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La tierra antes de las plantas: ¿había alguien ahí fuera?

Los continentes no siempre han sido el crisol de vida que conocemos hoy. Durante el 90% de la historia de la Tierra sólo unos pocos pioneros supieron sobrevivir en los hostiles parajes de la tierra firme.

Un tapete microbiano particularmente colorido, del interior de una poza en el Parque Nacional de Yellowstone, en los Estados Unidos.
Un tapete microbiano particularmente colorido, del interior de una poza en el Parque Nacional de Yellowstone, en los Estados Unidos.Alicejmichel (Wikimedia)
Alberto Aparici
  • Alberto Aparici@cienciabrujula
    Doctor en física de partículas por vocación y, quién lo iba a decir, divulgador científico. Hablo de ciencia en Onda Cero, en el pódcast Coffee Break y en el Instituto de Física Corpuscular. La verdad está en las ecuaciones, pero para entenderla hace falta convertirla en palabras.
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Las plantas han sido una extraordinaria fuerza transformadora para nuestro planeta. No sólo producen una parte del oxígeno que respiramos, sino que estabilizan el suelo, sus raíces proporcionan un lugar donde vivir para millones de microorganismos y sus hojas muertas ofrecen comida y cobijo a hongos, insectos y todo tipo de seres vivos que viven cerca del suelo. Las plantas son creadoras de ecosistemas, y sin ellas la Tierra que conocemos sería imposible. Y sin embargo, en la larga historia de la Tierra ‒alrededor de 4500 millones de años‒ las plantas sólo salieron del agua hace 450 millones. ¿Qué ocurría en los continentes antes de eso?

La respuesta es que no estamos muy seguros. Tradicionalmente se pensaba que la tierra firme debía de ser un páramo inhabitable; con ríos, valles y montañas, como ahora, pero con seres vivos sólo en el agua o en sus inmediatas cercanías. Ese paradigma ha ido cambiando lentamente en los últimos veinticinco años. Ahora creemos que los continentes seguramente fueron colonizados mucho antes de la aparición de las plantas, gracias a comunidades muy sencillas pero que se enfrentaron a la vida fuera del agua, resolvieron algunos de sus retos y prepararon el terreno para lo que había de venir después.

Escrito en las rocas

El gran problema para estudiar estas primeras comunidades terrestres es que han quedado muy pocos rastros de ellas. No se trataba de organismos grandes, y por lo tanto no dejaron vistosos fósiles que podamos identificar inmediatamente. Además, estamos hablando de cosas que ocurrieron hace entre 1000 y 2000 millones de años, y buena parte de lo que quedó de ellos ha sido destruido en el ínterin. Así pues, se entiende que no podamos dar una fecha para cuándo salió la vida del agua por primera vez. Las evidencias más firmes nos remontan a hace 1200 millones de años, pero otras, más difíciles de interpretar, nos podrían llevar a hace 2000 millones o incluso antes.

¿Qué son estas evidencias, si no se trata de los familiares fósiles? Para ser justos, sí tenemos fósiles, especialmente de la época más tardía, hace 1000 millones de años, pero son fósiles de células individuales o de grupos de células, y por lo tanto son extremadamente pequeños y fáciles de confundir con otras cosas que no serían seres vivos. Digamos que esos fósiles “nos los creemos más” cuando aparecen junto con otros indicios que permitan establecer que algo vivo estuvo moviéndose por esa roca.

Estas rocas que parecen inocentemente desperdigadas por la playa como si las hubiera traído la marea son en realidad de origen biológico. Se trata de estromatolitos, formaciones que aparecen cuando la arena y los sedimentos se van pegando a una comunidad de bacterias que vive en su superficie. Estas rocas tienen una estructura por capas, como una lasaña, a medida que cada nueva comunidad de bacterias se instala encima de los sedimentos adheridos a la anterior. Su estructura es claramente reconocible, y los estromatolitos son una de las evidencias más antiguas de vida en nuestro planeta, con algunos remontándose más de 3000 millones de años. Éstos en concreto han sido fotografiados en Shark Bay, en el oeste de Australia.
Estas rocas que parecen inocentemente desperdigadas por la playa como si las hubiera traído la marea son en realidad de origen biológico. Se trata de estromatolitos, formaciones que aparecen cuando la arena y los sedimentos se van pegando a una comunidad de bacterias que vive en su superficie. Estas rocas tienen una estructura por capas, como una lasaña, a medida que cada nueva comunidad de bacterias se instala encima de los sedimentos adheridos a la anterior. Su estructura es claramente reconocible, y los estromatolitos son una de las evidencias más antiguas de vida en nuestro planeta, con algunos remontándose más de 3000 millones de años. Éstos en concreto han sido fotografiados en Shark Bay, en el oeste de Australia.Paul Harrison

