« ¡El Universo! Hay tanto que contar…

Con sus tres mil quinientos millones de años de edad, las rocas sedimentarias dispersas por algunas regiones del mundo, por ejemplo, en Australia Occidental (Grupo Warrawoona), nos regalan uno de los primeros atisbos e vida y el  en la infancia de la biosfera. Esas rocas contienen estromatolitos y estructuras microscópicas que han sido interpretados como bacterias fósiles, aunque ese extremo aún siga en pleno debate. No obstante, las signaturas químicas proporcionan evidencias sólidas de la antigüedad de la vida, aunque el tipo de biolo´gia responsable de ellas siga siendo incierto. En las investigaciones geológicas de la vida primigenia de la Tierra seguimos mirando a través de un cristal oscuro.

Muchas veces pasamos junto a sistemas rocosos sin pensar que, en ellos, están presentes un sin fin de  del pasado que nos hablan de la vida y, son los geólogos los que, pacientemente se internan por lugares perdidos del mundo en busca de esa huella que nos hable del surgir de la vida.

El vestigio geológico, como dijo James Hutton, no presemnta “ni vestigios de un principio ni perspectiva de un futuro”. Las perspectivas de un futuro siguen siendo remotas, pero durante las últimas décadas los paleontólogos han desenterrado lo que verdaderamente  considerar los vestigios del proncipio de la vida.

Insectos fosilizados de millones de años de edad. … crucial para reconstruir la historia evolutiva y las relaciones de los animales más diversos y abundantes en la Tierra. La criatura pertenece a una edad …

Fósiles de cascarones (a la izquierda) y de manto bacteriano (a la derecha) en los sedimentos de Pilbara, Grupo Warrawoona, 3.446 Ga-© Frances Westall.

Estas estructuras han sido atribuidas a bacterias fosilizadas. La cantidad de carbono restante unida a estos microfósiles es generalmente muy débil ( 0,01-0,5% con puntas excepcionales hasta el 1%) lo que hace particularmente difícil el análisis del carbono orgánico. No obstante, se han podido determinar los isótopos de carbono y presentan un enriquecimiento variable pero así y todo significativo en carbono 12, lo que habitualmente se traduce en un origen biológico. En general, las moléculas biológicas producidas por fotosíntesis se caracterizan por un enriquecimiento en ¹²C en relación con los carbonatos minerales. Así, la relación ¹²C/¹³C pasa de 88,99 en los carbonatos minerales de referencia a valores comprendidos entre 90,8 y 91,7 en las moléculas orgánicas biológicas.

Aunque no son plantas, las cianobacterias son uno de los principales seres vivos capaces de realizar la fotosíntesis, y  están sujetos al mismo intercambio de gases. En ellos los gases fluyen a través de la membrana y la pared celular por transporte pasivo.

Arguyendo un parecido entre las cianobacterias modernas y los microfósiles de Pilbara, William Schopf, de la  Los Angeles, ha descrito estos últimos como fósiles de cianobacterias. Estas bacterias ancestrales, pues, ya habrían practicado la fotosíntesis oxigenada. Interpretación muy importante ya que situaría la fotosíntesis oxigenada muy atrás en los tiempos geológicos, mientras que los indicios bioquímicos más antiguos de la fotosíntesis oxigenada encontrados en esquistos carbonados, también en Australia, sólo se remontan a 2.700 millones de años. Según el inglés Martin Brasier, de la Universidad de Oxford, las estructuras contendrían efectivamente carbono orgánico enriquecido en isótopo 12, pero la materia orgánica sería de origen puramente químico y no biológico. Podría proceder de la reacción del hidrógeno con el monóxido de carbono (reacción llamada de Fischer-Tropsch), dos gases presentes en los fluidos de las fuentes hidrotermales. La acumulación de materia orgánica en microestructuras sería debida a la cristalización del cuarzo en la vena hidrotermal, y el importante enriquecimiento en carbono 12 sería el resultado de procesos puramente químicos. La explicación de Brasier, no obstante, no es totalmente convincente porque no es probable que la reacción de Fischer-Tropsch produjera moléculas tan complejas como los kerógenos (materia orgánica compleja, insoluble en los disolventes habituales) depositados en las venas hidrotermales.

