Capítulo XIX: El Supereón Precámbrico (primera parte)

Capítulo XIX: El Supereón Precámbrico 
(primera parte)

 Es momento de terminar, querido lector, con las largas divagaciones que hasta ahora hemos estado desarrollando en este blog. Al fin encauzamos directamente nuestra historia hacia su destino: el presente, y lo hacemos a partir de allí donde nos habíamos quedado en anteriores capítulos a bordo de nuestra Máquina del Tiempo Imaginaria (MTI): el origen de nuestro planeta hace algo más de 4.000 millones de años y el desarrollo de vida en su superficie unos pocos cientos de millones de años después.

 Partiendo de aquí, rastrearemos cual hábiles sabuesos el camino que nos ha conducido hasta donde estamos ahora, con todos sus azarosos recovecos y pasmosos accidentes. Lo cierto es que no es un camino corto ni siempre tan claro como querríamos, pero puedo garantizarle al lector una aventura difícil de igualar hasta en las sagas literarias más fantásticas.

 Lo primero de todo es organizar la línea de tiempo en la que vamos a movernos a bordo de nuestra MTI. La historia de la Tierra está dividida en “eones”, “eras” y “periodos”, de mayor a menor respectivamente. Como vemos, el eón es el lapso de tiempo más extenso, y de hecho solo hay cuatro: el Hádico, el Arcaico, el Proterozoico y el Fanerozoico (el contemporáneo). Normalmente los tres primeros suelen agruparse en el “supereón” Precámbrico, que es el cual exploraremos en los siguientes dos capítulos, y que abarca la friolera de unos 4.000 millones de años más o menos, prácticamente la totalidad de la historia de nuestro planeta. Para lograr una mayor claridad, dejo al lector este croquis wikipédico en el cual se muestran los tres eones que juntos componen el supereón Precámbrico.

Supereón	Eón Eonotema	Era Eratema	Periodo Sistema		Inicio, en millones de años
Precám- brico6	Protero- zoico	Neo- proterozoico	Ediacárico		~635
			Criogénico		8507
			Tónico		10007
		Meso- proterozoico	Esténico.		12007
			Ectásico		14007
			Calímico		16007
		Paleo- proterozoico	Estatérico		18007
			Orosírico		20507
			Riácico		23007
			Sidérico		25007
	Arcaico	Neoarcaico			28007
		Mesoarcaico			32007
		Paleoarcaico			36007
		Eoarcaico			4000
	Hádico 8 9				~4600

 Como pueden observar los millones de años están contados desde la actualidad hacia atrás, apuntándose al origen de nuestro planeta hará unos 4.600 millones de años, cifra que puede cambiar según el geólogo al que uno pregunte. Según nos acercamos al presente, los datos se vuelven más seguros. 

 Hasta llegar al periodo Criogénico (el nombre no fue escogido al azar, como ya veremos), los diferentes periodos son datados cronométricamente, es decir, como los geólogos buenamente han podido, normalmente analizando la antigüedad de las rocas que encuentran mediante el estudio de ciertos isótopos radioactivos (1). Existe por lo tanto cierto margen para la controversia en las dataciones cronométricas y en la nomenclatura de los periodos que de ellas se han deducido.

 Del Criogénico en adelante nos ponemos en las más seguras manos de la Comisión Internacional de Estratigrafía, encargada como su nombre indica de dividir, clasificar y datar precisa y escrupulosamente los distintos estratos geológicos en los que ha ido quedando registrada la historia de nuestro planeta, como si se tratase de un archivo ancestral que los geólogos han aprendido a leer del mismo modo que si fueran las páginas de un libro. 

Diferentes tipos de sedimentos (según las distintas condiciones reinantes en cada momento) se han ido acumulando en diversas capas sobre la superficie de la Tierra, formando aquello que los geólogos denominan estratos. Identificándolos, puede dividirse la historia de la Tierra en distintas páginas que la geología moderna se ha vuelto experta en leer. 

