Capítulo 3
Características físicas de la Tierra

A la ciencia que estudia la forma de la Tierra la denominamos geodesia. Más en concreto los objetivos esenciales de esta rama de la Geofísica son la determinación de la forma geométrica externa de la Tierra y la determinación de la intensidad y de la dirección del campo gravitatorio terrestre en el mayor número de lugares posibles.

Coordenadas celestes.

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Capítulo 4
La estructura de la Tierra
Las capas de la Tierra

Erosión glaciar en la costa oeste de Islandia.

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A pesar del tiempo transcurrido, la Vida, nos sigue asombrando. ¿Qué pasó para que surgiera?

Aquellos primeros intentos del hombre por conocer el Universo y el lugar que ocupaba en él, convertía ese misterio de la Naturaleza en una poderosa historia que, desde épocas remotas, ha estado siempre desafiando nuestro intelecto. Cuando llegamos a un aceptable nivel de conocimientos, pudimos buscar los fósiles de animales como los dinosaurios siguen causando el asombro del público en general y nos transportan a un tiempo en los que reinaban en aquellos frondosos bosques mesozoicos por los que bullía la vida de aquellas bestias prodigiosas.

Cráneo de Lucy, el fósil de un niño de hace 3,3 millones de años de la especie Astrolopithecus afarensis. El cráneo de Lucy y unos huesos diminutos, cuidadosamente dispuestos en una vitrina, nos transportan hasta la cálida sabana africana en la que se gestó hace unos tres millones de años, la aventura de la especie humana.

Los más antiguos son los trilobites, esos monarcas de los mares cámbricos que, con sus extremidades articuladas, deambulaban por los arrecifes tropicales hace unos quinientos millones de años.

Pocos especímenes inspiran una mayor emoción entre los coleccionistas de fósiles que un trilobite completo. Estos antiguos artrópodos, parientes evolutivos de las langostas, arañas e insectos, se extinguieron hace muchos millones de años, pero a veces se les encuentra magníficamente conservados.

Los fósiles de animales, reclamados por la cultura popular tanto como por la ciencia, nos ofrece una crónica biológica de importante envergadura. Sin embargo, los fósiles sólo registran los capítulos más recientes de la colosal épica evolutiva de la Tierra. La historia completa de la vida abarca nada menos que cuatro mil millones de años, desde los extraños mundos de los océanos sulfurosos que se extendían bajo una atmósfera asfixiante, pasando por bacterias que respiraban hierro y quimeras microscópicas, hasta llegar por fin a nuestro familiar mundo de Oxígeno y Ozono, de valles boscosos, de animales que nadan, corren o vuelan. Sheherazade no habría imaginado un cuento más fascinante que esa realidad que nos cuenta la historia de la vida en el planeta Tierra.

Siendo mucho lo que, sobre la vida, hemos podido saber, no es suficiente para dar una explicación convincente. Cada nuevo dato, cada nuevo descubrimiento de los científicos especialistas, nos viene a plantear nuevas preguntas que no sabemos contestar.

Acordaos de lo que decía Jhon Archibal Wheeler, aquel gran Físico: “Vivimos en una isla rodeada por un mar de ignorancia”. Y, cada día,tenemos la obligación de buscar las respuestas que nos lleven a saber, de forma tal que, cada vez la isla se haga más grande y ese mar…, al menos se reduzca en una buemna proporción.

La historia científica de la vida es una narración apasionante que, correctamente explicada, nos ayuda a comprender no sólo nuestro pasado biológico sino también la Tierra y toda la vida que nos rodea en la actualidad. Esa diversidad biológica es el producto de casi cuatro mil millones de años de evolución. Somos parte de ese legado; al intentar comprender la historia evolutiva de la vida, comenzamos a entender nuestro propio lugar en el mundo y nuestra responsabilidad como administradores de un planeta que nos dio cobijo y al que nos tuvimos que adaptar lo mismo que él, el planeta, se adaptó a la presencia de la vida que, de alguna manera cambió su entorno climático, precisamente debido, a esa presencia viviente que generó las precisas condiciones para poder estar aquí.

La historia de la vida tiende a relatarse (no pocas veces) al estilo de la genealogía de Abraham: las bacterias engendraron a los protozoos, los protozoos engendraron a los invertebrados, los invertebrados engendraron a los peces, y así sucesivamente. Tales listas de conocimientos adquiridos pueden memorizarse, pero no dejan mucho espacio para pensar. La cuestión no es tan sencilla y los descubrimientos de la paleontología, la más tradicional de las empresas científicas, se entrelazan con nuevas ideas nacidas de la biología molecular y la geoquímica.