                       Los Hierros Bandeado de Isua (Groenlandia): las rocas sedimentarias más antiguas

 Sedimento de Isua, Groenlandia, de una antigüedad de 3.800 millones de  donde se han encontrado Bacterias fósiles de una antigüedad aproximada de 3.500 millones de años.

Muchas veces hemos opido hablar de la datación del Carbono y, el sistema de datación radiométrica más conocido es el proporcionado por el ¹⁴C, o Carbono 14, un esótopo raro de Carbono que se produce en  natural por acción de los rayos cósmicos y antropogénicamente por bombas nucleares. Se desintegra en Nitrogeno (¹⁴N) con una vida media de 5.730 años. Como el Carbono 14 es tan poco común (menos de uno de  mil átomos de Carbono) y su vida media es tan corta, la datación con radio carbono queda limitada a los últimos cien mil años, aproximadamente.

Las trazas de vida primitiva han sido borradas por la geología, el fluir de las aguas, los UV y por la propia evolución de la vida, los cambios…del Oxígeno, de la atmósfera, etc. 

En los materiales más antiguos simplemente no queda suficiente ¹⁴C  que pueda medirse con precisión. Por consiguiente, el ¹⁴C proporciona una herramienta de datación valiosa para egiptólogos o para paleontólogos interesados en Mamuts lanudos, pero no sirve para desentrañar la historia profunda de la Tierra que  sus secretos muy bien guardados en lo más profundo de los tiempos.

Conforme estudiamos los restos fósiles vamos sabiendo más de tiempos pretéritos. Cada descubrimiento nos retrotrae un poco más en el pasado y nos dice, por ejemplo, que el primer ojo o el primer ser fotosintético se remontan aún más en el tiempo de lo que pensábamos.

 Frances Westall, del CNRS francés, y sus colaboradores han analizado unos tapetes microbianos fósiles encontrados en el cinturón Barberton Greenstone sudafricano y llegado a la conclusión de que la fotosíntesis ya existía al menos hace 3300 millones de años.

Estas capas de microbios crecían en una Tierra en la que no había oxígeno libre, una Tierra muy distinta a la que conocemos ahora. Probablemente su hábitat era la línea costera a muy baja profundidad bajo la superficie. Un sitio en el que había agua y la luz del Sol llegaba sin dificultad. Esa tonalidad, probablemente verde-azulada, sería la que cambiaría el planeta gracias a la luz y la evolución.

                ¡La Vida! Que estuvo presente en el pasado… ¡De tántas maneras!

Los microorganismos fósiles más antiguos fueron encontrados en los sedimentos de Barberton, en África del Sur, y de Pilbara, en Australia. Estos sedimentos, de una antigüedad de entre 3.200 y 3.500 millones de años, son ligeramente más jóvenes que las rocas de Groenlandia. Los sedimentos se han conservado bien y muestran la existencia de abundante vida en las aguas litorales de poca profundidad, y quizá incluso cerca de la superficie del agua (algunos biofilms tienen una estructura laminada que parece indicar una vida bacteriana que ya utilizaba energía ). Los microfósiles identificados comprenden estructuras filamentosas con una longitud de entre diez y algunos cientos de micras, bastoncillos de algunas micras de largo y estructuras esféricas y ovoides de aproximadamente 1 micra de diámetro.