 Dicho de otro modo, con anterioridad al periodo Criogénico, la escasez de datos, y principalmente la imposibilidad de localizar estratos geológicos, hacen que nos movamos en un terreno más inseguro, pero no por ello estamos en blanco acerca de lo que ocurrió, ni muchísimo menos. Tras esta breve introducción empecemos ya nuestro recorrido por la historia de la Tierra.

 Eón Hadeico (hace 4.600 - 4.000 millones de años) 

 En él la Luna se formó con el material desgajado de la Tierra tras el brutal impacto de otro cuerpo. Poco después la corteza de nuestro planeta culminó su proceso de solidificación mientras el agua proveniente de su interior así como de impactos cometarios iba generando los primeros océanos. Se le dió su nombre a este eón por el Hades, el infierno de los griegos. Y es que en verdad las condiciones del planeta en estos tiempos fueron completamente infernales, sin posibilidades de vida.

Recreación artística del Eón Hadeico. En efecto la Luna orbitaba mucho más cerca y el vulcanismo masivo y las tormentas de meteoritos estaban al orden del día. No obstante una atmósfera polvorienta y cargada de vapor probablemente nos habría ocultado las vistas del espectáculo.

 Eón Arcaico (hace 4.000 - 2.800 millones de años).

 Este eón empezó de un modo poco prometedor, con el Bombardeo Intenso Tardío, tormenta meteórica que arrasó la superficie del planeta y volatilizó los océanos. Sin embargo, después de esto asistimos a una estabilización del planeta y también del Sistema Solar. Las condiciones se vuelven entonces compatibles con la aparición de la vida, la cual  en efecto aparece (no sabemos como) en algún momento indeterminado entre hace 4.000 y 3.600 millones de años. Hacemos aquí un alto en el camino y descendemos sobre la superficie de la Tierra. El ambiente que encontramos es muy distinto al que hoy en día disfrutamos: apenas hay unas pocas trazas de oxígeno en la atmósfera, y sí muy elevadas concentraciones de dióxido de carbonos, nitrógeno, vapor de agua y en menor medida de otros compuestos como metano, amoniaco, ácido sulfhídrico, etc. Sin oxígeno tampoco podía contarse con la formación de ninguna capa de ozono que bloquease los rayos ultravioleta del Sol (2), con lo cual las tierras emergidas son un yermo inhabitable, apenas iluminadas por un Sol que brilla débilmente en el cielo (en aquel momento contaba con un 10% de su luminosidad actual). Solo el efecto invernadero masivo provocado por el dióxido de carbono, el vapor de agua y el metano salvan al planeta de la congelación. Por suerte para la vida, las cosas son más fáciles en los océanos, en donde el agua actúa como un escudo contra los rayos ultravioleta del Sol y abundan los recursos, dándose además unas oscilaciones climáticas bastante más atenuadas que en tierra firme. 

 Fue hace 3.600 millones de años, en a así llamada era Paleoarcaica, cuando se han encontrado y datado evidencias de los primeros seres vivos (en forma de micro-fósiles: diminutos moldes en roca, rastros químicos, etc). Deducimos que la vida había debido de surgir antes porque estos organismos muestran ya una cierta complejidad, pero... ¿de que organismos hablamos? 

 Recientemente los científicos han decidido que la vida se halla divida en tres grandes dominios: Bacteria, Archaea y Eukarya (este último, el nuestro). En el siguiente árbol filogenético los mostramos:

 Los tres dominios de la vida. En azul descubrimos el diverso y densamente poblado dominio de las bacterias (Bacteria). En verde, el dominio de las arqueas (Archaea), el cual en realidad aún se ha investigado muy poco, y finalmente en rojo el de los eucariotas (Eukarya), el nuestro, con plantas, hongos, animales, protozoos y otros seres afines. Pese a que este árbol relaciona directamente a arqueas y eucariotas, dejando aparte a bacterias, no está claro del todo que esto sea así, y en general se cree que bacterias y arqueas aparecieron ambas en el amanecer de los tiempos para luego relacionarse las últimas con Eukarya.  

