Plantas, hongos y el origen del suelo (1 de 3): de los océanos a la tierra firme

La vida en la Tierra se originó en fuentes termales submarinas hace unos 4.000 millones de años, donde surgieron los primeros organismos unicelulares. Con el tiempo, la tectónica de placas y el impacto de meteoritos dieron lugar a la formación de los primeros continentes. Este entorno favoreció la aparición de algas fotosintéticas, que colonizaron zonas costeras y aguas dulces, iniciando así el lento camino de la vida hacia la superficie terrestre. Las adaptaciones como la síntesis de clorofila y mecanismos contra la desecación fueron claves para este proceso evolutivo.

◼ Antonio Jordán López

De los océanos a la tierra firme

El origen de la vida en las fuentes termales marinas

Las primeras formas de vida prosperaron en fuentes termales en el fondo del océano. Estos organismos unicelulares estaban adaptados a este entorno hostil y se les considera los precursores de las plantas y todo lo que viviría en el futuro en la Tierra. En ese momento no existían las grandes masas continentales.

Islote volcánico en la costa de Tenerife (Islas Canarias). Antonio Jordán/Imaggeo.

Hace unos 4.000 millones de años, las únicas tierras emergidas eran unas cuantas islas volcánicas dispersas por el océano. Estas islas primitivas estaban formadas fundamentalmente por basalto, una roca ígnea efusiva (lava), rica en magnesio y calcio, que son elementos necesarios para la vida. Pero estas pequeñas islas tenían una duración relativamente corta en el tiempo, ya que eran afectadas por la erosión del mar y las mareas, que en aquel momento eran más fuertes que en la actualidad porque la Luna estaba unas 10 veces más cerca de la superficie de la Tierra que hoy (el radio orbital medio actual es de 384.400 km, oscilando entre 363.300 y 405.500 km).

La formación de los primeros continentes

Lentamente, la tectónica de placas comenzó a formar superficies emergidas más amplias. Existen diversas hipótesis sobre las fuerzas que iniciaron este proceso, como la acción de la gravedad sobre la corteza terrestre o incluso el impacto de meteoritos gigantes. Es posible que estos impactos favorecieran el movimiento del magma y de las placas tectónicas.

El supercontinente más antiguo que se formó a partir de la unión de zonas emergidas de las placas tectónicas fue Columbia, que comenzó a formarse hace aproximadamente 2000 millones de años, durante el Paeloproterozoico, y se fragmentó hace aproximadamente 1500 millones de años. Columbia ya incluía masas de tierra emergida correspondientes a las actuales Australia, Sudamérica, África Occidental, África meridional o partes importantes de América del Norte, Europa Oriental, la Antártida, India y China.

El impacto de meteoritos con varias decenas de kilómetros de diámetro (comparables al que eliminó a los dinosaurios de la faz de la Tierra varios cientos de millones de años después) ocasionaron eventos de extinción masiva de las primeras formas de vida.

Fotograma de la película Avengers: Era de Ultrón (Josh Whedon, 2015) mostrando un meteorito impactando en la Tierra.

Ultrón: La raza humana tendrá toda clase de oportunidades de mejorar.

Pietro Maximoff: ¿Y si no lo hace?

Ultrón: Pregúntale a Noé.

Wanda Maximoff: Te has vuelto loco.

Ultrón: Hubo más de una docena de eventos ligados a la extinción antes incluso de que los dinosaurios tuvieran el suyo. Cuando la Tierra empieza a asentarse, Dios le lanza una piedra. Y creedme, está cogiendo impulso. Tenemos que evolucionar. No hay lugar para los débiles.

Pietro Maximoff: ¿Y quién decide quién es débil?

Ultrón: La vida, siempre decide la vida.

Ultrón (James Spader), Pietro Maximoff (Aaron Taylor-Johnson) y Wanda Maximoff (Elizabeth Olsen) en Avengers: era de Ultrón. Josh Whedon (2015).