Los trabajos realizados en Orleans, en el Centro de biofísica molecular del CNRS, por Frances Westall podrían aportar una explicación intermedia. Se han observado al  electrónico morfologías de microfósiles tales como biofilms, polímeros, cascarones, filamentos, bastoncillos, en las muestras de sílice tomadas en Pilbara en zonas limítrofes con las venas hidrotermales de Schopf, pero nunca en el interior mismo de las venas. Estas morfologías contienen carbono identificado por microanálisis con el microscopio electrónico. Parece, en efecto, que las bacterias ancestrales vivían, y posteriormente fueron fosilizadas, en rocas sedimentarias cercanas a venas hidrotermales. Las venas hidrotermales pueden muy bien haber arrastrado la materia orgánica de las bacterias muertas y/o fosilizadas (por lo tanto, enriquecidas en carbono 12), materia orgánica que habría sido depositada nuevamente más arriba en las venas hidrotermales, para formar las famosas estructuras carbonadas complejas descritas por Schopf. Las estructuras de Schopf, pues, sólo serían restos de materia orgánica bacteriana y no bacterias fosilizadas. Esta explicación, por lo tanto, es intermedia entre el todo bacteriano de Schopf y el todo químico de Brasier. No obstante, afirma la presencia de vida bacteriana hace unos 3.500 millones de años.

Izquierda: Sedimento de Isua, Groenlandia, de una antigüedad de 3.800 millones de años.

Derecha: Bacterias fósiles de una antigüedad de aproximadamente 3.500 millones de años

Las rocas más antiguas susceptibles de presentar trazas de vida son sedimentos de una antigüedad aproximada de 3.750 millones de años descubiertos en el sudoeste de Groenlandia.

Estos sedimentos demuestran la presencia permanente de agua líquida, de gas carbónico en la atmósfera y contienen kerógenos, moléculas orgánicas complejas. La relación isotópica del carbono está comprendida entre 90,2 y 92,4 en lo referente a la materia orgánica de los sedimentos de Groenlandia. Estos valores sugieren, pero no demuestran de manera cierta, la existencia de actividad fotosintética, y por lo tanto de vida primitiva, hace 3.800 millones de años. En efecto,  materia orgánica muy antigua (a veces reducida a cristales de grafito) ha sufrido importantes modificaciones en el curso de la diagénesis.

             Muchos son los lugares en los que podemos encontrar moléculas orgánicas complejas. Estas que vemos arriba han sido halladas en Nubes moleculares gigantes en el Espacio lejano y poseen complejos químicos esenciales para la vida.

El producto final de  degradación, los kerógenos, se compone de macromoléculas complejas estables resistentes, que pueden incluso ser transformadas en grafito puro durante el metamorfismo. Todos estos tratamientos pudieron muy bien generar los enriquecimientos en 12C observados. También hay que desconfiar mucho de la contaminación eventual de estas rocas por microorganismos más recientes, contaminación que, evidentemente, falseará los análisis. A causa de las múltiples transformaciones sufridas por estas rocas, hay muy pocas probabilidades de encontrar en ellas vestigios de microfósiles. En efecto, en los sedimentos de Groenlandia no se ha descubierto ninguna estructura parecida a bacterias fósiles.

También aquí hay que rendirse a la evidencia: la esperanza de encontrar pequeños autómatas químicos fosilizados  hace 4.000 millones de años, o incluso moléculas orgánicas constitutivas de tales autómatas, es prácticamente nula. De hecho, tres factores han contribuido a borrar sus indicios sobre la Tierra: la historia geológica accidentada de la Tierra (y en particular la tectónica de placas), la erosión debida a la presencia permanente de agua líquida y la propia vida, que produce enormes cantidades de oxígeno, un veneno para las moléculas orgánicas reducidas. Por lo tanto, podemos temer que las primeras páginas del libro de la historia de la vida queden para siempre en blanco.

                 Mapa de Australia con la región de Pilbara coloreada en rojo.

El grupo Warrawoona

En el Cinturón de Pilgangoora el Grupo Coonterunah de 3.517 millones de años y las granulitas de Carlindi (3.484-3.468 millones de años son la razón fundamental del Grupo Warrawoona bajo un desajuste de erosión, aportando así pruebas de la antigua corteza continental . La Cúpula del Polo Norte (NPD) se encuentra a 10 kilómetros del Grupo Warrawoona.

               Estromatolitos actuales en la Bahía Shark, Australia.