Los huesos de los Dinosaurios son grandes y espectaculares y hacen que los que los contemplan (niños y mayores), abran los ojos como platos, asombrados de tal maravilla. Pero, aparte del tamaño de sus habitantes, el mundo de los dinosaurios se parecía mucho al nuestro. Contrasta con él la historia profunda de la Tierra, que nos cuentan fósiles microscópicos y sutiles señales químicas y que es, pese a ello, un relato dramático, una sucesión de mundos desaparecidos que, por medio de la transformación de la atmósfera y una evolución biológica, nos llevan hacia el mundo que conocemos hoy.

Pero, ¿cómo podemos llegar a comprender acontecimientos que se produjeron hace mil millones de años o más? Una cosa es aprender que en las llanuras mareales de hace mil quinientos millones de años vivían bacterias fotosintéticas, y otra muy distinta cómo se infiere que unos fósiles microscópicos pertenecen a bacterias fotosintéticas, cómo se averigua que las rocas que los rodean se formaron en antiguas llanuras mareales y cómo se estima su edad en mil quinientos millones de años.

Las rocas australianas se han convertido en el lugar más idóneo del planeta para buscar indicios del origen de la vida en la Tierra. Ha sido en la formación Strelley Poll, al oeste del país, en Pilbara, donde un equipo de científicos, australianos en su mayoría, ha descubierto los fósiles microscópicos de unas bacterias que vivieron hace 3.400 millones de años y que aparecen asociados a diminutos cristales de pirita.

El leitmotiv epistemológico de cómo sabemos lo que creemos que sabemos, en realidad, aparece de manera espontánea a base de mucho estudio de campo, investigación exhaustiva en los más dispares rincones de la Tierra y, un profundo estudio concatenado en el tiempo de todo aquello que, en cada exploración pueda ir apareciendo. En tanto que empresa humana, estamos inmersos también en un relato de exploración que se extiende desde el espacio interior de las moléculas al espacio literalmente exterior de Marte y otros planetas.

Uno de los temas más claros de la historia evolutiva es el carácter acumulativo de la diversidad biológica. Las especies individuales (al menos las de los organismos nucleados) aparecen y desaparecen en una sucesión geológica de extinciones que ponen de manifiesto la fragilidad de las poblaciones en un mundo de competencia y cambio ambiental –de formas de vida con una morfología y fisiología características- es una historia de acumulación. La visión de la evolución a gran escala es indiscutiblemente la de una acumulación en el tiempo gobernada por las reglas de funcionamiento de los ecosistemas. La serie de sustituciones que sugieren los enfoques al estilo de la genealogía de Abraham no consigue captar este atributo básico de la historia biológica.

Así, creemos saber que la vida nació por mediación de procesos físicos en la Tierra primigenia. Estos mismos procesos –tectónicos, oceanográficos y atmosféricos- sustentaron la vida era tras era al tiempo que modificaban continuamente la superficie de la Tierra. Por fin la vida se expandió y se diversificó hasta convertirse en una fuerza planetaria por derecho propio, uniéndose a los procesos tectónicos y físico-químicos en la transformación de la atmósfera y los océanos.

Dondequiera que choquen las relativamente rápidas placas tectónicas oceánicas con las enormes placas continentales, se forman cadenas montañosas en continua elevación. Los ejemplos más espectaculares se subducción y formación montañosa son, respectivamente, la placa del Pacífico sumergiéndose en las profundas fosas del Asia oriental, y el Himalaya, que se eleva por el choque de las placas índica y euroasiática. Todo forma parte del proceso que llevó a la vida.

Para mí y para cualquiera que emplee la lógica de la ciencia que se guía por los hechos probados, el surgimiento de la vida como una característica definitoria –quizá la característica definitoria- de nuestro planeta es algo extraordinario.

¿Cuántas veces ha ocurrido lo mismo en la vastedad del Universo? Es lo primero que se me viene a la mente cuando (en la noche silenciosa, oscura y tranquila lejos del bullicioso ambiente de las ciudades y de su molesta contaminación lumínica), miro hacia las estrellas brillantes del cielo que, muy lejanas en regiones remotas, también como nuestro Sol, están rodeadas de mundos que, como el nuestro, habrán tenido la misma posibilidad que la Tierra para que la vida, pudiera surgir.