 En el Paleoarcaico se presentan en escena los dos primeros dominios, Bacteria y Archaea, que pasaremos a examinar a continuación. 

 Los miembros de Bacteria nos son conocidos a todos. Por un lado tenemos siempre presentes a las bacterias malvadas que nos hacen enfermar (o que nos provocan terribles caries y un desembolso aún más terrible ante el dentista). Aunque también están aquellas con las que estamos aliados y que viven en simbiosis con nosotros, ayudándonos a procesar alimentos en nuestros intestinos por ejemplo. Algunas otras colaboran con nosotros incluso sin vivir en nuestros cuerpos, por ejemplo permitiéndonos producir alimentos como el yogur o el queso. Más importante aún es el hecho de que en todos los ecosistemas planetarios las bacterias cumplen un papel esencial como recicladoras, reincorporando elementos químicos al sistema una vez han sido usados por otros seres vivos, como por ejemplo el nitrógeno. El nitrógeno es el gas más abundante en la atmósfera y también un componente básico de nuestro organismo, sin embargo solo un cierto tipo de bacterias son capaces de "fijarlo", es decir, de permitir a ciertas plantas absorberlo de la tierra y del agua e introducirlo de vuelta en la cadena alimenticia.

 No solo no podríamos vivir sin la ayuda de las bacterias, si no que además hemos de admitir que es la forma de vida que más éxito ha tenido en la Tierra. Por muy importantes que nos creamos, en realidad siempre hemos vivido en la "Era de las Bacterias", y estas con toda seguridad serán las últimas en persistir en este planeta cuando se acerque el final. Su dureza, adaptabilidad y la rapidez con la que se reproducen las han convertido en los seres vivos más abundantes de nuestro planeta, y las encontramos prácticamente en todos los lugares: en el fondo de los océanos, en las profundidades más remotas de la corteza terrestre, en terrenos volcánicos, en zonas con altos niveles de radiactividad, en ríos venenosos, incluso en el espacio exterior pegadas a nuestras naves espaciales. 

 Además, las bacterias son como los elfos: virtualmente inmortales. Su material genético no se deteriora cuando se dividen. Nuestros cromosomas tienen forma de X y en su complicado proceso de duplicación sus extremos (los telómeros, véase nota 3) pueden sufrir daños y perder elementos, con lo cual se van acortando, haciéndonos envejecer. Sin embargo los cromosomas bacterianos son circulares, disponiendo de un proceso que es capaz de duplicarlos perfectamente sin perder nada por el camino. Así pues las bacterias no envejecen. Naturalmente han tenido que pagar un precio por ello. Cuando tenemos descendencia, nosotros recombinamos los cromosomas de ambos sexos, creando un contenido genético inédito que favorece la variedad y potencia enormemente la evolución. Podría decirse que nuestra mortalidad es el precio que hemos pagado para poder haber llegado a ser lo que somos. En cambio las bacterias producen clones, lo cual ha llevado a que no hayan experimentado grandes cambios desde su aparición. Pero entonces... ¿como es que a pesar de todo resultan tan adaptables a tan diversos ambientes? Ya adelantamos la respuesta en el capítulo anterior: aunque hagan copias exactas de si mismas, son capaces de intercambiarse entre sí los llamados plásmidos, fragmentos de su código genético que pueden contener información útil. De este modo basta con que una bacteria "descubra" algo (mediante una mutación por ejemplo) para que al cabo de cierto tiempo sus compañeras también "estén al tanto" de ello. Algunos expertos han definido esto como una suerte de sexualidad alternativa en el mundo bacteriano. Tanto es así que a los biólogos les resulta cada vez más difícil dividir a las bacterias en especies, puesto que dicho concepto está de raíz unido a la reproducción sexual. Atendamos por ejemplo a la definición de especie que nos da Wikipedia: "Una especie se define a menudo como un grupo de organismos capaces de entrecruzarse y de producir descendencia fértil". Pero las bacterias viven y evolucionan al margen de esto, pudiendo compartir genes a veces incluso con otras especies bacterianas, lo cual difumina dicho concepto. Por ello, para algunos investigadores resulta más útil hablar simplemente de poblaciones bacterianas que comparten unos mismos rasgos. 

