Lynn Margulis - Los inicios de la vida

Figura 1.6 Dos formas de representar la estructura química del ATP.

LA RECONSTRUCCIÓN DEL MUNDO ANTIGUO

¿Cómo era el mundo que habitaban los primeros procariotas? ¿Eran las condiciones del planeta y de su atmósfera las mismas que ahora? La superficie de la Tierra, el mar y la atmósfera han sido alterados tan profundamente por la actividad de los seres vivos que pueblan el planeta que, para responder estas preguntas, tenemos que recurrir al estudio de nuestros planetas vecinos, desprovistos de vida. La Tierra se condensó a partir de una nube de polvo y gases que formaron nuestro planeta los otros planetas del Sistema Solar. Los astrofísicos opinan que la mayor parte de los cuerpos del Sistema Solar se originaron en el mismo periodo, hace unos cinco mil millones de años. Las fotografías que nos han proporcionado las naves espaciales, muestran unas superficies parecidas, llenas de cráteres, en la Luna, en Mercurio, en Venus, y en Marte y sus satélites. Las rocas más antiguas que se han encontrado en la superficie de la Luna y la mayoría de los meteoritos encontrados a la Tierra tienen alrededor de 4.500 millones de años, lo que refuerza la idea de un origen común para los principales cuerpos del Sistema Solar.

Podríamos considerar, por lo tanto, Marte y Venus como lugares muy parecidos a una Tierra estéril, con unas biografías planetarias parecidas; los resultados de los estudios hechos en Venus por las naves rusas Venera IX y X, así como las misiones estadounidenses que estudiaron Marte, la Viking, el año 1976, y la Mars Pathfinder, el año 1998, confirman estas suposiciones. Podemos descubrir, por lo tanto, muchos indicios de la manera cómo la vida ha modificado la superficie de nuestro planeta. Una de las diferencias más evidentes entre la Tierra y sus vecinos es la gran concentración de oxígeno se encontrar en la atmósfera de nuestro planeta. Tanto la atmósfera de Marte como la de Venus contienen más de un 95% de dióxido de carbono y mucho menos del 1% de oxígeno. También contienen entre un 2 y un 3% de nitrógeno (N2) y cantidades insignificantes de vapor de agua. En la actualidad, la atmósfera de la Tierra contiene casi un 21% de oxígeno, que es un gas muy reactivo, y una cantidad muy baja de dióxido de carbono, sólo uno 0,03%. Con la gran cantidad de agua que hay en la Tierra y un 79% de nitrógeno en la atmósfera, nuestro planeta es muy diferente de Marte y de Venus, que son secos y no tienen mares ni océanos. Pero cuando la Tierra empezó a formarse, su atmósfera y su superficie debieron de ser muy parecidas a laa de sus planetas vecinos.

Las consideraciones biológicas también apoyan la teoría que la atmósfera de la Tierra primitiva no contenía oxígeno libre. La vida se originó a la Tierra mediante la formación y la interacción de com-ponentes prebióticos: hidrocarburos de origen no biológico, aminoácidos y derivados de bases nitrogenadas. Estos compuestos químicos no pueden acumularse en presencia de oxígeno porque el oxígeno reacciona con ellos y los destruye en cuanto se forman. Las primeras células de la Tierra, por lo tanto, deben de haberse generado sin la presencia del oxígeno.

El oxígeno es un veneno para las bacterias anaerobias, consideradas descendientes directos de nuestros primeros antepasados celu-lares. Dichas bacterias no disponen de medios químicos, ni de ninguna otra clase, para protegerse contra el oxígeno y su material celular arde cuando entra en contacto con este gas. Estas células viven gracias a la fermentación o a procesos quimiotróficos como la formación de metano. Toman componentes orgánicos y generan atp de forma anóxica o bien utilizan hidrógeno y dióxido de carbono para vivir. Consideramos que estos organismos se desarrollaron sin oxígeno libre en la atmósfera.