Hacer aquí un recorrido pormenorizado del largo camino que la vida ha tenido que recorrer, y dibujar un esquema a modo de un árbol de la vida, es imposible. El presente trabajo trata simplemente, de dejar una idea básica de cómo la vida llegó aquí, al planeta Tierra, y, de cómo pudo evolucionar con el paso del tiempo y dentro de su rica diversidad.

                          En todos estos escenarios está presente la vida

Los expertos si han construido un árbol de la vida a partir de comparaciones ente secuencias de nucleótidos de genes de diversos organismos, las plantas y los animales quedan reducidos, en ese árbol, a brotes en la punta de una sola de las ramas. La mayor diversidad de la vida y, por extensión, la mayor parte de su historia, es microbiana. Así lo atestiguan todos y cada uno de los hallazgos encontramos en las rocas precámbricas que contienen fósiles de aquellas primeras formas de vida.

Y, una cosa está muy clara y no se presta a ninguna clase de dudas: Las Bacterias y las Arqueas, son los arquitectos de los ecosistemas terrestres.

Biólogos expertos indiscutibles de probada valía y reconocido prestigio, han llegado a sugerir que los genes de los organismos actuales contienen el relato completo de la historia evolutiva. Pero, de ser así se trataría, como en las historias de Shakespeare, de relatos limitados a los vencedores de la vida. Sólo la paleontología nos puede hablar de los trilobites, los dinosaurios y otras maravillas biológicas que ya no adoran la faz de la Tierra.

Para comprender la historia de la vida, tenemos que urdir en una misma tela los descubrimientos de la geología y de la biología comparativa, utilizando los organismos vivos para reanimar a los fósiles y a los fósiles para averiguar cómo ha llegado a formarse la diversidad de nuestra propia era.

Tras descubrir el mundo de las bacterias pudimos saber que, la vida en la Tierra, estaba representada de muchas maneras además de la que podíamos contemplar a nuestro alrededor. Otro “mundo” oculto a la vista, contenía una inmensidad de “criaturas” que, también contaban.

La similitud jerarquizada de las especies era bien conocida por aquellos antiguos naturalistas de los que, en su momento, ya hablamos aquí y dejamos una bonita reseña. Linneo la codificó hasta finales de la década de 1730 al proponer un sistema jerárquico de clasificación taxonómica que, prácticamente, sigue utilizándose en nuestros días. Pero fue Charles Darwin quien reconoció explícitamente la naturaleza genealógica de este patrón.

Podemos explicar las similitudes entre humanos y chimpancés atribuyéndolas a su descendencia de un antepasado común que poseía las distintas características que los dos grupos comparten. En realidad, el registro fósil de la descendencia humana es notablemente incompleto, pero los restos de esqueletos hallados en África y Asia, conforman esta predicción: Los Humanos no descienden de los chimpancés, divergieron a partir de un antepasado común que no era ni Homo ni Pan.

Está claro que, la especie Humana (por muchas razones), se cree muy superior a todos los demás seres vivos sobre la Tierra. Puesto que somos grandes animales (algo racionales), se nos podría perdonar que tengamos una visión del mundo que tiende a celebrar lo nuestro, pero la realidad es que nuestra perspectiva es errónea. Somos nosotros los que hemos tenido que evolucionar para encajar en el mundo microbiano, y no al revés. Que esto sea así se debe, en parte, a una cuestión histórica, pero también tiene una explicación en términos de diversidad y funcionamiento del ecosistema. Si los animales son la guinda de la evolución, las Bacterias son el pastel.

                                      Anabaena  (cyanobacterium)

Las plantas, los animales, los hongos, las algas, y los protozoos son todos organismos eucariotas, genealógicamente vinculados por un modo de organización celular en el que el material genético aparece encerrado en el interior de una estructura membranosa llamada núcleo. Las Bacterias y los Procariotas son distintos: sus células carecen de núcleo. Por lo que respecta a su importancia biológica, los eucariotas parecen jugar con una clara ventaja; los organismos eucariotas se presentan en una gran variedad de tamaños y formas que van desde los escorpiones, los elefantes y las setas hasta los geranios, las luminarias y las amebas. Los procariotas, en cambio, son en su mayoría esferas diminutas, cilindros o espirales. Algunas bacterias forman filamentos sencillos de células unidas por sus extremos, pero son muy pocas las que llegan a construir estructuras multicelulares más complejas.

