Bioconstrucciones arcaicas

En el último número de diciembre, la prestigiosa revista científica Geology publica un interesantísimo artículo en el que un equipo investigador del Instituto Geológico y Minero de España da cuenta de que las abundantes rocas negras de la cueva cántabra de El Soplao son en realidad el testimonio fósil de unas maravillosas bioconstrucciones bacterianas denominadas estromatolitos. Hace unos dos mil millones de años (MA), cuando en los océanos ya emergían millones de células vivas, los arrecifes de estromatolitos comenzaron a expandirse y a segregar un gas que fue causante de la primera extinción masiva del planeta. Este gas era el oxígeno y provocó un cambio tan drástico en la Tierra, que permitió una expansión vital sin precedentes.

Parque Nacional Yoho (British Columbia). La masa calcárea  es el yacimiento fosilífero de Burgess Shale

 De forma un tanto súbita y todavía insuficientemente explicada, la vida estalló en un sinfín de organismos complejos, algunos precursores de los que actualmente pueblan la Tierra y otros ya extinguidos, en el Cámbrico temprano, hace unos 570 MA. Los invertebrados fósiles de Burgess Shale, encontrados en el Parque Nacional Yoho, en las Rocosas canadienses, son una de las pruebas más hermosas, espectaculares y pedagógicas de la relativamente súbita aparición de la práctica totalidad de los grupos de animales modernos en apenas unos cuantos MA. La fauna fósil de Yoho es una preciosa ventana abierta al acontecimiento más crucial en la historia de la vida animal, una secuencia evolutiva tan veloz que sobrepasa, con mucho, a los dinosaurios en su potencial instructivo sobre la historia de la vida. 

Antes de la explosión biológica cámbrica, los arrecifes de estromatolitos -del griego stroma (cojín) y lithos (piedra)- dominaron el paisaje terrestre durante unos 3.000 MA. Son rocas formadas por láminas de carbonatos que resultan de la actividad metabólica de las cianobacterias que aparecen en el registro fósil desde hace 3.500 millones de años (MA) y representan a las primeras evidencias de vida en la Tierra. Las cianobacterias son unos organismos procariotas tan sencillos que carecen de los orgánulos (núcleo, cromosomas pares, mitocondrias y cloroplastos) que caracterizan a las células más evolucionadas de los eucariotas que sólo aparecen en registro fósil hace unos 1.400 MA. 

A pesar de su sencillez estructural, les debemos la vida porque los procariotas fueron los primeros seres vivos que realizaron la fotosíntesis, gracias a la cual, entre otras cosas, se libera oxígeno. Durante casi todo el Arqueozoico el poco oxígeno que arrojaban los volcanes, o que era producto de la disociación del vapor de agua en la alta atmósfera, era consumido por gases reductores como el monóxido de carbono, el hidrógeno y el metano. En resumidas cuentas, al igual que lo que ocurre hoy en los demás planetas del Sistema Solar, el ambiente era anaerobio: cualquier organismo que viviese entonces debía subsistir en ausencia de oxígeno libre.

Tales condiciones impedían la existencia de la inmensa mayoría de los organismos aerobios que hoy pueblan la Tierra y que necesitan del oxígeno para respirar. Para que estos pudieran aparecer sobre la faz de la Tierra, los dos problemas principales con los que hubo de enfrentarse la vida fue la formación de una atmósfera rica en oxígeno y, a partir de esta, de una capa de ozono capaz de filtrar las radiaciones solares ultravioletas que habrían destruido cualquier forma de vida que emergiera de las aguas. La actividad de las cianobacterias solucionó ambos problemas.

Las cosas cambiaron con la aparición y el desarrollo de organismos que practicaban la fotosíntesis. Entre hace unos 3.500 y 2.700 MA, las cianobacterias aparecieron en las aguas costeras de los primitivos continentes. Las cianobacterias, mediante fotosíntesis, liberan oxígeno y captan de la atmósfera grandes cantidades de dióxido de carbono para formar carbonatos que, al precipitar, dan lugar a la formación de los estromatolitos.  Son capaces de vivir en ambientes anaerobios, pero, a diferencia de lo que ocurre con otras bacterias, el oxígeno no es para ellas un veneno. Al contrario, las favorece, por lo que pudieron proliferar en el propio entorno oxigenado que ellas mismas fueron creando. 

