Imagen – Cuando La Vida Cambió La Atmósfera
Respirar oxígeno parece una condición elemental de la vida. Pero durante una enorme parte de la historia de la Tierra, la atmósfera contenía cantidades mínimas de oxígeno libre comparadas con las actuales.
El planeta joven era químicamente muy distinto. La vida ya existía, pero los primeros organismos prosperaban en un mundo prácticamente carente del gas del que hoy dependen los seres humanos y gran parte de los animales.
Entonces algunos microorganismos desarrollaron una innovación extraordinaria: utilizar la energía de la luz para impulsar reacciones químicas capaces de sostener su metabolismo.
La fotosíntesis había comenzado su historia.
Mucho después apareció una modalidad todavía más transformadora, capaz de utilizar agua y liberar oxígeno como producto. Con el paso de cientos de millones de años, esa actividad microscópica contribuiría a cambiar océanos, atmósfera y ecosistemas.
La vida no solo se adaptó al planeta.
Comenzó a modificarlo.
Antes de que el oxígeno dominara el cielo
La Tierra se formó hace aproximadamente 4,540 millones de años. Su atmósfera temprana no era una versión antigua del aire actual.
Las concentraciones de gases fueron cambiando durante la historia geológica, pero durante largos periodos el oxígeno molecular libre fue extremadamente escaso.
Los primeros ecosistemas microbianos se desarrollaron bajo esas condiciones.
Los organismos obtenían energía mediante procesos químicos que no necesitaban oxígeno. Para ellos, nuestra atmósfera actual habría resultado completamente extraña.
La historia de la vida comenzó en un planeta sin aire respirable para nosotros.
Aprender a utilizar la luz
La fotosíntesis no apareció necesariamente en su forma moderna desde el principio.
Existen formas de fotosíntesis que no producen oxígeno. Algunos microorganismos capturan energía luminosa y utilizan sustancias distintas del agua como fuentes de electrones para impulsar su metabolismo.
Estos sistemas fotosintéticos anoxigénicos probablemente tienen raíces muy antiguas.
En algún momento de la evolución microbiana apareció una innovación decisiva: un sistema capaz de extraer electrones del agua.
Utilizar agua ofrecía una enorme ventaja. Era una sustancia ampliamente disponible.
Pero romper sus moléculas requería una maquinaria bioquímica sofisticada.
El resultado secundario cambiaría el planeta.
Al utilizar agua durante la fotosíntesis, estos organismos liberaban oxígeno.
Las cianobacterias y una revolución microscópica
Las protagonistas de esta transformación fueron las cianobacterias, microorganismos capaces de realizar fotosíntesis oxigénica.
Su aspecto no sugería la magnitud de lo que estaban provocando.
Capturaban energía solar, utilizaban dióxido de carbono para producir materia orgánica y obtenían electrones del agua. Como consecuencia, liberaban oxígeno al ambiente.
Una célula microscópica produce una cantidad insignificante a escala planetaria.
Pero miles de millones de organismos reproduciéndose durante enormes periodos geológicos representan otra cosa.
La atmósfera terrestre no cambió debido a un acontecimiento repentino.
Fue transformada por una actividad biológica repetida incontables veces.
El oxígeno no llegó inmediatamente a la atmósfera
Que las cianobacterias produjeran oxígeno no significa que este comenzara a acumularse de inmediato en el aire.
El planeta contenía enormes cantidades de sustancias capaces de reaccionar con él.
En los océanos antiguos existía abundante hierro disuelto. Cuando el oxígeno producido por microorganismos entraba en contacto con ese hierro, favorecía su oxidación.
Parte de los productos resultantes terminó depositándose en los fondos oceánicos.
Las llamadas formaciones de hierro bandeado, conservadas en rocas extremadamente antiguas, registran parte de esta transformación química.
Antes de llenar la atmósfera, el oxígeno tuvo que reaccionar con un planeta que prácticamente no lo contenía libremente.
La biología estaba cambiando primero la química de los océanos.
Cuando el oxígeno comenzó a acumularse
Hace alrededor de 2,400 millones de años ocurrió una transición fundamental conocida como la Gran Oxidación.
Las concentraciones de oxígeno atmosférico aumentaron de manera significativa, aunque todavía estaban muy lejos de los niveles actuales.
Las causas exactas y el ritmo de esta transición continúan siendo objeto de investigación. La producción biológica de oxígeno fue esencial, pero su acumulación dependió también de procesos geológicos y químicos capaces de consumirlo o permitir que permaneciera en la atmósfera.
El cambio tampoco ocurrió de manera perfectamente uniforme.
La historia del oxígeno estuvo marcada por aumentos, fluctuaciones y largos periodos de transformación.
Pero el planeta había cruzado un umbral.
La atmósfera comenzaba a convertirse en algo que nunca había sido.
Para mucha vida, el oxígeno fue un problema
Hoy asociamos el oxígeno con la supervivencia.
Para numerosos organismos antiguos, su expansión representó exactamente lo contrario.
