¿Cómo surgió la vida?

¿Dónde comenzó? ¿Cómo se volvió compleja? ¿Por qué se hizo grande? Tres momentos de la historia temprana de la Tierra en los que la evolución, de pronto e inexplicablemente, subió la intensidad.

La vida en el planeta Tierra es un derroche de diversidad: hormigas y elefantes, ranas y ballenas azules, tulipanes y secuoyas, e incluso una rama de los grandes simios conocida como humanos. Todo ello está unido por la bioquímica, en particular la bioquímica compartida de la herencia genética: el ADN y el ARN, los manuales de instrucciones universales de la vida.

Seguir el rastro de estos hilos bioquímicos hacia el pasado ha convencido a muchos científicos de que toda la vida desciende de un llamado último ancestro común universal, o LUCA (por su sigla en inglés), que surgió hace entre 4000 y 4500 millones de años, después de que la propia Tierra se condensara a partir del gas y los residuos de un sistema solar incipiente. Puede que sea imposible saber de manera definitiva cómo este LUCA surgió del caldo primordial. No existen fósiles que ofrezcan una ventana a ese momento, y los científicos no tienen un punto de comparación: hasta ahora, la Tierra es el único lugar del universo que se sabe que alberga vida.

Tras ese “cómo” inicial, las preguntas se vuelven un poco más fáciles de abordar para los científicos. Esto es lo que se sabe sobre tres de los mayores puntos de inflexión en la evolución de la vida en la Tierra.

¿Dónde surgió la vida por primera vez?

Los científicos coinciden en poco sobre los orígenes de la vida, incluido el lugar donde pudo surgir: en la superficie de la Tierra o en sus profundidades acuáticas.

“Es difícil responder estas preguntas”, dijo Joanna Masel, profesora de biología evolutiva en la Universidad de Arizona. “La evidencia es incompleta. Así que la gente discute”.

De un lado está la hipótesis de la sopa primordial: la vida se originó a partir de reacciones químicas naturales en las aguas primitivas de la Tierra, que formaron un caldo de compuestos orgánicos.

Charles Darwin planteó la idea en 1871, cuando propuso que “una pequeña charca cálida” fue la responsable del origen de la vida. Unas pocas sustancias químicas simples y fuentes de energía, como el calor y la electricidad naturales, pudieron haberse combinado para formar moléculas “listas para experimentar cambios aún más complejos”, sugirió. Estas, a su vez, habrían dado lugar a la primera forma de vida: un diminuto saco de sustancias químicas capaz de dividirse y hacer copias de sí mismo.

La hipótesis tuvo su primera prueba seria en 1953. Stanley L. Miller, en ese entonces un estudiante de posgrado en la Universidad de Chicago, llenó un matraz con agua, además de amoníaco, metano e hidrógeno, gases que se consideraban abundantes en la atmósfera primitiva.

Luego, para imitar la caída de un rayo, introdujo chispas. Días después, las moléculas simples habían dado lugar a aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas y de prácticamente toda la vida planetaria.

Pero los aminoácidos nunca avanzaron en complejidad, y el entusiasmo disminuyó a medida que los científicos reconsideraron la composición del aire primordial. Unos años más tarde, los investigadores detectaron aminoácidos en meteoritos, lo que sugería que los bloques de construcción de la vida pudieron haber llovido desde los cielos, otro posible golpe a la teoría de la sopa primordial.

Del otro lado del debate está el bando de las profundidades acuáticas. En 1977, científicos estadounidenses que exploraban el lecho marino del Pacífico tropezaron con un mundo extraño de respiraderos volcánicos y ecosistemas de otro mundo, incluidos campos inquietantes de gusanos de tubo albinos. Obtenían su energía no de la luz solar, que alimenta a los ecosistemas de la superficie, comenzando por las plantas, sino de sustancias químicas emitidas por las fuentes termales.