 Estructura de una bacteria. Nótese que al igual que las arqueas, carecen de núcleo con membrana propia así como de orgánulos especialmente complejos en su interior. Bacterias y arqueas forman el antiguo grupo de los procariotas, en el que antes se agrupaban debido a estas características comunes, frente a los eucariotas, las modernas células con núcleo definido y orgánulos avanzados. No obstante esta clasificación ha quedado obsoleta por motivos que ya veremos en este y en otros capítulos. 

 Bueno, magnífico todo esto, pero... ¿de qué vivían las primeras bacterias? Pues un poco de todo. Algunas decidieron aprovechar la fuente energética más barata, abundante y eficiente: el Sol. Las bacterias verdes del azufre empezaron con ello. Las llamamos así porque uno, son verdes, y dos, usan sulfuro de hidrógeno para producir energía en combinación con la luz, la denominada fotosíntesis anoxigénica (que al contrario de aquella que estamos acostumbrados a encontrar en las plantas modernas, no genera oxígeno como residuo). Sin embargo estos organismos dependen de una fuente de sulfuro de hidrógeno de la cual proveerse, compuesto que por ejemplo puede encontrarse en las fumarolas volcánicas del fondo de los océanos, en donde muchas veces no llega la luz del Sol. Por suerte para ellas a estas bacterias les basta para funcionar la débil luz de la propia actividad volcánica. Otras habitan en ciertos lagos termales, tiñéndolos de verde. 

Aquí contemplamos un lago termal repleto de bacterias verdes del azufre, en Yellowstone.

 Definimos a estos seres como fotolitoautótrofos, pues generan su propia energía y alimento (autótrofos) a partir de luz (foto) y compuestos químicos de la corteza terrestre (lito). 

 No obstante la fotosíntesis no fue el único medio de subsistencia de las primeras bacterias, también dispusieron de la quimiosíntesis, un mecanismo que permite usar ciertas reacciones químicas de oxidación de cara a aprovechar su energía. Este tipo de seres quimioautótrofos siguen existiendo hoy en día viviendo al margen de que el Sol brille o no y en ocasiones literalmente respirando rocas (4). En la actualidad se conocen bacterias que sobreviven oxidando azufre, hierro, nitrógeno e incluso hidrógeno. Este tipo de organismos pueden servir de base y sostener a auténticas cadenas alimenticias allá donde no llega el Sol, como en el fondo de los océanos o en las profundidades de la corteza terrestre. Les sorprendería saber la cantidad de bacterias que viven y prosperan muchos metros bajo nuestros pies.

 Mucho, muchísimo más se podría decir sobre las bacterias, y algo más diremos en el futuro, pero es momento ahora de cederle el turno al siguiente dominio que apareció en el amanecer de la vida.

  Archaea engloba a aquellos microorganismos unicelulares conocidos como arqueas o arqueobacterias. A pesar de tener un parecido superficial con las bacterias (con las cuales se las confundió en un principio, de ahí su segundo nombre) en realidad son bastante distintas, estando a nivel genético de hecho más relacionadas con nosotros (Eukarya), que con aquellas. Lo cierto es que Archea es el más enigmático de los tres dominios de la vida, y el más recientemente descubierto.  

 Hay un gran misterio acerca de la aparición de este dominio. Por un lado la corriente mayoritaria (5) opina que tanto Bacteria como Archaea provienen ambas de un antepasado ancestral que desembocó en esas dos ramas, que a partir de entonces evolucionaron por separado. No obstante, las semejanzas encontradas entre Archaea y Eukarya siembran dudas al respecto, puesto que la segunda no apareció hasta mucho después. Esto ha llevado a algunos a sugerir que ambas evolucionaron a partir de Bacteria, teoría que por ejemplo se muestra en el árbol filogenético que mostré unas muchas líneas más arriba. Sin embargo se tienen evidencias de la aparición de las primeras arqueas a la par que las bacterias, tal vez incluso antes, con lo cual su semejanza con nosotros, es decir con Eukarya, pudo en realidad deberse a un cruce posterior, algo que ya analizaremos en su momento. 

