La primera vida
1. Así surgieron los animales
¿Cómo era la Tierra cuando brotó la vida? ¿Y qué apariencia tenían los primeros organismos? Este verano se ha vuelto a avivar el debate con nuevos descubrimientos en Australia. Emprendemos un viaje fascinante, miles de millones de años hacia atrás, a un planeta inhóspito, sin oxígeno, donde reinaban las bacterias.
Dave Deamer tiene una obsesión: averiguar cómo surgió la vida en la Tierra. Cada mañana, mientras conduce hasta su laboratorio en la Universidad de California en Santa Cruz, tiene la oportunidad de contemplar las aguas del Pacífico que lamen la bahía de Monterrey. Aquí, a menos de dos kilómetros de la costa, la plataforma continental se hunde formando un cañón submarino de más de 3.000 metros de profundidad, y desde allí, las aguas frías traen nutrientes y vida a la superficie. El océano que contempla Deamer cada día está lleno de aves y mamíferos marinos, y él suele preguntarse qué ocurrió antes, cuando en el planeta no había casi nada. "Si viajáramos en el tiempo unos 4.000 millones de años, a la Tierra prebiótica, y mirásemos el mar desde una costa rocosa, podríamos ver en la distancia algunas masas de tierra emergiendo de las aguas, algunas de las cuales son volcanes activos.
Llevamos un traje espacial protector con aire acondicionado y suministro de oxígeno. Chequeamos nuestro termómetro. Afuera hace mucho calor, 70 grados centígrados. Las rocas bajo nuestros pies están hechas de lava oscura y la ceniza volcánica rellena las grietas. Cerca hierven los géiseres. El agua del mar tiene un tinte verdoso por culpa de todo el hierro disuelto, y está algo salada. Podemos ver los depósitos blanquecinos de sal encima de esas rocas de lava, que nos dicen dónde se han evaporado los charcos. Llueve pesadamente, y a pocos metros de la costa se forman estanques, alimentados por riachuelos que bajan por la pendiente y que luego se secan. Nos quitamos la máscara para oler este aire, pero tenemos que colocárnosla de inmediato, pues resulta una mezcla venenosa de dióxido de carbono y nitrógeno, dióxido de azufre y ácido sulfídrico desprendido por los volcanes".
Deamer adelanta esta descripción en exclusiva a El País Semanal del libro que prepara sobre el origen de la vida, que verá la luz a finales de 2009. "De repente, el paisaje resplandece durante varios segundos, más brillante que la luz del Sol, y vemos una estela cegadora que cruza el cielo y desciende al mar por encima del horizonte, y un flas de luz aún más cegador. Un minuto más tarde, oímos un rugido que rasga el cielo, seguido de una onda de presión que casi nos hace doblar las rodillas. Un pequeño asteroide de unos cien metros de tamaño ha penetrado en la atmósfera a unos veinte kilómetros por segundo y ha chocado contra el océano a algunas millas de distancia de donde nos encontramos. Vemos una línea oscura en el horizonte moviéndose hacia nosotros. El maremoto nos va a alcanzar, y decidimos pulsar el botón para movernos 4.000 millones de años en el futuro".
Acontecimientos así eran lo común en un mundo venenoso y violento. Y, sin embargo, quizá 200 millones de años después del viaje imaginario de Deamer, apareció aquí la vida, posiblemente en esos charcos de agua que se secan por el calor y que se encharcan con cada marea.
I. Los pasos iniciales
Este viaje al pasado está escondido en realidad en el interior de nuestras células, en unas fábricas minúsculas llamadas ribosomas, donde ocurre el milagro de la creación de las proteínas. Deamer es químico, en concreto, ingeniero biomolecular, y sabe que en la Tierra no existen seres vivos capaces de vivir sin proteínas. Las instrucciones para su fabricación están escritas en el ADN. Sin embargo, para que los genes se traduzcan a proteínas, las células escupen de sus núcleos un papel carbón, una copia hecha de ARN, o ácido ribonucleico, con el mensaje. La ciencia ha descubierto que en los ribosomas existe un tipo de ARN llamado ribozima que no se limita a ser un simple recadero, sino que además provoca reacciones químicas. Eso ha hecho de los ribozimas los candidatos perfectos para ser considerados los primeros tenores de la vida. "Para mí, es la evidencia más convincente de que la vida estuvo basada primero en el ARN, para después dejar paso a las formas de vida con ADN y proteínas", asegura Deamer.
