La vida en el planeta Tierra es un derroche de diversidad: hormigas y elefantes, ranas y ballenas azules, tulipanes y secuoyas, incluso una rama de los grandes simios conocida como humanos. Lo que une todo es la bioquímica, en particular la bioquímica compartida de la herencia genética: el ADN y el ARN, los kits de instrucciones universales de la vida.
El seguimiento de estos rastros bioquímicos a través del tiempo ha convencido a muchos científicos de que toda la vida desciende de un llamado Último Ancestro Común Universal (LUCA, por sus siglas en inglés), que surgió hace entre 4.000 y 4.500 millones de años, después de que la Tierra se solidificara a partir del gas y los detritos de un sistema solar naciente. Cómo surgió este LUCA de la mezcla primordial es algo que probablemente nunca podremos determinar con certeza. No existen fósiles que nos permitan comprender ese momento en el tiempo, y los científicos carecen de un punto de comparación: hasta ahora, la Tierra es el único lugar del universo conocido que alberga vida.
Tras esa pregunta inicial sobre el “cómo”, las cuestiones se vuelven un poco más fáciles de abordar para los científicos. Esto es lo que se sabe sobre tres de los puntos de inflexión más importantes en la evolución de la vida en la Tierra.
Hace 4 mil millones de años:
¿Dónde surgió la vida por primera vez?
Los científicos tienen pocas dudas sobre el origen de la vida, incluyendo dónde pudo haber surgido: en la superficie de la Tierra o en sus profundidades acuáticas.
“Es difícil responder a estas preguntas”, dijo Joanna Masel , profesora de biología evolutiva en la Universidad de Arizona. “La evidencia es escasa. Por eso la gente discute”.
Por un lado está la hipótesis de la sopa primordial: la vida se originó a partir de reacciones químicas naturales en las aguas primigenias de la Tierra, que formaron un caldo de compuestos orgánicos.
Charles Darwin planteó la idea en 1871, cuando propuso que "un pequeño estanque cálido" fue el responsable del origen de la vida. Sugirió que unas pocas sustancias químicas simples y fuentes de energía, como el calor natural y la electricidad, podrían haberse unido para formar moléculas "listas para experimentar cambios aún más complejos". Estos, a su vez, habrían dado lugar a la primera forma de vida: un diminuto conjunto de sustancias químicas capaz de dividirse y reproducirse.
La hipótesis se sometió a su primera prueba seria en 1953. Stanley L. Miller, entonces estudiante de posgrado en la Universidad de Chicago, llenó un matraz con agua, así como con amoníaco, metano e hidrógeno, gases que se consideraban abundantes en la atmósfera primitiva.
Luego, para imitar un rayo, introdujo chispas. Días después, esas sencillas moléculas dieron origen a los aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas y prácticamente de toda la vida en el planeta.
Pero los aminoácidos nunca alcanzaron una mayor complejidad, y el entusiasmo disminuyó a medida que los científicos reconsideraban la composición del aire primordial. Algunos años después, los investigadores detectaron aminoácidos en meteoritos, lo que sugirió que los componentes básicos de la vida podrían haber caído del cielo, lo que supuso otro posible revés para la teoría de la sopa primordial.
Por otro lado, está el bando que defiende la teoría de las profundidades marinas. En 1977, científicos estadounidenses que exploraban el lecho marino del Pacífico descubrieron un mundo extraño de fumarolas volcánicas y ecosistemas insólitos, incluyendo inquietantes campos de gusanos tubícolas albinos. Estos gusanos obtenían su energía no de la luz solar, que alimenta los ecosistemas de la superficie, empezando por las plantas, sino de sustancias químicas emitidas por las aguas termales.
A medida que salían a la luz otros ecosistemas de aguas profundas, los científicos propusieron que toda la vida en la Tierra tal vez había surgido en las profundidades, nutrida por una dieta cálida y constante de sustancias químicas y protegida de las rocas letales y la radiación cósmica que bombardearon la superficie del planeta en sus inicios.
En los últimos años, nuevos descubrimientos han reforzado ambas posturas en este debate.
En 2009, por ejemplo, John D. Sutherland, químico de la Universidad de Manchester, en Inglaterra, describió una nueva forma en que las moléculas de la vida, energizadas por los rayos ultravioleta del sol, podrían haberse ensamblado espontáneamente en la superficie de una Tierra primitiva. Y en 2017, un análisis de depósitos minerales en Australia sugirió que manantiales termales superficiales habían propiciado los primeros indicios de vida en la tierra. En 2024, un influyente grupo de científicos expresó su firme apoyo a este hallazgo.
Aun así, la teoría de los manantiales profundos también ha recibido nuevo respaldo. Este verano, un equipo liderado por científicos de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf, Alemania, propuso que los compuestos químicos calientes presentes en las profundidades marinas incluían metales como el níquel, el cobalto y el paladio. Estos metales, según los investigadores, podrían haber actuado como catalizadores que ayudaron a las primeras formas de vida a desarrollar rutas metabólicas.