Esos otros indicios son todos de origen químico. Los seres vivos necesitan ciertas sustancias para vivir, y no dudan en tomarlas de la tierra que les rodea, si pueden. Una de esas sustancias es el fósforo, fundamental para la vida, y para algunos tipos de bacterias también el hierro. Algunos suelos antiguos, de más de 2000 millones de años, muestran una extraña falta de fósforo, que debería estar presente en los minerales que los forman. Es una apuesta ciertamente aventurada, pero algunos científicos lo han interpretado como que seres vivos habitaron en esos suelos y se llevaron el fósforo que había en ellos.

Una segunda pista, más determinante, es el carbono. Todos los seres vivos necesitamos carbono para construir nuestros cuerpos, pero nos suele gustar más una variedad concreta de carbono. En la naturaleza hay carbono-12 y carbono-13. Químicamente son casi idénticos, pero el carbono-13 es más pesado, y los procesos biológicos suelen preferir la versión ligera, el carbono-12. Cuando en un suelo hay cantidades extrañamente altas de carbono-12 se toma como una buena indicación de que ese suelo se formó a partir de las células de seres vivos.

Finalmente, están los fósiles. En algunas rocas terrestres empiezan a aparecer, desde hace 1200 millones de años, pequeñas esferillas con paredes de carbono. Algunas de esas esferillas forman hileras, como algunas especies de bacterias modernas. Además, en esos fósiles hay más carbono-12 que en las rocas que los rodean. Cuando todas estas evidencias convergen empezamos a pensar que estamos viendo una instantánea de los primeros pobladores que salieron del agua. Pero ¿quiénes eran estos pobladores?

Pioneros de la tierra firme

Reconstruir la identidad de estas comunidades tan antiguas es una tarea heroica. Tenemos una serie de sospechosos habituales: las bacterias, las algas y los hongos, y sabiendo el modo de vida de cada uno tratamos de asignar en qué ecosistema es más probable que aparezca uno u otro. Si tenemos la suerte de tener fósiles podemos tratar de identificar a qué organismo podrían pertenecer esas células. Por ejemplo, sabemos que las bacterias son mucho más pequeñas que los otros dos, que las algas a menudo forman filamentos en los que cada célula tiene una pared gruesa, y que los hongos forman hifas, filamentos flexibles y que a menudo se entrecruzan. Como vemos, una parte importante de este proceso es buscar paralelismos entre los seres vivos modernos y los que vemos en las rocas antiguas, y eso es siempre es un negocio peligroso. Si nos encontráramos con un ser vivo que no encajara en estos paralelismos seguramente nos costaría identificar qué es lo que estamos viendo.

Sea como sea, este tipo de razonamientos son los que nos sugieren que probablemente las bacterias serían los habitantes principales de los primeros ecosistemas terrestres. Las bacterias son antiguas, y encontramos rastros químicos compatibles con su metabolismo en rocas de más de 3000 millones de años, casi siempre de entornos marinos. Las primeras rocas con restos biológicos que podrían haberse formado fuera del agua tienen unos 2000 millones de años, e incluyen estructuras similares a las colonias de cianobacterias actuales. Los otros grupos tardan en aparecer en el registro terrestre: lo hacen en rocas de hace 1200 millones de años en las que vemos una gran variedad de fósiles con células mucho más grandes, que recuerdan a las algas, los hongos y los protozoos modernos.