En cierto sentido, la vida es conservadora, como algunos novelistas que golpean sus máquinas Corona, y que trabajan con una copia en papel carbón de su obra. En esos furiosos mares golpeados por asteroides y erupciones volcánicas, Deamer piensa que las moléculas de ARN encontraron una forma de ensamblarse, de protegerse con una membrana y de catalizar reacciones químicas. Es el mundo primitivo del ARN, el primer paso, muy difícil de imaginar para el ciudadano corriente, que no está acostumbrado a pensar en moléculas con vida propia. Hoy en día no tenemos nada parecido a aquellos supuestos organismos libres capaces de subsistir sólo a base de ARN. ¿Qué podemos saber sobre ellos? "Lo único que podemos hacer son simulaciones en nuestros laboratorios, para ver cómo las moléculas orgánicas se sintetizan, y se ensamblan entre ellas para formar estructuras llamadas protocélulas", asegura Deamer. "No están vivas, pero claramente son un paso evolutivo en el camino hacia la vida".
Crear vida... en el laboratorio. Deamer no representa el estereotipo de científico detrás del Moderno Prometeo descrito por Mary Shelley en Frankenstein, y, de hecho, investigadores como él aborrecerían cualquier comparación que les coloque ante el público como seres humanos que "juegan a ser Dios".
II. Mundo de microbios
Hay controversia sobre las pistas dejadas por las primeras bacterias que surgieron sobre la Tierra. Estas pistas están en forma de carbono ligero impreso en las rocas; el isótopo 12 de este elemento, que es el preferido por la vida para construir las estructuras, en contraposición al carbono 13, más pesado.
La última noticia procede de Australia. Las colinas de Jack Hills forman un polvoriento paisaje rojizo de rocas metamorfoseadas extraordinariamente antiguas, de hace al menos 3.000 millones de años, en los límites de las enormes granjas australianas de ovejas. Si usted quiere tocar el material más antiguo que pueda encontrarse hoy sobre la Tierra-expul¬sado por los volcanes primitivos y enfriado hasta convertirse en roca-, tiene que viajar hasta allí. Necesitará un microscopio, mucha paciencia, y examinar centenares de kilos de rocas para tener suerte y encontrar apenas una veintena de diminutos cristales que no son mayores que el punto que finaliza esta frase. Se trata de circornio, un mineral que surge cuando el magma se enfría. Algunos de estos fragmentos son increíblemente antiguos, de unos 4.400 millones de años, tan sólo cien millones después del nacimiento de la propia Tierra, y funcionan como cápsulas del tiempo. El investigador Alexander Nemchin, de la Universidad Curtin de Tecnología (Australia), ha encontrado diamantes dentro de estos fragmentos. Son las joyas más viejas, pues tienen 4.200 millones de años. Y están hechas de carbono 12. Las conclusiones de Nemchin fueron aireadas por la revista Nature como una de las claves más tempranas sobre la vida, sugiriendo retrasar en el tiempo su aparición. ¿Quiere decir que la vida surgió poco después de formarse la Tierra? "Es posible, pero debemos ser prudentes", responde Nemchin por correo electrónico.