Esta modalidad de vida primitiva utilizaba el hierro como un elemento para transferir electrones, una característica que han heredado prácticamente todas las formas de vida actual. La parte activa de bastantes enzimas es el lugar donde los átomos de hierro se unen a la proteína. De hecho, a medida que el oxígeno aparecía, el hierro desaparecía. La formación de óxido de hierro y la limitación del hierro constituyeron uno de los principales problemas de la vida y provocaron la aparición de diversas estrategias para asegurar la adquisición y la fijación del hierro en un mundo rico en oxígeno.

Con el paso del tiempo, las reservas de componentes orgánicos y de hidrógeno disminuyeron. Se originó entonces el aparato fotosintético, que permitía a las células producir los compuestos orgánicos que necesitaban a partir de elementos inorgánicos, gracias a la energía que obtenían de la luz. Sin embargo, los primeros fotosintetizadores eran también bacterias anaerobias; aquella forma primitiva de fotosíntesis no generaba oxígeno y las bacterias no respiraban oxígeno ni lo utilizaban de ninguna manera.

Así, pues, ¿cómo se produjo en la Tierra el cambio a una atmósfera rica en oxígeno? ¿Cómo se produjo una transición que parece desafiar las leyes de la física y de la química? ¿Y cuándo se produjo esa transición? Para responder estas preguntas tenemos que recurrir a los organismos que tuvieron más éxito que las primeras bacterias fotosintéticas. Estos organismos fueron las llamadas erróneamente algas azules, un grupo mal calificado de fotosintetizadores que ni son algas ni son siempre de color azul. En la actualidad, se conoce bien la relación de estos microorganismos con otras bacterias, sobre todo bacterias fotosintéticas y reciben el nombre de cianobacterias. Hay muchas pruebas que nos hacen pensar que las cianobacterias fueron los primeros organismos que liberaron oxígeno a la atmósfera, como producto residual de la fotosíntesis.

Los fósiles nos permiten deducir que las cianobacterias proliferaron y se diversificaron hace 2.500 millones de años como mínimo. Estos datos concuerdan perfectamente con otras pruebas geológicas del registro geológico, que nos muestran rocas de hace más de 2.000 millones de años que contienen formas oxidadas de hierro y de uranio en gran cantidad. La aparición del oxígeno en la atmósfera de la Tierra se debió, por lo tanto, a la proliferación por todo el mundo de estas bacterias hábiles y productivas. Ni antes ni después ha habido ningún otro tipo de organismo que haya afectado tan profundamente la atmósfera de la Tierra.

El oxígeno, que era tóxico para las primeros formas de vida, se convirtió pronto en un agente contaminante. Como los productos residuales de los automóviles, este contaminante amenazaba incluso a los mismos organismos que lo generaban, las cianobacterias. La solución de los problemas planteados por la crisis del oxígeno fue un momento crucial en la historia de las células: los microorganismos adquirieron la capacidad de respirar el oxígeno que ellos mismos pro-ducían. Esta solución, además de protegerlos, les proporcionaba tam-bién una nueva fuente de energía. Las proteínas que contenían hierro fueron las que protagonizaron esta evolución. Hay hierro en los citocromos y la ferredoxina, compuestos químicos que proporcionan electrones para la síntesis de atp. La citocromo oxidasa debió de ser el invento que permitió que la vida se mantuviera y prosperara en presencia de oxígeno puesto que permite la reducción del oxígeno sin que se formen radicales tóxicos. La respiración de oxígeno genera mucho más atp que la fermentación de azúcares en ausencia de oxígeno. Con el tiempo, a medida que aumentaba la concentración de oxígeno a la atmósfera, las células de muchas especies no fotosintéticas evolucionaron y surgieron otras que necesitaban oxígeno para sus procesos metabólicos: fueron los primeros organismos aerobios estrictos, que convertieron el oxígeno venenoso en el elemento necesario para llevar a cabo la elegante innovación que fue la respiración aeróbica. Gracias a estos nuevos medios, las células generaban suficiente atp para poder tener mayores dimensiones y para realizar muchas funciones químicas complejas. Hace unos 541 millones de años, al iniciarse el periodo geológico llamado Cámbrico, hubo una eclosión de grandes formas animales y de plantas fotosintéticas. El éxito evidente de aquellos organismos se debía a las mejoras que, a escala reducida, habían ido protagonizando sus antepasados microscópicos.