A medida que salieron a la luz otros ecosistemas de aguas profundas, los científicos propusieron que quizás toda la vida en la Tierra había surgido en las profundidades, nutrida por una dieta cálida y constante de sustancias químicas y protegida de las rocas letales y la radiación cósmica que bombardeaban la superficie del planeta en sus inicios.

En años recientes, nuevos descubrimientos han reforzado a ambos bandos del debate.

En 2009, por ejemplo, John D. Sutherland, químico de la Universidad de Mánchester, en Inglaterra, describió una nueva forma en que las moléculas de la vida, energizadas por los rayos ultravioleta del sol, pudieron haberse ensamblado de manera espontánea en la superficie de una Tierra primitiva. Y en 2017, un análisis de depósitos minerales en Australia sugirió que las fuentes termales de la superficie habían nutrido los primeros signos de vida en la tierra. En 2024, un influyente grupo de científicos manifestó un firme respaldo a ese hallazgo.

Aun así, la teoría de las fuentes profundas también ha ganado nuevo respaldo. Este verano, un equipo liderado por científicos de la Universidad Heinrich Heine en Düsseldorf, Alemania, propuso que las sustancias químicas cálidas disponibles en las profundidades del mar incluían metales como níquel, cobalto y paladio. Estos metales, sostienen los investigadores, podrían haber servido como catalizadores que ayudaron a las primeras formas de vida a construir vías metabólicas.

La creciente abundancia de evidencia sugiere que, al final, ambos bandos de teóricos podrían tener razón, dijo Masel.

“No tiene que ser una sola cosa”, dijo. “Es posible que la vida surgiera en las fuentes hidrotermales y también en una pequeña charca cálida”.

Quizás, añadió, la vida surgió de manera independiente en nichos ecológicos dispares que permanecieron aislados entre sí durante eras.

“Parece que los primeros sucesos ocurrieron muy, muy rápido, lo que apunta a que la ‘primera vida’ no fue la parte más difícil”, dijo. “Tal vez el origen de la vida fue más fácil de lo que pensábamos”.

—William J. Broad

¿Cómo se volvió compleja la vida?

Hace unos 2 millardos de años, un nuevo tipo de célula surgió en la Tierra, uno mucho más grande y complejo que los microbios anteriores. Hoy en día, estas células, conocidas como eucariotas, habitan nuestros propios cuerpos, así como los de otros animales, plantas y hongos. La manera en que surgió este nuevo tipo de célula sigue siendo uno de los grandes misterios de la biología.

La palabra “eucariota” proviene de un término griego que significa “nuez verdadera”, en referencia al núcleo, el compartimiento en el que las células eucariotas enrollan su ADN. Las células eucariotas tienen muchos otros compartimientos vitales, incluyendo miles de mitocondrias, que generan energía. El enorme volumen de una célula eucariota se sostiene gracias a un andamiaje que puede desmontarse y volver a armarse con rapidez; también funciona como una red interna de transporte que lleva a toda velocidad paquetes de moléculas de un compartimento a otro.

En contraste, un microbio unicelular como la Escherichia coli es mucho más simple. Sin mitocondrias, sin andamiaje, sin núcleo; un “procariota” sin nuez.

Todos los eucariotas —organismos compuestos de células eucariotas— descienden de un ancestro común, que a su vez descendió de procariotas antiguos. Los primeros eucariotas fueron protozoos unicelulares; sus fósiles más antiguos conocidos se remontan a 1,8 millardos de años. Los científicos no saben cuánto tiempo antes de eso evolucionaron los primeros eucariotas.

Los organismos vivos han ofrecido pistas importantes sobre esta transición. En la última década, los científicos han descubierto un linaje de microbios conocidos como Asgard que presentan muchas, pero no todas, las características distintivas de los eucariotas. Por ejemplo, tienen un esqueleto celular que les ayuda a desplazarse, pero carecen de núcleo y de mitocondrias.

Actualmente se cree que los Asgard descienden de los precursores de los eucariotas. Los primeros organismos de tipo Asgard adquirieron algunas características eucariotas mediante la selección natural ordinaria: las mutaciones modificaron sus células y les confirieron ventajas que transmitieron a sus descendientes de hoy.