El geólogo Minik T. Rosing, de la Universidad de Copenhague, lleva décadas viajando a uno de los lugares más bellos e inhóspitos del planeta, en Isua, en el extremo suroccidental de Groenlandia, a unos 150 kilómetros de la costa. Allí no hay mapas y el acceso es con helicóptero. Durante el verano, las rocas que han embrujado a Rosing forman parte de un paisaje gris, negro y verdoso, casi lunar, entre los lagos de deshielo. "Es un lugar fantástico para trabajar", asegura Rosing en conversación telefónica. "Es tranquilo, no hay gente alrededor que te moleste", aunque a veces uno tenga que refugiarse en la tienda de tormentas de nieve que duran 10 días. En algunos lugares, estas rocas tan peculiares se han mantenido prácticamente con escasas alteraciones desde que surgieron desde el fondo de un océano primitivo, vomitadas por un vulcanismo submarino similar al que se observa en la vecina Islandia. "Y de golpe, puedes echar una mirada atrás en el tiempo, de hace casi 4.000 millones de años", describe fascinado este experto. "Estas rocas han experimentado una cuarta parte de la edad conocida del universo".
En los interludios que dejaban los volcanes, los sedimentos de arcilla que forman parte de rocas como las de Isua se depositaron muy lentamente en el suelo oceánico, quizá un centímetro cada 10.000 años, y esta lentitud arrastró los cadáveres de muchos seres vivos. El carbono que contenían sus cuerpos es lo que tizna la roca, de 3.800 millones de años. "Pertenecía a las bacterias que vivían en el agua y que, cuando murieron, cayeron al fondo oceánico", dice Rosing. "Mi sentimiento visceral es que la vida empezó en la Tierra tan pronto como se formaron los océanos".
El físico británico Paul Davies, director del Centro Beyond para Conceptos Fundamentales en Ciencia de la Universidad Estatal de Arizona (EE UU), describe cómo sería el mundo cuando surgieron las rocas de Isua: "No había oxígeno en la atmósfera, y sí un bombardeo constante de meteoritos. La vida, de existir, estaba restringida a los microbios. Y no había ozono, por lo que el planeta estaba bañado por una mortífera radiación ultravioleta, así que no era un lugar agradable". Davies, un prolífico divulgador entre cuyos libros se cuenta uno sobre el origen de la vida no publicado aún en España, The Fith Miracle (El Quinto Milagro), cree que las pruebas más claras se encuentran en la desolada región de Pilbara, en Australia occidental, 40 kilómetros al oeste del pequeño pueblo de Marble Bar, que ostenta el récord de la ola de calor más larga. Entre 1923 y 1924, la temperatura no bajó de 38 grados y se mantuvo durante 170 días consecutivos.
En Pilbara se extrae oro... y fósiles únicos. Hay impresiones en las rocas que parecen formas segmentadas de bacterias que son bastante parecidas a las algas verde-azuladas o cianofíceas (se las denomina algas, pero en ¬realidad son bacterias fotosintéticas productoras de oxígeno). Hace 16 años, el microbiólogo William Schopf asombró al mundo al asegurar que estas manchas, realmente pequeñas -de un tamaño, en algunos casos, de entre sólo 10 y 20 millonésimas de metro-, fueron dejadas por cianobacterias que vivieron en el sedimento de un antiguo lago o un océano, retrasando el momento de la fotosíntesis hasta los 3.500 millones de años. Las conclusiones de Schopf han recibido duros ataques.
En Pilbara se han encontrado además estromatolitos fósiles. Se trata de capas de rocas con abultamientos que recuerdan a las carcasas de cartón que protegen los huevos en los supermercados. Australia es también el paraíso de los estromatolitos vivientes. En la laguna de Hamelín, en la bahía de Tiburón, las cianobacterias son capaces de segregar cal, formando columnas y piedras en forma de huevos aplastados que emergen de las aguas superficiales. Si los fósiles de Pilbara son realmente estromatolitos y tienen un origen biológico, estos huevos pétreos, que no serían otra cosa que los cadáveres calcificados de estos microorganismos, pudieron convulsionar el planeta de una forma más catastrófica incluso que los tremendos impactos de los meteoritos.
Esta catástrofe se llama oxígeno. La fecha: hace 2.000 millones de años. El planeta cogió aire, y entonces se hizo venenoso para la vida que había florecido en su ausencia. Hay quien ha comparado el fenómeno con la peor extinción imaginable, en la que los microorganismos murieron masivamente y unos pocos se adaptaron. Las minas de hierro que están repartidas por todo el mundo también son un recordatorio de lo corrosivo que resulta este gas. "El oxígeno liberado por estos microorganismos podría haber inducido la formación de rocas con bandas de hierro, que están confinadas al periodo más temprano de la historia de la Tierra", indica Nicolas Dauphas, geoquímico de la Universidad de Chicago.
