Rodrigo Ricardo

Cómo la evolución de la vida afectó las condiciones de la Tierra primitiva

Publicado el 13 agosto, 2022

Aire temprano

¿De dónde vino el aire?

Nuestro planeta tiene unos 4.600 millones de años. Su atmósfera se veía bastante diferente al principio. Al principio, la atmósfera de la Tierra probablemente estaba dominada por gases de hidrógeno y helio. Más tarde, estuvo dominado por dióxido de carbono, monóxido de carbono, amoníaco y otros compuestos. El oxígeno ni siquiera fue realmente una consideración en la atmósfera de la Tierra durante los primeros mil millones o dos mil millones de años, aunque el oxígeno actualmente constituye aproximadamente el 21% de nuestra atmósfera. ¿Así que de dónde vienen?

La primera atmósfera de la Tierra probablemente estuvo dominada por gases de hidrógeno y helio. Sin embargo, la gravedad no era lo suficientemente fuerte como para evitar que estas moléculas muy ligeras se fueran a la deriva hacia el espacio.

Con el tiempo, la atmósfera de la Tierra estuvo dominada por dióxido de carbono, dióxido de azufre, monóxido de carbono, metano, amoníaco, agua, cloro gaseoso, nitrógeno gaseoso y otros. Estos habrían sido subproductos de las primeras erupciones volcánicas.

Evolución química

Lo crea o no, las moléculas de oxígeno en sí mismas son bastante dañinas. Por eso fue mucho más fácil para la vida evolucionar en un entorno pobre en oxígeno.

En una atmósfera como la de la Tierra primitiva, libre del poder destructivo del oxígeno, podrían formarse de forma natural moléculas complejas que consideramos precursoras de la vida.

Puede sonar extraño, pero en realidad nos las hemos arreglado para hacer esto en un laboratorio, allá por la década de 1950. En el famoso experimento de Miller-Urey, los científicos recrearon la atmósfera primitiva de la Tierra. En una semana, encontraron compuestos orgánicos como aminoácidos, ácidos grasos y urea. Aunque nuestras ideas sobre cómo era la atmósfera de la Tierra primitiva han cambiado desde Miller y Urey, los experimentos posteriores con supuestos actualizados han encontrado lo mismo.

Hoy en día, la mayoría de los científicos creen que los océanos durante este período de tiempo eran una especie de sopa prebiótica, llena de moléculas llamadas depsipéptidos, que se pueden combinar para producir proteínas. Se creía que estos depsipéptidos eran bastante comunes en los primeros océanos. Sin oxígeno en la atmósfera para reaccionar con estas moléculas, y sin bacterias que las descompongan, simplemente habrían permanecido ahí después de su formación.

Los científicos han demostrado que cuando estas moléculas precursoras se derraman sobre rocas calientes, se combinan para formar estructuras similares a proteínas.

Como puede imaginar, estos compuestos fueron útiles para la vida más temprana en la tierra. Creemos que los primeros organismos que evolucionaron fueron heterótrofos; es decir, tenían que consumir sus alimentos. Por suerte para ellos, los océanos en los que evolucionaron estaban llenos de estos compuestos orgánicos para que los comieran.

¿Qué sucede cuando se acaba?

Con el tiempo, la vida le fue bastante bien. Sin embargo, eso significó que los nutrientes que se encontraban en los océanos de la Tierra primitiva comenzaron a ser más difíciles de encontrar. En ese momento, un autótrofo, un organismo que podría producir su propio alimento, comenzaría a tener una ventaja.

La fotosíntesis es la forma más común de autotrofia, aunque algunos organismos utilizan un proceso relacionado llamado quimiosíntesis. En la fotosíntesis moderna, el dióxido de carbono y las moléculas de agua se convierten en azúcar y oxígeno, y se utiliza una fuente de luz como energía.

Sin embargo, esa es una reacción bastante compleja. La fotosíntesis temprana probablemente fue un poco más simple. Aunque todavía se están resolviendo los detalles, muchos científicos creen que los primeros organismos fotosintetizadores oxidaron gas hidrógeno en agua, en lugar de oxidar el agua a oxígeno molecular. También tenían precursores de la clorofila, el pigmento verde utilizado en la fotosíntesis moderna. Estos primeros organismos fotosintetizadores se conservan en el registro fósil de hace unos 3.400 millones de años. Puede haber muestras de hasta 3.800 millones de años, aunque algunos científicos lo niegan.

Los primeros organismos fotosintetizadores que produjeron oxígeno como subproducto fueron las cianobacterias. Las cianobacterias aparecieron en el registro fósil hace unos 2.700 millones de años. A partir de ahí, las cianobacterias comenzaron a producir oxígeno lentamente. Debido a que el primer oxígeno atmosférico reaccionó con hierro, azufre y metano, el producto más importante de las cianobacterias, el oxígeno, tardó unos trescientos o cuatrocientos millones de años en comenzar a aparecer en el registro geológico.

Cuando este oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera, muchos de los primeros organismos de la Tierra no pudieron tolerarlo y se extinguieron. Las cianobacterias proliferaron y fueron la forma de vida dominante durante más de mil millones de años. Se ha dicho que nunca antes un solo organismo había dominado el paisaje de la Tierra durante tanto tiempo. Las cianobacterias incluso existen hoy en día.

Cianobacterias

Resumen de la lección

La Tierra tiene unos 4.600 millones de años. Al principio, la atmósfera de la Tierra contenía predominantemente gases de hidrógeno y helio. Luego, contenía principalmente los gases liberados por la actividad volcánica: dióxido de carbono, monóxido de carbono y metano, entre otros.

La atmósfera primitiva de la Tierra era un buen entorno para que existieran moléculas orgánicas complejas, incluso antes de que evolucionara la vida. Sabemos por el experimento de Miller-Urey que las moléculas orgánicas se pueden formar en entornos sin vida, con la atmósfera adecuada. Los precursores de proteínas llamados depsipéptidos se forman fácilmente y pueden formar estructuras similares a proteínas cuando se salpican rocas calientes.

Debido a que la Tierra primitiva era tan buena para producir moléculas orgánicas y no las descomponía después de su creación, creemos que los océanos primitivos eran una especie de sopa prebiótica de nutrientes. Entonces, cuando las primeras formas de vida evolucionaron, tenían mucho para comer. Estas formas de vida tempranas eran heterótrofos, lo que significa que eran organismos que no podían producir su propio alimento.

No fue hasta la evolución de los autótrofos, u organismos que producen su propio alimento, que el oxígeno comenzó a acumularse lentamente en la atmósfera. Los primeros autótrofos fotosintéticos no tenían oxígeno como subproducto, pero las cianobacterias sí. Después de varios cientos de millones de años de un planeta dominado por cianobacterias, el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera. Este oxígeno era tóxico para muchas de las otras formas anteriores de vida unicelular en la tierra. Este cambio atmosférico alteró el paisaje y permitió que muchas formas de vida nuevas ocuparan nichos recién creados.

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