Colonia de arqueobacterias. 

 Resumiendo, las arqueas son formas de vida muy antiguas, al menos tanto o puede que incluso más que las bacterias, y tienen una serie de rasgos únicos... ¿cuales? Hagamos muy rápidamente una resumida ficha técnica de los miembros del dominio Archaea. 

 Las arqueas, al igual que las bacterias, tienen cromosomas circulares, no envejecen y hacen copias exactas de si mismas. También intercambian información libremente entre ellas, con lo cual de nuevo se tiene un problema a la hora de agruparlas en especies. A partir de aquí, la composición de su membrana celular, el mecanismo que hace funcionar sus flagelos (esos "látigos" que algunos seres unicelulares usan para moverse) así como su composición genética, tienen características únicas, no compartidas por ninguno de los otros dos dominios. Pero el gran as bajo la manga de las arqueas son ciertas rutas metabólicas que también solo ellas han desarrollado y que les proporcionan la capacidad de obtener energía de un abanico de fuentes amplísimo. A parte de los azúcares y otros alimentos comunes con nosotros, pueden aprovechar el metano, el amoniaco, los iones de ciertos metales, el hidrógeno, el carbono o el azufre para sostener su metabolismo vital, y además algunas de ellas son capaces de hacer un tipo específico de fotosíntesis que no requiere de clorofila (sin embargo esta fotosíntesis especial no les proporciona energía directamente, solo tan solo la usan para procesar carbono y luego extraer energía directamente de él, siendo este otro de los secretos que han guardado celosamente hasta ahora). Algunos de estos procesos generan deshechos únicos, que son precisamente los que han sido rastreados hasta hace 3.600 millones de años y que certifican la gran antigüedad de este dominio de la vida. 

 Muchas arqueas se sienten cómodas viviendo a 100º C de temperatura o se desenvuelven sin problemas en ambientes totalmente saturados de sal. No se conoce de ninguna arquea que sea responsable de algún tipo de infección o patología, con mucho algunas pocas parasitan a otros organismos, aunque en general suelen optar por la simbiosis en sus relaciones con otras formas de vida.  

 Hace 3.500 millones de años, aún en la era Paleoarcaica,  por fin hallamos los primeros macro-fósiles, es decir, pruebas directas del florecimiento de la vida en los océanos primitivos. Son los llamados estromatolitos, construidos laboriosamente por un tipo especial de bacterias, las cianobacterias.

Formaciones de estromatolitos en la región de Pilbara, Australia.

  Dichas cianobacterias fueron unas auténticas pioneras, pues desarrollaron la fotosíntesis oxigénica, es decir, aquella usada hoy en día por las plantas y que consume dióxido de carbono y genera oxígeno como residuo. Así que poco a poco la atmósfera fue llenándose de este último gas, aunque por aquella época aún de un modo imperceptible. Además, al morir las cianobacterias acumulan en forma de carbonatos parte del dióxido de carbono que han absorbido de la atmósfera, formando en el proceso las curiosas estructuras de los estromatolitos que hemos visto en la imagen. 

 Y aquí dejamos de momento la historia. La vida se ha establecido firmemente en el planeta contando con dos dominios distintos de organismos que luchan por la supervivencia, amparados por la protección de los océanos en los que habitan y subsistiendo gracias a reacc¡ones químicas y el aprovechamiento de los rayos de luz mediante distintos tipos de fotosíntesis. Las tierras emergidas son un yermo inhabitable barrido por la radiación solar, que no es filtrada por ninguna capa de ozono, con una atmósfera carente todavía de cantidades significativas de oxígeno. Pintado este tablero de juego, veremos como continua en el siguiente capítulo. 