En esta imagen recogemos tres fósiles de la formación Nonesuch, en el norte de los Estados Unidos. Marcado con una H podemos ver un grupo de células en forma de racimo, posiblemente el resultado de sucesivas divisiones celulares. Marcado con una P vemos una formación difícil de interpretar: varios objetos esferoidales unidos por un material alargado y aparentemente sin estructura celular; podría tratarse de células de bacterias junto con los restos de un tapete que se secó y se arrugó. Marcada con una K vemos una clara hilera de células aproximadamente cuadradas que recuerdan enormemente a las algas rojas actuales. Además, abajo añadimos dos organismos modernos: a la izquierda, hifas de un hongo Penicillium; a la derecha, filamentos del alga roja Ceramium. Las imágenes de los fósiles están extraídos del artículo de Wellman y Strother (en referencias). Las barras de escala miden 10 micras en H y P, y 25 micras en K.
En esta imagen recogemos tres fósiles de la formación Nonesuch, en el norte de los Estados Unidos. Marcado con una H podemos ver un grupo de células en forma de racimo, posiblemente el resultado de sucesivas divisiones celulares. Marcado con una P vemos una formación difícil de interpretar: varios objetos esferoidales unidos por un material alargado y aparentemente sin estructura celular; podría tratarse de células de bacterias junto con los restos de un tapete que se secó y se arrugó. Marcada con una K vemos una clara hilera de células aproximadamente cuadradas que recuerdan enormemente a las algas rojas actuales. Además, abajo añadimos dos organismos modernos: a la izquierda, hifas de un hongo Penicillium; a la derecha, filamentos del alga roja Ceramium. Las imágenes de los fósiles están extraídos del artículo de Wellman y Strother (en referencias). Las barras de escala miden 10 micras en H y P, y 25 micras en K.Wellman y Strother (Palaeontology), Y_tambe, Ivan Bachev (Wikimedia)

No sabemos con certeza cuál sería el papel de cada uno de estos organismos en aquellas primeras comunidades. Es probable que las bacterias, dado que llegaron antes, ya tuvieran organizado un ecosistema con especies productoras, que harían la fotosíntesis y construirían sus cuerpos gracias a la luz del Sol, y otras especies que parasitarían o colaborarían con este primer eslabón de la cadena. Es posible que cuando las algas y los hongos se incorporaron a estas comunidades lo hicieran en parte como depredadores, aprovechando sus células mucho mayores y que ya contaban con cierta organización pluricelular. Pero todas estas ideas son aún bastante tentativas y se basan apenas en un puñado de descubrimientos, así que debemos tomarlas como hipótesis razonables que habrá que someter al juicio de futuras evidencias.

Suelos multicolores

¿Qué aspecto tendrían estos primeros ecosistemas terrestres? Desde nuestro punto de vista no parecerían muy espectaculares. Estas comunidades vivirían dentro del suelo, en una capa de unos milímetros de grosor justo debajo de la superficie, escondida bajo una delgada cubierta de tierra que los protegiera de los rayos del sol. Seguramente muchas de ellas nos parecerían un suelo manchado de verdín, debido a que uno de sus habitantes principales serían bacterias capaces de hacer la fotosíntesis, que son de un color verdoso. Este tipo de agrupación, plana y que profundiza muy poco en el suelo, se llama tapete microbiano.

Tapete microbiano fosilizado encontrado en rocas de Suecia. La “textura arrugada” es típica de este tipo de fósiles, ya que el tapete puede arrugarse por el empuje del agua o si queda expuesto al sol. Lo que vemos en estos fósiles, sin embargo, no suele ser el tapete mismo, sino los sedimentos que había debajo y que han quedado “congelados” en la forma que les dio el tapete al arrugarse.
Tapete microbiano fosilizado encontrado en rocas de Suecia. La “textura arrugada” es típica de este tipo de fósiles, ya que el tapete puede arrugarse por el empuje del agua o si queda expuesto al sol. Lo que vemos en estos fósiles, sin embargo, no suele ser el tapete mismo, sino los sedimentos que había debajo y que han quedado “congelados” en la forma que les dio el tapete al arrugarse.Smith609 (Wikimedia)

Inicialmente, estas comunidades vivirían en las cercanías de lagos y ríos, donde la tierra pudiera estar permanentemente empapada, y poco a poco irían resistiendo mejor los ocasionales periodos de sequía. Algunas de ellas se establecerían a la sombra de rocas o laderas de montañas, en lugares donde la humedad se mantuviera más fácilmente. Seguramente preferirían las regiones con lluvias abundantes, pero no lo suficiente como para que las arrancasen de la tierra. Poco a poco, paso a paso, los continentes pasarían de diferentes tonos de marrón a tener un poco de verde, quizá algo de amarillo o rojo. La colonización de la tierra había empezado.

