Si pudiésemos construir una máquina del tiempo y volver a un pasado lejano de la Tierra, recibiríamos una desagradable sorpresa. No seríamos capaces de respirar el aire. A menos que tuviesemos un aparato de respiración, nos ahogaríamos en cuestión de minutos. En la primera mitad de la historia de nuestro planeta, no había oxígeno en la atmósfera. Este gas vital sólo empezó a existir hace alrededor de 2,4 mil millones de años. Esta “Gran Oxidación” fue una de las cosas más importantes a sucedieron nunca en este planeta. Sin ella, no habrían existido todos los animales que respiran oxígeno: no habría insectos, no habría peces, y ciertamente no habría humanos. Durante décadas, los científicos han trabajado para comprender cómo y por qué el primer oxígeno se bombeó al aire. Ellos han sospechado durante mucho tiempo que la vida en sí era responsable de la creación del aire que respiramos. Pero no cualquier vida. Si hay que creer a los últimos resultados, la vida misma ha sido objeto de una gran transformación justo antes de la Gran Oxidación. Este salto en la evolución hacia adelante puede ser la clave para entender lo que pasó. La Tierra ya era más vieja de los dos mil millones de años de edad en el momento de la Gran Oxidación, habiendose formado hace 4,5 mil millones de años. Fue habitada antes, pero sólo por organismos unicelulares. Estos han evolucionado para tomar la energía del sol.

No se sabe con exactitud cuándo comenzó la vida, pero los fósiles más antiguos conocidos de estos organismos datan de 3,5 mil millones de años, por lo que debe haber sido antes. Esto significa que la vida había sido de alrededor de al menos mil millones años antes del Gran Evento de Oxidación. Estas formas simples de vida son los principales candidatos para el Gran Evento de Oxidación. Un grupo en particular se destaca: las cianobacterias. Hoy en día, estos organismos microscópicos veces forman capas azules y verdes brillantes en los estanques y océanos.

Cianobacterias cultivadas (Wikimedia commons)
Cianobacterias cultivadas (Wikipedia commons)

Sus antepasados ​​han inventado algo que desde entonces se ha extendido como la vida silvestre. Ellos han evolucionado para tomar energía de la luz solar y utilizarla para hacer azúcares del agua y de dióxido de carbono. Esto se conoce como la fotosíntesis, y hoy en día es como todas las plantas verdes obtienen su alimento. Cualquier árbol en la calle usa más o menos en el mismo proceso químico como la primera cianobacteria utilizó hace miles de millones de años. Fueron cianobacterias las que expulsaron oxígeno no deseado las que transformaron la atmósfera de la Tierra Desde el punto de vista de la bacteria, la fotosíntesis  tiene un inconveniente. Produce oxígeno como desecho. El oxígeno no es de ninguna utilidad para ellas, y lo liberan en el aire. Así que hay una explicación simple para el Gran Evento de Oxidación. Fueron las cianobacterias, al axpulsar oxígeno no deseado lo que transformó la atmósfera de la Tierra. Pero todo esto explica cómo sucedió, pero no explica por qué, y ciertamente no explica cuando sucedió. El problema es que las cianobacterias parecen haber existido mucho antes de la Gran Oxidación. “Ellas son probablemente uno de los primeros organismos que tenemos en este planeta”, dice Bettina Schirrmeister de la Universidad de Bristol, en el Reino Unido. Podemos estar seguros de que había cianobacterias hace  2.9 mil millones de años, porque  hay evidencia de “oasis aislados de oxígeno” en ese momento. Ellos pueden datar de así como 3.5 mil millones de años, pero es difícil de decir porque el registro fósil es muy irregular. Esto significa que las cianobacterias bombearon oxígeno al menos la mitad de los mil millones de años anteriores de que aparezciera el oxígeno en el aire. Eso no tiene mucho sentido. Una explicación es que había muchos productos químicos de todas clases – los gases volcánicos quizás – que reaccionaron con el oxígeno, “barriendolo” del aire. Pero hay otra posibilidad, dice Schirrmeister. Quizás las cianobacterias hayan cambiado. “Algunas cianobacterias desarrollaron una innovación evolutiva que las ha ayudado a ser más eficientes y más decisivas” dijo ella. Algunas cianobacterias modernsa hicieron algo que, de acuerdo con las normas bacterianas, es notable. Aunque la gran mayoría de las bacterias son células individuales, se hicieron multicelulares.

Cianobacteria pluricelular (20minutos)
Cianobacteria pluricelular (20minutos)

La pluricelularidad de las cianobacterias podría ser un elemento de cambio para la Tierra  primitiva. Las células de cianobacterias individuales se unieron en filamentos fibrosos, tales como vagones de tren. Esto en sí mismo es inusual para las bacterias, pero algunas han ido más lejos. “Muchas cianobacterias son capaces de producir células especializadas pierden su capacidad de dividirse”, dice Schirrmeister. “Esta es la primera forma de especialización que vemos.” Se trata de una versión simple de muchas células especializadas que tienen los animales, como los músculos, nervios y las células sanguíneas. Schirrmeister piensa que la pluricelularidad  podría haber sido un elemento de cambio para el inicio de las cianobacterias en la Tierra. Ofrece varias ventajas posibles. En la Tierra primitiva, organismos unicelulares a menudo vivían juntos en las capas planas de limo llamado “alfombra”. En cada alfombra habría habido muchas especies de cianobacterias, y una serie de otras cosas para arrancar. La Tierra era bombardeada con la dañina radiación ultravioleta del Sol. Una cianobacteria multicelular tendría una clara ventaja sobre sus rivales unicelulares. Sería más fácil de propagarse, porque su superficie mayor significaría que era más fácil de arraigarse en las rocas resbaladizas.