Bibliografía & Webgrafía




==> "Un silencio inquietante", de Paul Davies, editorial Crítica. En su capítulo dedicado al nacimiento y evolución de la vida en la Tierra trabaja con amplia información acerca de las actuales teorías sobre su origen y clasificación.


==> 13 cosas que no tienen sentido, Michael Brooks, editorial Ariel. En su capítulo dedicado al misterio del envejecimiento y la muerte su autor documenta ampliamente la inmortalidad bacteriana en contraposición a la degeneración gradual de nuestros cromosomas, tratando de extraer algunas conclusiones que ya tendremos ocasión de comentar en capítulos posteriores.

==> Historia de la Tierra, por Laura Castaño, revista Muy Especial nº 69. Para quién no pasó por una época de coleccionista de estas revistas, no creo que le sea difícil encontrar material sobre estos temas en cualquier enciclopedia o libro de divulgación. Para quién no disponga de tanta paciencia le diré que la Wikipedia es bastante fiable en este tema, al menos los artículos que cuentan con la suficiente referencia a sus fuentes, que son la mayoría (que no negaré que he leído preparando este capítulo).

==> Página principal de la Comisión Internacional de Estratigrafía, lo que estos tíos dicen sobre este tema va a misa, además, tienen una web muy completa: http://www.stratigraphy.org/

==> Para saber más acerca de las pecularidades de las arqueas: http://biologia.laguia2000.com/citologia/las-membranas-de-las-arqueobacterias

==> La revista científica Nature nos habla de los estromatolitos como prueba irrefutable de las primeras formas de vida fotosintéticas en el eón Arcaico: http://www.nature.com/nature/journal/v441/n7094/abs/nature04764.html


Notas:

1.- Los isótopos son una determinada variedad de un elemento químico que se distingue por el número de neutrones que contiene en su estructura atómica. Algunos son inestables y tienden a desintegrarse con el tiempo (radiactividad). Conociendo el periodo de desintegración de un cierto isótopo y los elementos en los que decae (que genera al desintegrarse), puede datarse la antigüedad de una roca con un cierto grado de precisión. 

2.- El ozono es una molécula formada por tres átomos de oxígeno y se produce en altas capas de la atmósfera mediante ciertas reacciones químicas que tienen lugar cuando la radiación solar incide contra el oxígeno molecular (el que respiramos, formado por dos átomos).  

3.- Para tener una imagen más clara de los telómeros de nuestros cromosomas, destinados a deteriorarse tras un cierto número de divisiones, dejo esta imagen en la que aparecen señalados en rojo. Los cromosomas bacterianos, circulares, no sufren este handicap. 

4.- La llamada respiración celular es el conjunto de reacciones químicas que transcurre en el interior de una célula y de las cuales obtienen la energía que les permite funcionar. Usualmente la célula toma los elementos que necesita del exterior a través de su membrana (por ejemplo oxígeno y ciertos compuestos orgánicos en nuestro caso) y procede a oxidarlos en su interior, como decimos aprovechando la energía generada en el proceso (de una manera que excede mis conocimientos). Sin embargo se ha descubierto que ciertas bacterias tienden una suerte de puentes químicos directamente a los minerales que van a oxidar, con lo cual podemos decir que respiran directamente las rocas (la oxidación es una reacción en la cual un elemento cede electrones a otro, recibe este nombre porque el oxígeno es el que mejor actúa como oxidante, aunque no el único que puede hacerlo).

Para una información mucho más completa sobre ello, sígase este muy interesante link:

http://www.madrimasd.org/blogs/microbiologia/2008/01/21/82812 

 5.- En este capítulo expongo la teoría de "los tres dominios" por ser la más aceptada en el seno de la comunidad científica. Sin embargo algunos aún siguen creyendo en la teoría de "los dos imperios", que distingue solo entre procariotas (bacterias y arqueas) y eucariotas, por carecer las primeras de núcleo y orgánulos complejos a diferencia de las segundas.