La creciente cantidad de pruebas sugiere que, en última instancia, ambos grupos de teóricos podrían tener razón, dijo el Dr. Masel.
“No tiene por qué ser una sola cosa”, dijo. “Es posible que la vida surgiera en las chimeneas hidrotermales y también en un pequeño estanque cálido”.
Quizás, añadió, la vida surgió de forma independiente en nichos ecológicos dispares que permanecieron aislados unos de otros durante siglos.
“Parece que los primeros acontecimientos ocurrieron muy, muy rápido, lo que indica que la ‘primera vida’ no fue la parte más difícil”, dijo. “Quizás el origen de la vida fue más fácil de lo que pensábamos”.
— William J. Broad
Hace 2 mil millones de años:
¿Cómo se volvió compleja la vida?
Hace aproximadamente dos mil millones de años, surgió en la Tierra un nuevo tipo de célula, mucho más grande y compleja que los microbios que la precedieron. Hoy en día, estas células, llamadas eucariotas, habitan nuestros cuerpos, así como los de otros animales, plantas y hongos. Cómo surgió este nuevo tipo de célula sigue siendo uno de los grandes misterios de la biología.
El término «eucariota» proviene de una palabra griega que significa «núcleo verdadero», en referencia al núcleo, el compartimento donde las células eucariotas enrollan su ADN. Las células eucariotas poseen muchos otros compartimentos vitales, incluyendo miles de mitocondrias, que generan energía. El enorme volumen de una célula eucariota se sustenta en una estructura que puede desmontarse y reconstruirse rápidamente; además, funciona como una red de transporte interna, desplazando paquetes de moléculas de un compartimento a otro.
En cambio, un microorganismo unicelular como Escherichia coli es mucho más simple. No tiene mitocondrias, ni andamiaje, ni núcleo; es un "procariota" sin nueces.
Los eucariotas —organismos compuestos por células eucariotas— descienden de un ancestro común, que a su vez descendió de antiguos procariotas. Los primeros eucariotas fueron protozoos unicelulares; sus fósiles más antiguos conocidos datan de hace 1800 millones de años. Los científicos desconocen cuánto tiempo antes evolucionaron los primeros eucariotas.
Los organismos vivos han proporcionado pistas importantes sobre esta transición. En la última década, los científicos han descubierto un linaje de microbios conocidos como Asgards que presentan muchas, aunque no todas, las características de los eucariotas. Por ejemplo, poseen un esqueleto celular que les permite desplazarse, pero carecen de núcleo y mitocondrias.
Actualmente se cree que los asgardianos descienden de los precursores de los eucariotas. Los primeros organismos similares a los asgardianos adquirieron algunas características eucariotas mediante la selección natural ordinaria: las mutaciones alteraron sus células, confiriéndoles ventajas que transmitieron a sus descendientes actuales.
Pero las células también evolucionaron por otros medios.
Los primeros eucariotas convivían estrechamente con otros microbios, formando asociaciones ecológicas. Este contacto íntimo permitió a los primeros ancestros de los asgardianos y eucariotas obtener genes de sus compañeros y añadirlos a sus propios genomas.
Este intercambio pudo haber comenzado hace unos 3 mil millones de años y continuado durante cientos de millones de años. Estudios recientes sugieren que el intercambio final que dio origen a los eucariotas fue el más espectacular. Hace unos 2250 millones de años, una especie de bacteria se estableció permanentemente dentro de células similares a Asgard, utilizando su propio metabolismo para generar combustible para las células que ocupaban. Estas bacterias comenzaron a transmitirse de una generación de huéspedes a la siguiente, evolucionando hasta convertirse en nuestras mitocondrias.
Los rasgos generales del origen de los eucariotas empiezan a perfilarse, pero aún quedan muchas incógnitas por resolver. Por ejemplo, los científicos todavía desconocen cómo se formaron todos los componentes del núcleo .
Y desconocen por qué la fusión de microbios aparentemente dio origen a células grandes y complejas solo una vez en la historia de la vida. ¿Hubo acaso una serie de circunstancias excepcionalmente raras que lo permitieron? ¿O acaso la evolución llevó a cabo otros experimentos de complejidad que terminaron en extinción hace mucho tiempo?
Una cosa está clara: una vez que evolucionó la célula eucariota, la Tierra nunca volvió a ser la misma. Desde los arrecifes de coral y los calamares gigantes hasta las selvas amazónicas y las vastas manadas de ñus en la sabana africana, los eucariotas dieron origen a toda la vida que podemos ver, incluida la que vemos en el espejo.