Son celulas que se agrupan en colonias formando rocas sedimentarias. Estas rocas se encuentran en mares calidos y son el resultado de la union de seres uni- celulares, cianobacterias. Las rocas se forman muy lentamente, capa sobre capa y  una capa se muere se deposita el carbonato de calcio de sus paredes sobre la capa anterior.

En el Grupo Warrawoona (3.400-3.500 millones de años) se encontraron estructuras sedimentarias que se identificaron como producidas por la actividad de organismos por William Schopf. Debido a identificación, se consideraron esos restos como la huella de vida más antigua de la que se tiene constancia. Son poco comunes (sólo se han encontrado, además de en Warrawoona, en el Supergrupo Pongola , de 2.700-2.500 millones de años, y en el Grupo de Bulawayan de Rhodesia, de 2.800 millones de años), por lo que no se puede estar seguro de que los organismos que los formaran fueran fotosintéticos y tampoco se pueden sacar conclusiones claras acerca de los ambientes en que se formaron. Ciertas bacterias no fotosintéticas forman estructuras similares a estromatolitos en fuentes termales de Yellowstone, por lo que existe la posibilidad de que bacterias similares formaran las estructuras estromatolíticas arcaicas.

Estos restos de Warrawoona incluyen microfósiles filamentosos y cocoides muy parecidos a cianobacterias, lo que ha inducido a pensar en la existencia de organismos fotosintéticos aeróbicos. Actualmente, estos restos están cuestionados tanto por su origen biológico  por su edad.

Puede parecer sorprendente que las bacterias puedan dejar fósiles. Sin embargo, un grupo particular de bacterias, las cianobacterias o “algas azul-verdosas”, han dejado un  fósil que se extiende en el Precámbrico – las cianobacterias más viejas, como fósiles conocidos tienen casi 3.500 millones años, son los fósiles más antiguos actualmente conocidos. El grupo muestra lo que probablemente es el conservacionismo más extremo de morfología de cualquier organismo. Aparte de las cianobacterias, las bacterias fósiles identificables no son muy frecuentes. Sin embargo, bajo ciertas condiciones del medio químico, pueden reemplazarse células bacterianas con minerales, muchas veces pirita o siderita (carbonato férrico), formando réplicas de las células que una vez estuvieron vivas.

 decíamos, en la datación de objetos más antiguos situados en las profundidades de la historia de la Tierra, el ¹⁴C no sirve, y, nos tenemos que valer de otros materiales cuya vida media sea más larga.  ello, necesitamos un reloj mucho más imponente: un radioisótopo cuya vida media se mida en muchos millones de años o incluso, en miles de millones de años. El Potasio 40 (⁴⁰k) se identificó inicialmente como un candidato prometedor para la geocronología. Este isótopo inestable se desintegra formando o bien Calcio 40 (⁴⁰ Ca), que desafortunadamente no  distinguierse de los iones de Calcio ya presentes en el mineral, o bien Argón (⁴⁰ Ar), que só piede distinguierse. La Vida Media del ⁴⁰K es de 1250 millones de años. Además, el Potasio es abundante y está ampliamente distribuido en los minerales que forman las rocas.

       Mineral de Circón

Sin embargo, lo que realmente necesitamos para datar las rocas muy antiguas es un sistema que funcione como las “cajas negras” de los avianes: un isótopo que no se pierta fácilmente en un mineral que no se altere fácilmente. Los circones, unos minerales que contienen uranio y se encuientran en los granitos y otras rocas igneas, son las cajas negras de la geología precámbrica. De hecho, el uranio enlazado a los cristales de circón en el  de su formación nos proporcionan dos cronómetros fiables: el ²³⁸U se desintegra en Plomo 206 (²⁰⁶Pb) con una vida media de unos cuatro mil quinientos millones de años (la edad de la Tierra), mientras el osotopo ²³⁵U,  abundante ( un 7 por mil), se desintegra en ²⁰⁷Pb con una vida media de algo más de setecientos millones de años.  peculliaridad nos permite verificar por dos métodos las edades medidas en las rocas más antiguas de la Tierra y, podemos daber la edad de los fósiles hallados en ellas.