Pero, además, hay una historia fascinante que liga el hierro a la vida. En Río Tinto, en Huelva, el microbiólogo Ricardo Amils y su equipo han encontrado estructuras parecidas a estromatolitos, sólo que en vez de estar hechos de carbonato de calcio, "son de óxido de hierro", indica este experto. El río está colonizado, entre otros seres, por microorganismos capaces de extraer la energía de la pirita que se encuentra en grandes cantidades en la faja pirítica ibérica, oxidando este hierro y proporcionando la característica coloración de sangre de esta asombrosa corriente de aguas tan ácidas. Quizá hace 3.500 millones de años hubiera también microorganismos capaces de subsistir en el subsuelo de esta manera, protegidas por la radiación, en un mundo oscuro y sin ozono y apenas oxígeno.
III. Llegan los animales
La instantánea que ofrece la Tierra durante la mayor parte de su historia es la de "un mundo infestado de bacterias y microbios", según Mark McMenamin, profesor de geología del Mount Holyoke College en Massachusetts. "El aspecto más interesante de las formas complejas de vida es que llevó mucho tiempo. Sabemos que, incluso antes de los 3.000 millones de años, ya había bacterias en nuestro planeta". La vida compleja no aparecería hasta transcurridos unos 2.000 millones de años. Por entonces, aparecen las primeras células con núcleo: es una diferencia sustancial, puesto que el núcleo es una caja fuerte que protege el ADN. Para McMenamin, el origen de estas células complejas podría haberse producido gracias a una asociación simbiótica entre bacterias en la que una engulle a la otra. Esta fusión de organismos podría haber servido en bandeja la habilidad para respirar oxígeno sin oxidarse.
En las colinas de Ediacara, al norte de Adelaida (Australia), las impresiones que los cuerpos blandos de los primeros animales dejaron en la arenisca o cuarcita hace unos 600 millones de años son de una notable belleza; hay formas que recuerdan a las medusas actuales, a plumas de mar o a los anillos de crecimiento de un árbol. Los primeros fósiles fueron descubiertos en 1946 por el geólogo australiano Reg Sprigg, ya fallecido. Sin embargo, la fauna de Ediacara está comenzando a aparecer en otros lugares del mundo, como es el caso de la formación Doushantuo, al sur de China.
¿Cómo fueron los primeros animales? McMenamin ostenta el honor de haber descubierto el fósil más antiguo que se conoce en México, cifrado en unos 700 millones de años. Éste es su retrato robot: "Creo que no eran microscópicos, sino criaturas grandes, quizá de hasta 10 centímetros, con una organización sencilla y gran movilidad; una vez que aparecieron, se diversificaron rápidamente". Este experto apunta a un tipo de gusanos marinos llamados tomopteridos, que hoy en día pueden verse en prácticamente todos los océanos del mundo. Los tomopteridos tienen extensiones de su cuerpo similares a patas y nadan con agilidad. Estos animales quizá sean un reflejo de los primeros que surgieron y, aunque McMenamin admite que resulta muy especulativo, a partir de estos gusanos primitivos se desarrollaron otras formas posteriores, como las esponjas y los tunicados.
El paleontólogo Andrew Knoll, de la Universidad de Harvard, apunta que los fósiles más antiguos que se conocen de animales consisten en realidad en huevos diminutos, embriones como los hallados en China, y quistes durmientes. "Se parecen a los huevos de los falsos caballitos de mar que los niños compran en el mercado y luego hacen germinar en un vaso de agua", explica. Estos quistes fósiles tiene una antigüedad de 630 millones de años y, aunque poco pueden decirnos sobre en qué se convirtieron, ofrecen una ventana para comprender el mundo en el que vivieron, según Knoll. "Nos están contando algo muy importante, y es que los primeros animales experimentaban ciclos de vida en los que había estados durmientes". Los primeros animales vivieron probablemente en aguas con muy poco oxígeno, sobre todo a partir de una cierta profundidad, y recurrieron a estos "ciclos de hibernación". A medida que las aguas empezaron a oxigenarse más y más -gracias a que la atmósfera también se enriquecía progresivamente-, es cuando "encontramos fósiles de animales más grandes que requerían de oxígeno para sostener su biología", dice Knoll. El cambio pudo ocurrir entre 560 y 555 millones de años, el momento en que surgen animales de simetría más complicada que las esponjas o los corales. "El oxígeno actuó como portero de la evolución".
