Coevolución de los sistemas y la vida de la Tierra

¿Cuál vino primero?

Que fue primero, la gallina o el huevo? ¿O tal vez deberíamos preguntarnos qué fue primero, las rocas o las células vivas? En parte, la razón por la que no tenemos una respuesta a esta pregunta es que, durante muchos años, los científicos trataron lo inorgánico y lo orgánico como dos cosas claramente separadas. Últimamente, sin embargo, este enfoque ha quedado obsoleto, ya que han descubierto que las dos cosas en realidad interactúan entre sí para crear un mundo vivo y emocionante.

¿Qué es la coevolución?

El concepto de coevolución se ha aplicado más comúnmente a la biología y se refiere a la evolución que ocurre entre varias especies a medida que interactúan entre sí. Sin embargo, la idea de coevolución también puede aplicarse a la evolución entre especies y materia inorgánica. Geobiología es un área de la ciencia bastante nueva que explora tanto las ciencias de la Tierra como la biología para aprender cómo interactúan. Esta compleja y fascinante ciencia también estudia varios ciclos biogeoquímicos, que son ciclos naturales que (según la definición de la Británica) “fluyen en diversas formas, desde los componentes no vivos (abióticos) de la biosfera hasta los componentes vivos (bióticos) y viceversa.”

La hipótesis de Gaia

A principios del siglo XX, a algunos científicos rusos se les ocurrió la idea de que el mundo no orgánico coevolucionó con los organismos vivos para crear un entorno mutuamente beneficioso. Sus ideas no fueron transmitidas debido a varias barreras, pero durante la década de 1950, un oceanógrafo llamado Alfred C. Redfield comenzó a explorarlas nuevamente. Esto fue seguido por el químico James Lovelock y la microbióloga Lynn Margulis durante la década de 1970, lo que finalmente resultó en la Hipótesis de Gaia. Esta hipótesis ve a la Tierra como un sistema autorregulador en el que el sistema de organismos vivos, o la biosfera, interactúa y coevoluciona continuamente con sistemas inorgánicos para crear y mantener condiciones óptimas para que ambos prosperen.

Ejemplos de coevolución de los sistemas terrestres y la vida.

Nadie sabe exactamente cuándo ni cómo se originó la vida en la Tierra, pero los investigadores creen que comenzó hace entre 2.500 y 4.000 millones de años. Se ha planteado la hipótesis de que todo empezó en el fondo de un océano, en los paisajes de volcanes activos u otras formas similares. Sin embargo, sabemos que antes de que comenzara la vida, había muy poco oxígeno en la atmósfera de la Tierra. En cambio, era rico en dióxido de carbono, metano y vapor de agua. Las condiciones en la Tierra eran hostiles y los asteroides a menudo chocaban con nuestro planeta, causando grandes daños. Estas condiciones inestables no eran amigables para los organismos vivos.

La creación de la atmósfera de la Tierra

Antes de la llegada de la vida, las condiciones en la Tierra tampoco eran favorables para el oxígeno en la atmósfera, por lo que tan pronto como estaba presente, generalmente desaparecía. Esto sucedió porque había muchos sumideros de oxígeno molecular, como sulfuros y hierro ferroso. A medida que estos compuestos devoradores de oxígeno se fueron consumiendo, surgieron aún más a través de la erosión del material rocoso de la corteza terrestre. Esto continuó durante cientos de millones de años hasta que surgió el fenómeno de la fotosíntesis. La fotosíntesis es el proceso de convertir la luz solar y el agua en energía mientras se desprende oxígeno. Cianobacterias son organismos acuáticos microscópicos que contienen cloroplastos, en los que tiene lugar la fotosíntesis. Se encuentran entre los primeros organismos vivos que aparecen en el registro fósil y son responsables de agregar oxígeno a la atmósfera, haciendo posible la vida tal como la conocemos hoy.