— Carl Zimmer
Hace 580 millones de años:
¿Por qué la vida se volvió tan grande?
La aparición de los eucariotas sentó las bases evolutivas para los arrecifes de coral y las manadas de ñus, pero la vida tardó mucho tiempo en experimentar un crecimiento acelerado.
De hecho, los mil millones de años que siguieron suelen denominarse «los mil millones aburridos». La evolución pareció estancarse; la vida permaneció casi exclusivamente microscópica. Incluso las placas tectónicas se detuvieron, dejando los continentes sin montañas. Entonces, hace unos 720 millones de años, el mundo se descontroló.
Primero, la Tierra se congeló, sellando el planeta con una capa de hielo que bloqueó la luz solar que llegaba a los océanos e interrumpió la fotosíntesis. Excepto por un deshielo de 10 millones de años en medio de este proceso, la Tierra permaneció como una brillante bola de nieve blanca, no como una canica azul, durante 85 millones de años.
Los científicos se maravillan de que la vida no se extinguiera. En cambio, tras esa larga era de oscuridad, experimentó un misterioso aumento de tamaño y complejidad.
«Ese es el período más extraño de la historia de la Tierra del que se tenga conocimiento», dijo Nick Butterfield, paleobiólogo de Cambridge. «Entras por un extremo y te encuentras con un mundo microbiano antiguo, monótono y aburrido, y sales por el otro después de dos glaciaciones masivas, y de repente aparecen animales y todos los microbios han cambiado».
Los cambios fueron tan sorprendentes que, en 2006, los científicos bautizaron un nuevo período geológico para abarcarlos: el Ediacárico. Este comenzó hace unos 635 millones de años, con el deshielo de la "Tierra Bola de Nieve", y finalizó hace aproximadamente 540 millones de años con el inicio de la Era Cámbrica.
Guy Narbonne, geólogo de la Universidad Queen's en Ontario, Canadá, ha estudiado fósiles de grandes animales de cuerpo blando que vivieron durante el Ediacárico en un yacimiento conocido como Mistaken Point, en el extremo sureste de Terranova. Entre estas criaturas se encuentran los rangeomorfos, animales marinos con apariencia de hojas de palmera que podían alcanzar la altura de un jugador de baloncesto actual. Otros eran redondos y del tamaño de monedas. Algunos, quizás esponjas primitivas, tenían forma de cono.
Para el Dr. Narbonne, la explicación es sencilla: los omnipresentes glaciares trituraban las rocas a su paso por el paisaje. Al retroceder, los sedimentos llegaban al océano, provocando la proliferación de algas que elevaban los niveles de oxígeno y posibilitaban el mayor metabolismo necesario para las criaturas de mayor tamaño.
“No se me ocurre una mejor manera de fertilizar los océanos que el derretimiento de los glaciares tras el fin de una glaciación”, dijo el Dr. Narbonne.
Andrew Knoll, paleontólogo de Harvard, también cree que el oxígeno impulsó el salto evolutivo durante el Ediacárico. Sin embargo, en su opinión, la cronología de la Tierra Bola de Nieve fue una coincidencia; en cambio, señala la reanudación de la tectónica de placas al final del aburrido milenio, que creó montañas de la magnitud del Himalaya.
Según el Dr. Knoll, a medida que estas rocas se erosionaban, añadían fósforo a los océanos, lo que propició la proliferación de microbios marinos fotosintéticos. Los depredadores evolucionaron y comenzaron a alimentarse de organismos más pequeños, lo que desencadenó una carrera armamentística evolutiva para aumentar de tamaño y evitar ser devorados.
Pero algunos científicos dudan de la teoría del oxígeno, entre ellos Donald Canfield, geoquímico de la Universidad del Sur de Dinamarca, quien realizó el análisis que a menudo se cita como evidencia de un aumento del oxígeno durante el Ediacárico temprano.
“He cambiado un poco de opinión”, dijo el Dr. Canfield. Ahora cree que los niveles de oxígeno en la atmósfera terrestre entonces eran bajos, pero significativos y constantes, alrededor del 4 al 10 por ciento de los niveles actuales.
El Dr. Butterfield, por su parte, opina que los científicos han estado abordando la cuestión al revés. Propone que los animales complejos comenzaron a aparecer antes de la Tierra Bola de Nieve, no después, simplemente como la culminación de mutaciones genéticas aleatorias. Esta revolución evolutiva, afirma, trastocó la cadena alimentaria, alteró la química de los océanos, extrajo dióxido de carbono de la atmósfera y sumió al mundo en un estado de congelación. La vida compleja fue la causa de la Tierra Bola de Nieve, y no al revés.
“En mi opinión, lo más insultante, lo más perjudicial desde el punto de vista ecológico, que se ha impuesto jamás a este planeta”, dijo el Dr. Butterfield, “son los animales”.
— Kenneth Chang