En la actualidad, nuestro conocimiento de la vida en ambientes arcaícos es a un tiempo drustrante y emocionante: frustrante porque tenemos muy pocas certezas, emocionante porque sabemos algo, por poco que esto sea. Además, es estimulante, pues el compañero de la ignorancia es la oportunidad. Así que nos quedan preguntas importantes que realizar sobre las rocas de Warrawoona y las de otros lugares que nos muestran fósiles que, no siempre sabemos descifrar. Si las rocas más antiguas que hemos podido identificar nos indican la presencia de organimos complejos, ¿queé clase de células vivían en tiempos aún más lejanos? Y, en última instancia, ¿cómo pudieron surgir? ¿Cuál es el origen de la vida?

¿Quién puede contestar esa pregunta?

La vida fue el resultado de los mismos procesos químicos y físicos que formaron los océanos y la corteza continental de nuestro planeta. Nosotros (creo), junto con la inmensa diversidad de clases de vida que en la Tierra han sido, estábamos presentes en las  que el Universo tenía impresas en la evolución de Gaia. Sin embargo, la vida es muy distinta a todo lo demás porque puede experimentar evolución darwiniana. La selección natural ha desempeñado un papel fundamental en la evolución de plantas y animales durante los primeros tiempos de la historia de nuestro planeta, pero también dirigió la evolución química que hizo posible la propia vida, y, esa evolución bioquímica de la materia para hacer posible la vida, se gestó, primero en las estrellas, más tarde en laas explosiones supernovas que hicieron posible la transmutación de materiales sencillos en más complejos y, finalmente, en las Nebulosas donde se formaron nuevas estrellas y planetas que, cargados con estos materiales prebióticos, sólo tuvieron que esperar que, en algún plameta como la Tierra, situado en la Zona habitable de su estrella (el Sol) dejara que el Tiempo, con su transcurrir, hiciera el trabajo.

        Muchos son los planetas situados en la zona habitable de “sus estrellas”

A grandes rasgos entendemos como pueden haber evolucionado las moléculas biológicas a partir de precursores simples presentes en la Tierra joven. Sin embargo, ssigue siendo un misterio cómo las proteínas, los ácidos nucleicos y las membranas llegaron a interaccionar de froma tan compleja hasta llegar a “fabricar” una “máquina” tan maravillosa como nuestro cerebro de cuyas funciones, simplemente conocemos una  muy superficial.

Si pensamos en cómo se pudo conformar el cerebro humano, una estructura de tal complejidad que, posiblemente, nada en el Universo se le pueda igualar, toda vez que, llegar a transiciones de fase que pasan por sucesos que parten  la materia inerte y llegan hasta los pensamientos y los sentimientos…, no existe nada que se le pueda igualar.

¿Conoceremos algún día la verdadera Historia? Esperemos que, al menos, en su mayor parte sí.

emilio silvera

  Los Genes marcan lo que somos

En matemáticas se pueden trazar líneas precisas y concretas que dividan en dos clases entes de naturaleza matemática. Una estructura geométrica se puede suporponer o no a su imagen especular. Una estructura asimétrica puede tener una lateralidad a la derecha o bien a la izquierda.

Cualquier número entero positivo es par o impar, y no hay ninguno de tales números para el cual su situación  a este respecto ofrezca la menor duda. Pero en el mundo, si exceptuamos el nivel subatómico de la teoría cuántica, las lineas divisortias son casi siempre difusas. El alquitrán, ¿es sólido o líquido?. Lo cierto es que, la mayoría de las propiedades físicas se “mueven” en un espectro continuo que hace que vayan cambiando de manera imperceptible de un extremo a otro del mismo.

El paso del tiempo convierte en líquido, gas o sólido algunos materiales y, a otros, los deforma hasta perder su estructura original para convertirmos en lo que antes no eran. Nada permanece, todo cambia. Sea cual fuere la línea de división, habrá algunos casos en los que no podamos definirla y, en otros, habrá objetos tan próximos a ella que el lenguaje ordinario no será lo suficientemente preciso como para poder afirmar a qué lado pertenece. Y, la propiedad de la vida, está, precisamente, en uno de esos continuos.

