2.10: El impacto de la vida en la tierra
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Con base en evidencia fósil, el modelo actual para la vida en la Tierra es que durante un periodo de ~2 x 10 9 (mil millones) años las únicas formas de vida en la Tierra fueron microscópicas. Si bien la naturaleza exacta de estos organismos sigue sin estar clara, parece probable que estuvieran estrechamente relacionados con procariotas, es decir, bacterias y arqueas. Si bien los primeros organismos probablemente usaron energía química, relativamente pronto aparecieron organismos que podían capturar la energía en la luz y utilizarla para impulsar diversas reacciones termodinámicamente desfavorables. Una clase importante de tales reacciones implica combinar CO 2 (dióxido de carbono), H 2 O (agua) y otras moléculas pequeñas para formar carbohidratos (azúcares) y otras moléculas biológicas importantes, como lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. En algún momento de la historia temprana de la vida en la Tierra, aparecieron organismos que liberaban oxígeno molecular (O 2) como producto de desecho de reacciones impulsadas por la luz, conocidas genéricamente como fotosíntesis oxigénica. Estos organismos liberadores de oxígeno se volvieron tan numerosos que comenzaron a cambiar la química de la superficie de la Tierra; representan la primera catástrofe ecológica impulsada por la vida.
El nivel de O 2 atmosférico representa un equilibrio entre su producción, principalmente por organismos que realizan fotosíntesis oxigénica, y su eliminación a través de diversas reacciones químicas. Al principio, cuando apareció O 2, reaccionó con hierro para formar depósitos de óxido de Fe (III) insoluble en agua (Fe 2 O 3), es decir, óxido. Esta reacción de óxido eliminó grandes cantidades de O 2 de la atmósfera, manteniendo bajos los niveles de O 2 libre. Se cree que la oxidación del hierro en los océanos es en gran parte responsable de los depósitos masivos de hierro con bandas que se encuentran en todo el mundo. 49 O 2 también reacciona con la materia orgánica, como en la quema de madera, por lo que cuando se entierran grandes cantidades de materia orgánica antes de que puedan reaccionar, como ocurre con la formación de carbón, más O 2 se acumula en la atmósfera. Aunque probablemente se estaba generando y liberando antes, hace ~2 mil millones de años, el O 2 atmosférico había aparecido en cantidades detectables y hace ~850 millones de años el O 2 había subido a niveles significativos. Los niveles atmosféricos de O 2 han cambiado significativamente desde entonces, con base en las tasas relativas de su síntesis y destrucción. Hace alrededor de ~300 millones de años, los niveles atmosféricos de O 2 habían alcanzado ~ 35%, casi el doble del nivel actual. Se ha sugerido que estos altos niveles de O 2 atmosférico hicieron posible la evolución de insectos gigantes. 50
Aunque tendemos a pensar en O 2 como una sustancia natural y benigna, de hecho es un compuesto altamente reactivo y potencialmente tóxico; su aparición planteó serios desafíos y oportunidades únicas para, organismos. Como veremos más adelante O 2 puede ser “desintoxicado” a través de reacciones que conducen a la formación de agua; este tipo de reacción termodinámicamente favorable parece haber sido cooptada para una amplia gama de propósitos biológicos. Por ejemplo, a través de reacciones acopladas O 2 se puede utilizar para capturar la máxima cantidad de energía de la descomposición de moléculas complejas (alimento), conduciendo a la generación de CO 2 y H 2 O, ambas de las cuales son muy estables.
Alrededor de la época en que los niveles de O 2 estaban subiendo por primera vez, es decir hace ~10 9 años, los primeros rastros de madrigueras fósiles aparecen en el registro fósil. Estos probablemente habrían sido producidos por simples organismos multicelulares macroscópicos parecidos a un gusano, conocidos como metazoos (es decir, animales), capaces de moverse a lo largo y a través del lodo en el fondo oceánico. Aproximadamente 0.6 x 10 Hace 9 años, los fósiles estructurales nuevos y más complejos comienzan a aparecer en el registro fósil. Dado que el registro fósil no contiene todos los organismos, nos queda especular sobre cómo se veían los primeros metazoos. El primero de estos que aparecen en el registro fósil son los llamados organismos ediacaranos, que llevan el nombre de la formación geológica en la que se encontraron por primera vez sus fósiles. 51 Las hipótesis actuales sugieren que eran inmóviles, como esponjas modernas pero más planas; no queda claro cómo o si están relacionadas con animales posteriores. Al inicio de la edad cámbrica (~545 x 10 hace 6 años), había aparecido dentro del registro fósil una amplia variedad de organismos, muchos claramente relacionados con los animales modernos. Los datos de nivel molecular sugieren que sus antepasados se originaron más de 30 millones de años antes. Estos organismos cámbricos muestran una variedad de tipos de cuerpos. Lo más significativo es que muchos estaban blindados. Dado que construir armaduras implica gastar energía para sintetizar estos componentes, la presencia de armaduras sugiere la presencia de depredadores, y la necesidad de una respuesta defensiva.
Virus: Ahora, antes de que salgamos de este capítulo bien podrías preguntar, ¿nos hemos olvidado de los virus? Bueno, no, los virus suelen ser un componente crítico de un ecosistema y la susceptibilidad o resistencia de un organismo a la infección viral suele ser un factor evolutivo importante, pero los virus son diferentes de los organismos en que no son metabólicos. Eso significa que no llevan a cabo reacciones y no pueden replicarse por sí mismos, solo pueden replicarse dentro de una célula viva. Básicamente no están vivos, por lo que a pesar de que son sumamente importantes, discutiremos los virus sólo ocasionalmente y en contextos bastante específicos. Dicho esto, el reciente descubrimiento de virus gigantes, como el Mimivirus, sugiere que algo interesante está sucediendo. 52