de un núcleo, sin que tuviera que estar “flotando” por el citoplasma. Esto permitió que la complejidad siguiera aumentando exponencialmente, hasta dar lugar a la increíble diversidad actual.
Pero lo que es importante tener en cuenta es que la vida viene de unos organismos unicelulares similares a las bacterias y que reciben el nombre de arqueas, las cuales fueron capaces de replicar su material genético y de consumir energía para generar materia, pero también de consumir materia para generar energía. A partir de estas formas de vida primitivas venimos nosotros y todos los otros seres vivos con los que compartimos hogar.