Conocemos relativamente bien algunos de estos impactos catastróficos (y no estaríamos aquí si no fuese por ellos). Hace 2020 millones de años, durante el Paleoproterozoico, se produjo el impacto de un meteorito de entre 5 y 10 kilómetros de diámetro en Vredefort, en la actual Sudáfrica, que es considerado el cráter visible más antiguo del mundo y uno de los mayores impactos de meteoritos conocidos en la Tierra. El impacto dejó una estructura de aproximadamente 300 kilómetros de diámetro, aunque hoy en día gran parte de ella está erosionada. El impacto generó intensos movimientos tectónicos, favoreciendo la migración del magma y acelerando la formación de nuevas placas y continentes. En el punto de impacto se fracturó la corteza terrestre, liberando metales como oro y platino, que posteriormente serían importantes para la actividad económica del llamado "Cinturón de oro de Witwatersrand", que llegó a desatar una fiebre del oro durante el siglo XIX. El impacto pudo provocar extinciones locales y cambios ambientales, que influyeron en la adaptación y diversificación de microorganismos.

Cráter de Vredefort (Sudáfrica). Imagen de Google Maps.

En la profundidad del océano, sin embargo, algunos microorganismos sobrevivieron a esta época. Los procesos de subducción entre placas tectónicas contribuyeron a formar algunas de las rocas que hoy son comunes en la corteza emergida, como el granito. El granito es menos denso que el basalto, lo que significa que el granito "flotó" sobre el basalto. Durante miles de millones de años, superficies rocosas comenzaron a formar las primeras masas continentales.

La fotosíntesis: una innovación clave

Hace 1.000 millones de años, estas grandes masas de tierra se distribuían sobre la superficie del planeta, que era aún un lugar bastante árido. Hasta el fondo de las zonas sumergidas poco profundas llegaba la luz solar, y ahí comienzan a aparecer algas marinas evolucionadas desde las primeras formas de vida asociadas a las zonas geotermales. Las primeras algas habían desarrollado la fotosíntesis, un proceso mediante el cual los organismos (las plantas verdes y algunos otros seres vivos) utilizan la energía de la luz del sol y el dióxido de carbono (atmosférico o disuelto en el agua) para producir moléculas ricas en energía (es decir, azúcar como la glucosa). Como resultado de este proceso, se desprende oxígeno.

La luz solar se capta con ayuda de pigmentos como la clorofila (de color verde), contenida en unos orgánulos de las células vegetales llamadas cloroplastos.

Los cloroplastos en Closterium ehrembergii están formados por una porción central del que parten radialmente de 6 a diez láminas que recorren la célula longitudinalmente y que hacen que ocupe la posición que ocupe en el agua, algunas de sus láminas siempre recibirán la luz del sol. Proyecto Agua/Flickr.

En ese momento, las plantas seguían sin poder salir del agua. Desde el punto de vista de una planta, vivir en el agua es una opción ideal, porque literalmente estás flotando en comida. Existen nutrientes disponibles, no existe riesgo de secarse y no es necesario invertir energía en el desarrollo de estructuras de sostén como tallos o ramas.

En ese momento también, la tierra emergida era un entorno fuertemente hostil para la vida de las plantas, comparable al entorno al que se enfrenta un astronauta que visite la Luna, por ejemplo. O Marte:

A ver, hagamos cálculos. La misión en la superficie iba a durar 31 soles. Por seguridad, mandaron comida para 68 soles y 6 personas. Así que, como estoy solo, me va a durar 300 soles. Aunque podrían ser incluso 400 si la raciono. Así que he de pensar la manera de cultivar alimento para 3 años en un planeta donde no crece nada. Por suerte, soy botánico. Marte, prepárate para temer... ¡mis poderes botánicos!

Mark Watney (Matt Demon). The martian (Ridley Scott, 2015).