Ese organismo sería “menos probable de ser arrastrado en la corriente”, dice Schirrmeister. Muchas cianobacterias multicelulares modernos pueden moverse dentro de sus alfombras. “No son muy rápidas, pero pueden moverse”, dice Schirrmeister. Esto sugiere que también podrían las primitivas. El movimiento autónomo podría ayudarle a sobrevivir cuando la Tierra fue bombardeada con radiación ultravioleta dañina del sol, y no había capa de ozono para protegerse. “En las alfombras modernas, las cianobacterias se dan la vuelta y se ponen en vertical en vez de horizontal para la protección contra el exceso de luz solar”, dice Schirrmeister. “También se efectúa el movimiento entre las capas. Puede ser que éstas cianobacterias multicelulares tuvieran la capacidad de posicionarse de manera óptima en la alfombra “. Es una gran idea. Pero para que esto sea cierto, debe haber cianobacterias que evolucionaron a la pluricelularidad antes de la Gran Oxidación. Schirrmeister ha pasado los últimos años tratando de entender cuando las cianobacterias  evolucionaron primeramente a la  pluricelularidad. Los indicios están en sus genes. Por el examen  comparativo de los genes que de todas las especies de cianobacterias , e identificando pequeñas diferencias entre ellos, se podría entender cómo están todas relacionadas.En resumen, el desarrollo del árbol genealógico de las cianobacterias. Con este árbol se podría estimar aproximadamente la primera vez que las cianobacterias se han convertido en multicelulares. Su primer intento, publicado en 2011, sugirió que la mayoría de las cianobacterias modernas son descendientes de ancestros pluricelulares.

Esto indica que la pluricelularidad es antigua, pero es difícil ponerle una fecha con certeza. Schirrmeister refinó sus métodos en un segundo estudio, publicado en 2013. Este sugiere que la pluricelularidad no evolucionó mucho antes de la Gran Oxidación, momento en que las cianobacterias se fueron diversificando rápidamente. Pero eso no probó la hipótesis. Su árbol de familia sólo se basó en un gen, pero un gen compartido por cada especie de cianobacterias. Esto significaba que el árbol era dudoso. Así que Schirrmeister usó un método mejor. “Esta vez, trabajé con 756 genes”, dice Schirrmeister. “Tomé genes que están presentes en todas las cianobacterias.” Su estimación del origen de pluricelularidad sigue siendo dudoso, pero parece que es de unos 2500 millones años , por tanto antes de la Gran Oxidación.

Estromatolitos en Australia (Wikipedia)
Estromatolitos en Australia (Wikipedia)

Hay muchas maneras de calcular estos árboles genealógicos, y todos ellos dieron la misma respuesta. “No importa cómo calibremos nuestra filogenia, parece más probable que pluricelularidad evolucionó antes de la Gran Oxidación”, dice Schirrmeister. Este puede no ser el fin de la historia. Aunque los resultados se confirmen  y las cianobacterias se convirtieran en multicelulares antes de la Gran Oxidación, hay dos cuestiones importantes. La primera es, ¿realmente ofrece la pluricelularidad los beneficios que se piensa que dió? No lo sabemos, pero lo pudimos averiguar: probando las cianobacterias unicelulares y pluricelulares modernas para hacer frente a diferentes situaciones.

La segunda pregunta es más difícil: ¿por qué tomó tanto tiempo para que se conviertan en cianobacterias en multicelulares? Si es tan beneficioso, ¿por qué no evolucionaron antes, y desencadenaron un anterior Gran Evento de Oxidación? “El siguiente paso es averiguar qué genes son responsables de pluricelularidad en las cianobacterias”, dice Schirrmeister. “Así se podría decir por qué tardaron tanto tiempo, por qué no han cambiado antes.” Si una gran cantidad de nuevos genes han tenido que surgir, se hace comprensible que tomó  mucho tiempo para hacerlo evolucionar a las cianobacterias. ¿Qué causó la Gran Oxidación?, está claro que es una de las cosas más importantes a sucedieron nunca a este planeta. En el corto plazo, probablemente fue más bien una mala noticia para la vida. “El oxígeno habría sido fatal para muchas bacterias”, dice Schirrmeister. “Es difícil de probar, porque desde el registro fósil no tenemos una gran cantidad de depósitos de ese tiempo … pero podemos suponer que tendríamos un montón de bacterias muriendo al aumentar el oxígeno del aire “.   Aquellas primeras cianobacterias multicelulares desencadenaron la evolución de la vida compleja.

Vida primitiva(Wikipedia)
Vida primitiva(Wikipedia)

Pero en el largo plazo, se habría posibilitado un nuevo tipo de vida para evolucionar. El oxígeno es un gas reactivo – que es por lo que se avivan los incendios – así que cuando algunos organismos han descubierto la manera de aprovecharlo, de repente tenían acceso a una nueva fuente de energía. Al respirar oxígeno, los organismos podrían ser mucho más activo y mucho más grandes. Más allá de la simple pluricelularidad desarrollada por las cianobacterias, algunos organismos se han vuelto mucho más complejos. Se convirtieron en plantas y animales, de esponjas y gusanos hasta peces y finalmente seres humanos. Si Schirrmeister tiene razón, la primera cianobacteria multicelular desencadenó la evolución de la vida compleja, incluidos nosotros, y la producción de oxígeno a nivel planetario. “Éste hizo posible la vida compleja”, dice.

Fuente BBC Earth.