El proceso de los primeros pasos de la vida sigue siendo un misterio. Sin embargo, existe un cambio creciente de opinión entre los expertos acerca de dónde comenzó. Nadie duda de que el agua líquida resultó esencial y que la vida se desarrolló en los océanos primitivos. Pero la génesis podría haber ocurrido en las propias rocas de la corteza superficial. Dice McMenamin: "Soy un ferviente creyente de que fue ahí donde comenzó todo".
2. Y así terminarán
No deja de ser paradójico, en una época donde científicos y políticos claman por disminuir las emisiones de dióxido de carbono, que el destino último de la especie humana, y el de toda la vida sobre la Tierra, esté irremediablemente ligado a procurar que sus concentraciones en la atmósfera no disminuyan hasta niveles mortales: éste es el panorama que dibuja el paleontólogo Peter Ward, de la Universidad de Washington. La fecha, unos 500 o 1.000 millones de años en el futuro. "Todo el mundo se preocupa por lo que ocurrirá con el Sol, pero tendremos un problema bastante gordo con la pérdida de dióxido de carbono. La gente está ahora preocupada con el calentamiento global, pero a largo plazo, habrá cada vez menos CO2, hasta el punto de que las plantas ya no podrán realizar la fotosíntesis; el efecto será terrible sobre los animales".
Ward es, junto con su colega y astrónomo Donald Brownlee, autor del libro Life and Death of the Earth (Vida y muerte del planeta Tierra, Time Books), en el que narra una historia poco conocida aunque certera. La Tierra es hoy un planeta que hierve de vida, pero esa misma vida es la que está absorbiendo enormes cantidades de dióxido de carbono para convertirlas en caliza. Y aunque hay un ciclo que devuelve carbono a la atmósfera, que corre a cargo de los océanos, lo cierto es que sólo lo hace en una pequeña parte; lo que queda en los continentes y en las rocas, prácticamente, nunca regresa. Los continentes están creciendo y la atmósfera está perdiendo CO2 con la óptica del largo plazo desde que la vida animal y las plantas se instalaron en el planeta.
Ward sugiere que echemos un vistazo a la costa sur española, a todo el arte basado en el trabajo de la piedra, a los magníficos edificios, pero con ojos de paleontólogo: los antiguos corales, con el tiempo, se han convertido en mármol. Y todas esas magníficas calizas significan que el carbono que una vez estuvo en la atmósfera ha quedado secuestrado en la roca para siempre. De hecho, durante los últimos 500 millones de años, las rocas y los continentes no han parado de crecer a costa del dióxido de carbono del aire. La vida tiene toda la culpa. Así que, en otro tanto, ya no quedará suficiente. Las plantas morirán, y será el principio del fin de todo. Incluso antes de que empiece el lento declinar de nuestro sol.
"Todo el mundo está preocupado por las cantidades de CO2 a corto plazo, pero a la larga, no van a bastar", dice Ward. La concentración actual de este gas es de 380 ppm (partículas por millón), a la que han contribuido las emisiones del hombre en los últimos cien años. Lo cierto es que en épocas pasadas había más CO2. Poco después de la desaparición de los dinosaurios estaba en cantidades cinco veces mayores. Si cogiéramos la máquina del tiempo de H. G. Wells y programásemos su reloj unos 500 millones de años o quizá unos 1.000 millones de años en el futuro, comprobaríamos que el gasto de CO2 por parte de la vida ha logrado que éste decaiga hasta 10 partículas por millón, un nivel por debajo del cual las plantas ya no podrán usar la luz para extraer energía. "Todas morirán", sentencia este experto.