Probablemente estas comunidades nunca llegaron a estar tan extendidas como lo están las plantas a día de hoy. Recordemos que se trató de los primeros pioneros, y aún estaban aprendiendo cómo vivir fuera del agua. Con todo, tienen el mérito de haberse enfrentado por primera vez a un ambiente seco, y a un mundo en el que la gravedad es mucho más importante, porque en el suelo no hay agua que permita a los nutrientes subir hacia arriba por difusión. Hubieron de aprender también a producir ácidos que disolvieran algunos minerales del suelo para extraer los nutrientes de ellos. Seguramente, cuando las plantas llegaron a la tierra firme se encontraron ya con esta infraestructura, que ellas aprovecharon y llevaron más adentro en el suelo a través de sus raíces. En este juego todos se aprovecharon de todos y todos sacaron partido.

Sección de un tapete microbiano en la que podemos ver su estructura interna. Los colores nos permiten identificar varias capas, que o bien están pobladas por organismos diferentes o bien están formadas por secreciones diferentes, quizá para proteger al tapete por la parte superior y para extraer los nutrientes del suelo en la parte inferior. Las capas intermedias de color verde están formadas probablemente por algas o por cianobacterias.
Sección de un tapete microbiano en la que podemos ver su estructura interna. Los colores nos permiten identificar varias capas, que o bien están pobladas por organismos diferentes o bien están formadas por secreciones diferentes, quizá para proteger al tapete por la parte superior y para extraer los nutrientes del suelo en la parte inferior. Las capas intermedias de color verde están formadas probablemente por algas o por cianobacterias.Alicejmichel (Wikimedia)

Un suelo extraterrestre

Este mundo que acabamos de describir, con continentes desolados y suelos colonizados por comunidades de microorganismos multicolores no se parece demasiado a la Tierra que conocemos. Y no tendría por qué serlo. El estudio de estas comunidades pioneras podría darnos pistas sobre cómo podría ser la vida en planetas diferentes al nuestro.

Marte, por ejemplo, es un mundo extremadamente seco en el que casi toda el agua se encuentra en el subsuelo. Podría ser un lugar en el que encontráramos hoy este tipo de ecosistemas. Pensemos, además, que la Tierra se pasó más de 1000 millones de años en los que éstas eran sus únicas comunidades terrestres, así que es plausible que otros planetas pasen también mucho tiempo en este estado.

Así, entender mejor estos ecosistemas del pasado puede ser muy útil para el presente, porque muchos lugares en donde queramos buscar vida pueden tenerla sólo en esta forma, tan discreta y difícil de encontrar. Conocer bien sus necesidades y los rastros químicos que dejan puede ser la única manera de reconocerlos cuando los tengamos ante nuestros ojos.

Apéndice: para poner en contexto las fechas que damos en este artículo vale la pena tener en mente algunos hitos de la historia de la vida. En primer lugar, las evidencias de vida más antiguas se remontan a hace 3700 millones de años, y son de tipo bacteriano. Los seres pluricelulares más antiguos aparecieron hace 2000 millones de años, pero sospechamos que su linaje se extinguió sin dejar descendencia. Las algas más antiguas nos llevan a hace 1600 millones de años; los hongos más antiguos, a hace 1000 millones. Los primeros animales aparecieron hace 600 millones de años, y las primeras plantas, hace 450 millones.

QUE NO TE LA CUELEN

  • La evidencia fósil anterior a hace 700 millones de años es muy escasa y a menudo fragmentaria. Además, los seres vivos de esas épocas eran blandos, y por tanto difíciles de fosilizar. Debido a esto, la reconstrucción de historias como la que hemos contado aquí tiene mucha incertidumbre, y puede ser modificada por cualquier nuevo descubrimiento.
  • Otra gran dificultad a la hora de reconstruir la historia temprana de la vida en los continentes es establecer que las rocas se han formado, efectivamente, en tierra firme. Parte de nuestra evidencia proviene de entornos mixtos, como lagos estacionales que pasaban una parte del año inundados y otra secos. En esos casos es preciso identificar qué organismos eran habitantes de la zona seca y cuáles aparecían sólo en la estación húmeda.

REFERENCIAS

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