Para porbar esto basta que consideremos los virus: son las estructuras biológicas más pequeñas que se conocen  con la propiedad de poder “comer” (absorber sustancias situadas en sus proximidades), crecer y fabricar copias exactas de sí mismas.

Son mucho más pequeños que una bacteria (en realidad, algunos virus infectan las bacterias) y pasan sin dificultad a través de un filtro de porcelana fina que, aunque a nosotros nos parezca que está completamente sellada y su superficie es totalmente hermética y lisa, para ellos, tan “infinitamente” pequeños, ofrece miles de huecos por los que poder colarse.

Nuevas grabaciones en vídeo de un virus que infecta a las células sugiere que los virus se expanden mucho más rápido de lo que pensábamos. El descubrimiento de este mecanismo permitirá crear nuevos fármacos para hacer frente a algunos virus. En la punta de un alfiler caben millones de ellos. De hecho, los virus tienen el tamaño de una décima de micrómetro (diezmillonésima parte del metro).

El mundo de lo muy pequeño es fascinante y, por ejemplo, si hablamos de átomos, se necesitarían aproximadamente una cantidad para nosotros inconmensurable de átomos (602.300.000.000.000.000.000.000) para lograr un solo gramo de materia. Fijáos que hablamos de lo pequeño que pueden llegar a ser los virus y, sin embargo, el Hidrógeno con un sólo protón es el átomo más ligero y su masa es 400.000 veces menor que la masa de un virus, como antes dije, el organismo vivo más pequelo que se conoce. El virus más diminuto conocido mide unos o,00000002 m; su tamaño es 2.000 veces mayor que el del átomo. Y, en la punta del algiler que antes mencionamos cabrían 60.000.000.000 (sesenta mil millones) de átomos.

… de onda correspondientes, desde el Everest hasta las moléculas de agua y el átomo de hidrógeno, pasando por ojos de aguja, glóbulos rojos, virus y ADN.

Como los virus son menores que la longitud de onda de la luz, no pueden observarse con un microscopio luminoso ordinario, pero los bioquímicos disponen de métodos ingeniosos que les permiten deducir su estructura, ya que pueden verlos mediante bombardeos con rayos X u otras partículas elementales.

En ralidad, se puede decir que un cristal “crece”, pero lo hace de un modo ciertamente trivial. Cuando se encuentra en una solución que contiene un compuesto semejante a él, dicho compuesto se irá depositando sobre su superficie; a medida que esto ocurre, el cristal se va haciendo mayor, pero el virus, igual que todos los seres vivos, crece de una manera más asombrosa: toma elementos de su entorno, los sintetiza en compuestos que no están presentes en el mismo y hace que se combinen unos con otros de tal manera que lleguen a dar una estructura compleja, réplica del propio virus.

Los virus sólo se multiplican en células vivientes. La célula huésped debe proporcionar la energía y la maquinaria de síntesis, también los precursores de bajo peso molecular para la síntesis de las proteínas virales y de los ácidos nucleicos. El ácido nucleico viral transporta la especificidad genética para cifrar todas las macromoléculas específicas virales en una forma altamente organizada.

El poder que tienen los virus de infectar, e incluso matar, un organismo, se debe precisamente a esto. Invade las células del organismo anfitrión, detiene su funcionamiento y lo sustituye, por decirlo de alguna manera, por otros nuevos. Ordena a la célula que deje de hacer lo que normalmente hace para que comience a fabricar las sustancias necesarias para crear copias de sí mismo, es decir, del virus invasor.

El primer virus que se descubrió, y uno de los más estudiados, es el virus sencillo que produce la “enfermedad del mosaico” en la planta del tabaco. Cristaliza en forma de barras finas que pueden observarse a través del microsopio electrónico. Recientemente se ha descubierto que cada barra es, en realidad, una estructura helicoidal orientada a la derecha, formada por unas 2.000 moléculas idénticas de proteína, cada una de las cuales contiene más de 150 subunidades de aminoácidos.