Ward no está solo en sus predicciones. Geólogos planetarios de gran prestigio, como David Catling, de la Universidad de Washington en Seattle, o James Kasting, de la Universidad de Pensilvania, ya esbozan futuras extinciones en la Tierra ligadas al CO2. "Pasados unos 20 millones de años desde la muerte de las plantas, el oxígeno disminuirá en la atmósfera hasta un punto en que los animales ya no podrán sobrevivir", nos dice Ward.
Así que, paradójicamente, los seres humanos que existan por entonces tendrían que dedicarse a calentar calizas para hacer que el CO2 vital vuelva a la atmósfera. Los últimos representantes de la vida de nuestro planeta en aguantar serán las bacterias, precisamente las primeras en aparecer hace quizá 3.800 millones de años.
¿Y el Sol? Mucho se ha hablado de su destino, en términos de "cuando el Sol devore a la Tierra...". Nuestra estrella tiene una edad de 4.000 millones de años, y en todo ese tiempo, ha incrementado su aporte de energía en un 33%. ¿Qué ocurrirá en ese futuro lejano? "En unos mil millones de años va a ser entre un 10% y un 15% más caliente", dice Ward. Los cálculos de Kasting sugieren que los océanos se evaporarán por entonces. La astrónoma Lee Anne Willson, de la Universidad Estatal de Iowa, cree que la pérdida de agua se desencadenará mucho antes de que el Sol se transforme en una gigantesca bola roja, aunque tendrían que transcurrir aún otros mil millones de años. La ingente cantidad de vapor de agua desprendida arrancada a unos lánguidos océanos creará un super-efecto invernadero que acrecentará aún más las temperaturas, hasta el punto de que los mares hervirán. Quizá este calor libere CO2 a la atmósfera, pero las plantas serán historia. La Tierra se parecería más a lo que hoy es Venus. La vida lo tendría francamente difícil mucho antes del enrojecimiento del Sol.
Pero no desaparecería. Los microbios serán de nuevo dueños del planeta; en realidad, según un punto de vista ampliamente aceptado por los biólogos, las bacterias ya son las reinas actuales de la Tierra, en cuanto a número de especies y cantidad. Estos últimos embajadores de la vida terrestre vivirán en un mundo mucho más caliente y con enormes depósitos de sal de un agua que se esfumó.
Claro que Rees cree que para entonces ya no habrá seres humanos: incluso dentro de dos mil millones de años. "Es un tiempo demasiado largo. Si observas la evolución, una especie dura sólo unos cuantos millones de años. No habrá personas. Ninguna especie dura mil millones de años". Rees piensa que los seres humanos habrán evolucionado mucho antes del enrojecimiento del Sol, y eventualmente abandonado la Tierra para colonizar otros mundos, quizá bajo un nuevo aspecto.
"En 5.000 millones de años, el Sol estará produciendo el doble de energía que en la actualidad", nos dice por correo electrónico Lee Anne Willson. "Se hinchará de forma relativamente rápida, en sólo 10 millones de años, hasta transformarse en una gigantesca bola roja, aunque su temperatura superficial será sólo la mitad de la de ahora". Es una paradoja que un sol superficialmente más frío produzca más energía y calcine por ello la Tierra, pero las leyes estelares funcionan de esta manera. Así que llegará un momento en el que un sol hinchado y rojo rellene la distancia que ahora nos separa de él (150 millones de kilómetros). Se comerá con absoluta seguridad a Mercurio y a Venus. Y nos engullirá, separando cada átomo de la Tierra para enviarlo luego al espacio.
La Tierra se habrá esfumado físicamente, pero existe una posibilidad de que no sea así, según Willson. Si el Sol, antes de contraerse o mientras lo hace, pierde la masa suficiente, la órbita de la Tierra podría alejarse lo suficiente como para evitar el acto de canibalismo final "y sobrevivir como un resto calcinado" en el espacio.