Mark Watney (Matt Demon) cultiva patatas en un invernadero en Marte en The martian (Ridley Scott, 2015).

 

El interior de la tierra firme era árido y seco, ya que la lluvia no llegaba al interior. Pero tierra seca no era lo único que existía fuera del océano: también existía el agua dulce. Y eso era una tentación muy grande para las algas.

Las orillas: territorio inexplorado

Antes de la aparición de masas estables de tierra, la lluvia devolvía el agua al mar. Pero cuando las primeras grandes masas continentales se asentaron, parte de la lluvia ya caía sobre ellas, como ocurre en la actualidad. Junto a la aparición de la corteza emergida, los continentes, aparece también el agua continental, que es el conjunto de lagos y ríos como los que conocemos hoy en día. De este modo, las algas marinas comenzaron a explorar nuevos territorios, iniciando una lenta migración hacia la superficie.

Dunas de arena en Spiekeroog, Alemania. Stephan Sprinz/Imaggeo.

Con el tiempo, las algas colonizaron las riberas de los cuerpos de agua dulce que, en ese momento, estaban formadas por rocas o fragmentos de roca causados por la meteorización física y química de los materiales minerales. Incluso las terrazas fluviales formadas por sedimentos más finos como limo o arcilla se parecían poco a los que conocemos hoy en día.

Terrazas en las orillas del Río Guadiamar (Sevilla). Antonio Jordán/Imaggeo.

Obviamente, el medio que se encontraron estas algas exploradoras era algo diferente al de los fondos poco profundos. Para empezar, disponían de agua, pero también podían quedar depositadas por las olas sobre las superficies rocosas o quedar aisladas en zonas encharcadas que podían secarse. Así que, gracias a la evolución, empezaron a desarrollar con éxito estrategias que les permitieron adaptarse a estos entornos más hostiles que el agua del mar. Algunas de estas algas desarrollaron un recubrimiento de cera sobre sus células y tejidos capaz de evitar la evaporación y la desecación.

Pero esta estrategia no podía desarrollarse en solitario. Si un organismo como un alga capta los nutrientes necesarios para vivir absorbiéndolos del agua que la rodea, ¿qué hacer si se recubre de una capa cerosa impermeable? Mantener el agua pero morirse de hambre no es una opción. De modo que para sobrevivir en la tierra hacía falta algo más.

Resumen

1. La vida comenzó en fuentes termales submarinas hace unos 4.000 millones de años.
2. Las primeras formas de vida eran microorganismos unicelulares adaptados al calor extremo.
3. No existían grandes masas de tierra, solo islotes volcánicos formados por basalto.
4. La tectónica de placas y el impacto de meteoritos dieron forma a los primeros continentes.
5. Uno de los impactos más antiguos es el cráter de Vredefort, en Sudáfrica.
6. La formación de continentes trajo consigo nuevas condiciones ambientales.
7. Las algas marinas desarrollaron la fotosíntesis y comenzaron a producir oxígeno.
8. Algunas algas colonizaron las orillas de cuerpos de agua dulce.
9. Estas algas evolucionaron adaptaciones para resistir la desecación.
10. Así comenzó el proceso de colonización de la tierra firme por parte de las plantas.

Preguntas para pensar un poco

¿Dónde surgieron las primeras formas de vida en la Tierra?

¿Qué papel jugaron las fuentes termales en el origen de la vida?

¿Cómo influyeron los impactos de meteoritos en la evolución temprana?

¿Qué es el cráter de Vredefort y por qué es importante?

¿Por qué el basalto fue un material clave en las primeras islas?

¿Cómo se formaron los primeros supercontinentes como Columbia?

¿Qué papel tuvo la fotosíntesis en la evolución de los organismos?

¿Por qué era tan difícil para las plantas colonizar la tierra firme?

¿Cómo se protegieron las algas del riesgo de desecación?

¿Qué relación existe entre la tectónica de placas y la evolución de la vida?