Estos nuevos seres vivos cambiaron el equilibrio geoquímico del aire, que hasta entonces había mantenido al oxígeno atmosférico en una concentración muy baja. La utilización metabólica del oxígeno presentaba dos ventajas. El oxígeno era una forma más eficiente de producir energía y destruía a los organismos anaerobios que en aquellos tiempos eran todos. En un mundo anaeróbico, el oxígeno es extremadamente venenoso. De hecho, nuestros glóbulos blancos usan el oxígeno para matar las bacterias infecciosas. Que el oxígeno sea fundamentalmente tóxico suele constituir una sorpresa para los que dependemos de él, pero eso se debe únicamente a que hemos evolucionado para poder aprovecharlo. Para los seres anaeróbicos es letal.

En los primeros cientos de MA de existencia de las cianobacterias, la diferencia entre el carbono orgánico producido y el consumido era muy pequeña y el oxígeno atmosférico no aumentaba. Pero las condiciones cambiaron cuando a finales del Arqueozoico la producción fotosintética comenzó a superar a lo que se empleaba en la descomposición de la materia orgánica y en la oxidación de los minerales ferrosos. Esto permitió que su concentración en el aire, al traspasar un umbral de supervivencia, aumentase velozmente. A su vez, las cianobacterias aeróbicas fotosintéticas se vieron favorecidas y se multiplicaron exponencialmente, llegando a proliferar en todos los mares mientras que muchas de sus antiguas competidoras sucumbían asesinadas por el nuevo gas letal. El oxígeno alcanzó en relativamente poco tiempo niveles comparables a los de la atmósfera contemporánea: un 21% de la mezcla de gases que componen el aire.

Una vez que el oxígeno fue suficientemente abundante en la atmósfera, con la ayuda de la radiación solar se fue formando ozono, que no es más que una molécula triatómica de oxígeno. Por su capacidad de absorción de la radiación solar ultravioleta, letal si es intensa, el ozono formado abrió nuevas posibilidades a una vida que, hasta entonces, estaba sumergida o enterrada para protegerse de la luz solar directa.

Estromatolitos en Cuatro Ciénegas, Cohauila, México

 Hasta 1961, los estromatolitos se conocían solamente como formaciones fósiles, por lo que aquel año fue una auténtica revolución científica descubrir una comunidad viva en Shark Bay, en la remota costa del noroeste de Australia. Poco a poco, se han encontrado media docena de lugares donde aún persisten estromatolitos activos. Algunos de los más espectaculares se encuentran en Cuatro Ciénegas, en pleno desierto de Chihuahua. En las aguas esmeraldinas de unos lagunazos someros rodeados de yesos pueden contemplarse a gusto los estromatolitos, que están allí, respirando muy tranquilos bajo la superficie. 

Resulta sobrecogedor poder contemplar restos vivos de la Tierra tal como era hace 3.500 MA: es viajar atrás en el tiempo y pensar que, como escribió Fortey en La vida. Una biografía no autorizada, el libro de cabecera de toda una generación de paleontólogos, «si el mundo fuera consciente de sus verdaderas maravillas, este espectáculo sería tan bien conocido como las pirámides de Gizeh». Aunque aparentemente inertes, esos cojines pétreos están llenos de vida: en cada metro cuadrado de roca viven 3.000 millones de organismos individuales. Cuando se observan atentamente, se pueden ver burbujas minúsculas que ascienden a la superficie: es el oxígeno del que se están desprendiendo. Es el gas letal que aniquiló estirpes enteras, pero al mismo tiempo el aliento vital que alumbró a la prodigiosa biodiversidad que ahora nos rodea.

Resulta apasionante pensar que estos minúsculos procesos elevaron el nivel de oxígeno en la atmósfera de la Tierra, preparando el camino para el capítulo siguiente, y más complejo, de la historia de la vida: la aparición de las células procariotas y con ellas, el comienzo de la explosión vital cámbrica.