El tamaño y la forma sin duda dan la ventaja a los eucariotas, pero la morfología es sólo uno de los criterios posibles para medir la importancia ecológica. El metabolismo –el modo como un organismo obtiene materia y energía- es otro criterio, y de acuerdo con este son los procariotas los que destacan por su diversidad. Los organismos eucariotas básicamente viven de tres maneras sencillas, algunos, como nosotros mismos, somos heterótrofos, es decir, obtenemos tanto el Carbono como la energía que necesitamos para el crecimiento de ingerir moléculas orgánicas producidas por otros organismos. Para obtener energía, nuestras células utilizan oxígeno para descomponer azúcares en dióxido de carbono y agua mediante el proceso denominado respiración aeróbica (utilizamos oxígeno).

En caso de necesidad, podemos conseguir un poco de energía por medio de un segundo tipo de metabolismo llamado fermentación, un proceso anaeróbico (sin oxígeno) por el que una molécula orgánica se descompone en dos (sólo las levaduras y unos pocos eucariotas más viven fundamentalmente con este metabolismo.)

El tercer tipo principal de metabolismo energético que se encuentra en los eucariotas es la fotosíntesis que realizan las plantas y las algas: la clorofila y otros pigmentos asociados captan la energía del Sol, y ésta permite a las plantas fijar dióxido de carbono en forma de materia orgánica. Para convertir la luz en energía bioquímica las plantas necesitan un electrón, que proporciona el agua, y en el proceso se libera oxígeno como producto secundario.

Claro que, si comparamos las formas de metabolismo de los eucariotas con las de los procariotas, perdemos por goleada. La diversidad metabólica de los microorganismos procariotas, son el aspecto clave para estudiar la vida primigenia. Sus numerosas y asombrosas formas de metabolismo a las que se han adaptado para vivir son, en verdad, una maravilla de la Naturaleza.

Algunas, como nosotros mismos, utilizan oxígeno pero otras, para la respiración utilizan Nitrato disuelto (NO₃¯) en lugar de oxígeno, y aún otras usan iones sulfato (SO₄²¯) u óxidos metálicos de hierro p manganeso. Unos pocos procariotas pueden incluso utilizar CO₂ de forma muy parecida a como lo hacen las algas y plantas terrestres eucariotas. Sin embargo, cuando en el medio hay sulfuro de hidrógeno (H₂S), bien conocido por su característico olor a “huevos podridos” (en las Nebulosas es un material muy abundante), muchas cianobacterias utilizan este gas en lugar del agua para obtener los electrones que requiere la fotosíntesis. Como producto secundario se forma entonces azufre y sulfato, no oxígeno.

Las Cianobacterias constituyen sólo uno de los cinco grupos distintos de bacterias fotosintéticas. En los otros grupos, el aporte de electrones por H₂S, gas hidrógeno (H₂) o moléculas orgánicas es obligado y nunca se produce oxígeno. Estas bacterias fotosintéticas captan la luz con bacteriocloforila en lugar de la clorofila, más familiar. Otras usan vías metabólicas muy distintas, y un tercer grupo se sirve de una fuente de Carbono orgánico en lugar de CO₂.

Las variaciones bacterianas sobre temas metabólicos de la respiración, la fermentación y la fotosíntesis son, pues, impresionantes, pero los organismos procarióticos han desarrollado todavía otro modo de crecer que es completamente desconocido en los eucariotas: la quimiosíntesis. Como los organismos fotosintéticos, los microbios quimiosintéticos toman el carbono del CO₂. Pero obtienen la energía de reacciones químicas y no de la radiación solar, lo que consiguen utilizando oxígeno o nitrato (o, de forma menos frecuente, el sulfato, el hierro hoxidizado o el manganeso) se combina con hidrógeno, metano o formas reducidas de hierro, sulfuro o nitrógeno de tal modo que la célula capta la energía desprendida por la reacción. Los procariotas metanogénicos resultan de particular interés para la ecología y la evolución, estas diminutas células extraen energía de una reacción  entre hidrógeno y dióxido de carbono en la que se libera metano (aquí, nos podemos acordar del foco de metano detectado en Marte).

              Se ha descubierto que la Atmósfera de Marte pudo haber contenido agua en abundancia, que ahora el agua está allí presente, que existen focos de metano que no se está seguro si su procedencia pudiera ser…de “seres vivos” microscópicos de los llamados metanógenos.

Las vías metabólicas de los procariotas sustentan los ciclos biológicos que mantienen la Tierra en su condición de planeta habitable.