Antes de la llegada de las cianobacterias, había vida microscópica en la Tierra, pero las primeras formas de vida tenían metabolismos anaeróbicos o que no utilizaban ni generaban oxígeno. Sin embargo, cuando llegaron las cianobacterias, la producción de oxígeno comenzó a un ritmo lo suficientemente rápido como para acumularse en la atmósfera, aunque los sumideros siguieron reaccionando con él. Este oxígeno gradualmente, a lo largo de 200 a 300 millones de años, desplazó al metano y otros gases atmosféricos. Este fenómeno, que ocurrió hace entre 2.400 y 2.100 millones de años, se denominó Gran Evento de Oxidación. Durante este tiempo, los organismos con metabolismo aeróbico tomaron el control y muchos con metabolismo anaeróbico fueron eliminados.

La formación del suelo

Si bien podemos dar por sentado que el suelo es un hecho, sólo ha estado en la Tierra durante aproximadamente el diez por ciento de su historia. A medida que las plantas terrestres evolucionaron a partir de bacterias y algas que sólo vivían en el agua, comenzaron a formarse varias raíces de plantas. Esto condujo a la formación de suelo, que fue un factor enorme en la creación de una Tierra más habitable. El registro fósil proporciona evidencia de la evolución del suelo a partir de plantas terrestres antiguas con raíces que consistían en tallos delgados y peludos conocidos como rizoides. Los rizoides entrelazados crearon redes de materia viva y en descomposición que finalmente formaron una fina capa de suelo. A medida que la cantidad de suelo crecía, otros organismos como gusanos e insectos establecieron allí sus hogares, creando un entorno donde aún más vida podía desarrollarse y crecer.

A medida que las plantas evolucionaron y se volvieron más complejas, las raíces se hicieron más extensas y llegaron al suelo en busca de nutrientes e hidratación. Las plantas en crecimiento eventualmente se descompusieron, creando grandes depósitos de carbono. Algunos de estos formaron posteriormente depósitos de carbón, que podrían utilizarse como combustible. El carbono también fue un componente importante en la nutrición de formas de vida en evolución y más complejas.

Regulación de la temperatura superficial global

Es interesante considerar que la vida ha seguido habitando la Tierra incluso durante temperaturas extremas como las de una edad de hielo o un episodio global de actividad volcánica. Sin embargo, así es, y los investigadores del MIT han encontrado evidencia de que esto ocurre debido a un mecanismo de retroalimentación que regula la temperatura de la superficie global. Este mecanismo funciona ajustando periódicamente el ciclo del carbono (que depende de la actividad de los organismos vivos) en respuesta a la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera. La cantidad de dióxido de carbono atmosférico está, a su vez, directamente relacionada con la temperatura global. La erosión o erosión de las rocas de silicato genera reacciones químicas que extraen dióxido de carbono de la atmósfera y lo atrapan en los sedimentos rocosos del océano. Cuando los científicos del MIT estudiaron los datos climáticos de los últimos 66 millones de años, descubrieron que las escalas de tiempo durante las cuales se predijo que actuaría la erosión por silicatos coincidían con la amortiguación de los cambios de temperatura de la superficie. Esto demostró que es probable que el mecanismo de retroalimentación propuesto sea una realidad.

Resumen de la lección

La Coevolución de los sistemas y la vida de la Tierra se refiere a la evolución entre especies vivas y materia inorgánica. Geobiología es una ciencia que estudia cómo interactúan la Tierra y los sistemas biológicos. Ciclos biogeoquímicos son ciclos naturales que “fluyen en diversas formas desde los componentes no vivos de la biosfera a los componentes vivos y viceversa.”

La hipótesis de Gaia considera la Tierra como un sistema autorregulador en el que la biosfera. La regulación de la temperatura de la superficie global probablemente también sea causada por un mecanismo de retroalimentación coevolucionado.rizoides, el oxígeno se volvió más dominante en la atmósfera y los organismos con metabolismo aeróbico tomaron el control. El suelo se formó cuando las plantas evolucionaron en la tierra y desarrollaron redes de raíces con tallos delgados y peludos conocidos como Gran Evento de Oxidación son organismos capaces de realizar la fotosíntesis produciendo oxígeno y son responsables de crear la atmósfera que sustenta la mayor parte de la vida en la Tierra. Durante el Cianobacterias es el proceso de convertir la luz solar y el agua en energía, desprendiendo oxígeno. La fotosíntesis, o sistema de organismos vivos, interactúa y coevoluciona con sistemas inorgánicos para crear un entorno de vida óptimo.