El oxígeno es químicamente reactivo y puede producir daños celulares. Los organismos adaptados a condiciones sin oxígeno tuvieron que enfrentarse a un ambiente cada vez más oxidante.
Algunos linajes quedaron restringidos a ambientes donde el oxígeno seguía siendo escaso. Otros desarrollaron mecanismos para tolerarlo.
Y algunos terminaron utilizando esa misma sustancia para obtener energía de manera muy eficiente mediante respiración aeróbica.
Una transformación ambiental puede ser simultáneamente una crisis para ciertos organismos y una oportunidad para otros.
La evolución no interpreta los cambios.
Trabaja con las condiciones que quedan.
Una nueva manera de obtener energía
La disponibilidad creciente de oxígeno abrió posibilidades metabólicas extraordinarias.
La respiración aeróbica permite extraer gran cantidad de energía química de moléculas orgánicas utilizando oxígeno como parte del proceso.
Eso no produjo inmediatamente animales grandes ni organismos complejos.
Entre la Gran Oxidación y la expansión posterior de formas de vida multicelulares complejas transcurrieron enormes intervalos de tiempo.
Pero la presencia de oxígeno terminaría convirtiéndose en una condición fundamental para muchos de los metabolismos que sostienen organismos grandes, activos y complejos.
Una sustancia que inicialmente alteró ecosistemas enteros acabó convirtiéndose en uno de los pilares energéticos de gran parte de la vida moderna.
El cielo también obtuvo una nueva protección
La acumulación de oxígeno tuvo otra consecuencia importante en las capas superiores de la atmósfera.
Parte de ese oxígeno permitió la formación de ozono.
La capa de ozono absorbe gran parte de la radiación ultravioleta más energética procedente del Sol. Su desarrollo modificó las condiciones de exposición a esa radiación en la superficie terrestre.
Mucho tiempo después, esta protección atmosférica sería importante para la expansión de la vida en ambientes terrestres.
Existe aquí una cadena extraordinaria de consecuencias.
Microorganismos que captaban luz modificaron la composición del aire. Esa nueva atmósfera produjo una capa capaz de filtrar parte de la radiación solar.
La vida estaba transformando las condiciones bajo las cuales la vida futura podría evolucionar.
De las cianobacterias a las plantas
La historia de la fotosíntesis dio otro giro decisivo mucho después.
En algún momento, un antepasado de las células eucariotas fotosintéticas incorporó una cianobacteria mediante un proceso de endosimbiosis.
En lugar de ser digerida, aquella célula quedó integrada en una relación cada vez más estrecha con su hospedador.
A lo largo de la evolución, esa antigua cianobacteria terminó convirtiéndose en el antepasado de los cloroplastos, las estructuras donde las plantas y muchas algas realizan actualmente la fotosíntesis.
Cada hoja verde conserva, de alguna manera, la consecuencia de aquella antigua asociación entre organismos.
Las plantas no inventaron desde cero la maquinaria que permite capturar energía solar.
Heredaron una innovación microbiana muchísimo más antigua.
La fotosíntesis sigue sosteniendo el planeta
La transformación iniciada hace miles de millones de años continúa.
Plantas, algas y cianobacterias capturan energía solar y fijan carbono mediante fotosíntesis, sosteniendo gran parte de las redes alimentarias del planeta directa o indirectamente.
El oxígeno atmosférico actual también está estrechamente relacionado con esa actividad biológica y con los ciclos geológicos que permiten que una fracción del carbono orgánico quede apartada de una oxidación inmediata.
La atmósfera que respiramos no puede entenderse únicamente como consecuencia de volcanes, océanos y procesos geológicos.
También es un producto de la vida.
El aire posee una historia biológica.
Lectura de fondo
Cuando los seres vivos comenzaron a construir su propio planeta
Solemos imaginar la evolución como una historia de organismos adaptándose a condiciones externas.
La temperatura cambia y la vida responde. El clima se modifica y algunas especies sobreviven. Aparece un nuevo ambiente y ciertos organismos encuentran maneras de ocuparlo.
La historia de la fotosíntesis revela que esa relación funciona también en sentido contrario.
Los seres vivos pueden alterar profundamente las condiciones a las que después deberán adaptarse.
Las primeras cianobacterias no producían oxígeno con el propósito de preparar el planeta para animales, plantas o seres humanos. El oxígeno era una consecuencia de su metabolismo.
Sin embargo, acumulada durante escalas de tiempo geológicas, esa consecuencia transformó océanos y atmósfera, modificó ecosistemas, favoreció nuevas formas de metabolismo y participó indirectamente en la creación de condiciones que permitirían otras etapas de la evolución.
El planeta que conocemos no es simplemente el lugar donde ocurrió la historia de la vida.
Es también uno de sus resultados.
Cada respiración conecta a los organismos actuales con una revolución iniciada por seres microscópicos miles de millones de años antes de que existieran bosques, animales o continentes cubiertos de verde.
La fotosíntesis comenzó como una manera de capturar energía.
Terminó ayudando a transformar un mundo.