Fijémonos por ejemplo en el dióxido de Carbono. Los Volcanes aportan CO₂ a los Océanos y la Atmósfera, pero la fotosíntesis lo sustrae a un ritmo más rápido. Tan rápido de hecho, que los organismos fotosintéticos podrían proveer de CO₂ a la atmósfera actual en poco menos de una década. Naturalmente no ocurre así, y ello se debe sobre todo a que esencialmente la respiración realiza la reacción fotosintética en sentido inverso. Mientras que los organismos fotosintéticos hacen reaccionar CO₂ con agua para producir azúcares y oxígeno los seres vivos que respiran (entre los que nos incluimos todos nosotros) hacen reaccionar azúcar con oxígeno y en el proceso liberan agua y dióxido de carbono. Conjuntamente, la fotosíntesis y la respiración reciclan el carbono en la biosfera y sostiene así la vida y su ambiente a largo tiempo.

Estaría bien dejar aquí una reseña de ese otro dominio microscópico al que llamamos extremófilos y que, por sus metabolismos increíbles, podrían vivir, en cualquier parte que nos podamos imaginar: Una Nebulosa, las profundidades de la Tierra, en las Salinas, en aguas pesadas, en capas altas de la atmósfera, en las profundidades oceánicas y, en fin, en cualquier sitio que nos pudiera parecer un infierno inhabitable, allí, para nuestro asombro, podrían estar ellas ricamente instaladas. Sin embargo, el trabajo se hace muy largo ya, y, lo que menos quisiera es que, el personal, comenzara a bostezar, aunque durante todo el recorrido, he procurado siempre plasmar las ideas de manera que despertara la curiosidad y, sobre todo, que dejara una idea clara de lo que la vida ha sido en la Tierra desde su aparición.

¿Qué nos queda mucho por saber de la historia de la vida en la Tierra? Claro que sí. Sin embargo, es bueno estar al día de las cosas que ya sabemos.

emilio silvera

Fuente: Recopilación de textos diversos escritos por autores de reconocido prestigio. Aquí quedan párrafos de “La Vida en un joven Planeta”, de “Así de Simple”, o, de “La vida en Evolución” y, desde luego, nos da una idea básica de lo que la vida es y de cómo ha podido ir adaptándose al medio incidiendo en él para que, el ecosistema se convirtiera en el ideal para ella.

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Conozcamos a nuestras vecinas

Pequeña Nube de Magallanes, una galaxia satélite de nuestra propia Vía Láctea, es una de las maravillas del firmamento del hemisferio sur. Esta pequeña galaxia (la cual recibió su nombre en honor al navegante portugués del s. XVI Fernando de Magallanes) forma parte de la constelación del Tucán; más concretamente, se encuentra en una de las “alas” del pájaro. Las imágenes de sus estrellas, así como del gas y el polvo que contiene, son un objetivo frecuente de los telescopios ópticos.

Sorprendentemente, esta galaxia también tiene una cola. Como como podemos ver en esta imagen mosaico del telescopop espacial Spitzer, coloreada artificialmente, la cola se extiende hacia la derecha hasta el límite del ala del tucán. Probablemente, esta cola se formó debido a que las mareas gravitatorias arrancaron polvo, gas, y algunas estrellas recien nacidas de la masa principal de la galaxia. Dos cúmulos de dichas estrellas se pueden apreciar como puntos rojos en la cola, calentando las nubes de polvo donde se originaron.

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Esquema de estrellas binarias eclipsantes mostrando la curva de luz observada.

Estrella binaria:

Par de estrellas unidas por su atracción gravitatoria mutua y orbitando en torno a su centro de masas común, en contraposición a una doble óptica, que no esta ligada gravitatoriamente. Una binaria visual es aquella que se puede resolver visual o fotográficamente, mientras que una binaria astronómica es detectable únicamente por las irregularidades en el movimiento propio de alguna de las estrellas visibles. En las binarias eclipsantes son los eclipses los que aportan evidencias directas de la existencia de un compañero, mientras que en las binarias espectroscópicas son los desplazamientos Doppler de las líneas espectrales.

En otros artículos hablabámos de la posible estrella de Quark, una rareza y, aquí podemos ver un Sistema de estrellas binarias múltiples Los períodos orbitales de las binarias varían entre minutos y cientos de años. Las binarias con componentes muy próximos entre sí se subdividen de acuerdo a cuánto llena cada componente su lóbulo de Roche, dando lugar a binarias separadas, semiseparadas y de contacto. Las últimas dos categorías incluyen a las binarias en interacción, en las que existe una transferencia de masa. Muchas binarias son también estrellas variables, siendo las más importantes las distintas formas de binarias cataclísmicas, las supernovas de tipo I y ciertas fuentes variables de rayos X.

                     En ocasiones, las binarias llegan a estar tan cerca que, finalmente, se produce el contacto

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