Pero las células también evolucionaron por otros medios.

Los primeros eucariotas vivían en estrecho contacto con otros microbios, formando asociaciones ecológicas. Ese contacto íntimo hizo posible que los primeros antepasados de los Asgard y de los eucariotas tomaran genes de sus compañeros y los añadieran a sus propios genomas.

Este intercambio puede haber comenzado hace unos 3 millardos de años y continuado durante cientos de millones de años. Estudios recientes sugieren que el intercambio final que dio lugar a los eucariotas fue el más espectacular. Hace unos 2,25 millardos de años, una especie de bacteria fijó su residencia permanente en el interior de células de tipo Asgard, utilizando su propio metabolismo para generar combustible para las células que ocupaban. Empezaron a transmitirse de una generación de huéspedes a la siguiente y evolucionaron hasta convertirse en nuestras mitocondrias.

Las líneas generales de los orígenes de los eucariotas ya empiezan a definirse, pero muchas páginas de la historia siguen en blanco. Los científicos todavía no saben cómo se unieron todas las partes que conforman el núcleo, por ejemplo.

Y tampoco saben por qué la fusión de microbios aparentemente dio origen a células grandes y complejas una sola vez en la historia de la vida. ¿Hubo un conjunto de circunstancias de una rareza exquisita que lo hizo posible? ¿O la evolución realizó otros experimentos de complejidad que terminaron en extinción hace mucho tiempo?

Algo está claro: una vez que evolucionó la célula eucariota, la Tierra nunca volvió a ser la misma. Desde los arrecifes de coral y los calamares gigantes hasta las selvas amazónicas y las enormes manadas de ñus en la sabana africana, los eucariotas dieron origen a toda la vida que podemos ver, incluida la que vemos en el espejo.

—Carl Zimmer

¿Por qué la vida se hizo grande?

La aparición de los eucariotas sentó las bases evolutivas de los arrecifes de coral y las manadas de ñus, pero la vida tardó mucho en dar un estirón.

De hecho, al millardo de años que siguió a menudo se le llama “el millardo de años aburrido”. La evolución pareció haberse estancado; la vida siguió siendo casi por completo microscópica. Hasta las placas tectónicas hicieron una pausa y dejaron a los continentes sin montañas. Luego, hace unos 720 millones de años, el mundo se descontroló.

Primero, la Tierra se congeló y quedó sellada en una cubierta de hielo que bloqueó la luz solar a los océanos y detuvo la fotosíntesis. Salvo por un deshielo de 10 millones de años en medio de ese período, la Tierra siguió siendo una brillante bola de nieve blanca, y no una canica azul, durante 85 millones de años.

Los científicos se maravillan de que la vida no se haya extinguido. Por el contrario, tras esa larga era de oscuridad, experimentó un misterioso salto en tamaño y complejidad.

“Ese es absolutamente el intervalo más disparatado de la historia de la Tierra del que alguien tenga conocimiento”, dijo Nick Butterfield, paleobiólogo en Cambridge. “Entras por un extremo y está este mundo microbiano antiguo, sombrío y aburrido, y sales por el otro extremo después de estas dos glaciaciones masivas y, de repente, hay animales en escena y todos los microbios han cambiado”.

Los cambios fueron tan sorprendentes que en 2006, los científicos nombraron un nuevo periodo geológico para abarcarlos: el Ediacárico. Comenzó hace unos 635 millones de años, con el deshielo de la “Tierra bola de nieve”, y terminó hace aproximadamente 540 millones de años con el inicio de la era cámbrica.

Guy Narbonne, científico geólogo de la Universidad Queen’s, en Ontario, Canadá, ha estudiado fósiles de grandes animales de cuerpo suave que vivieron durante el Ediacárico en un sitio conocido como Mistaken Point, en el extremo sudeste de Terranova. Las criaturas incluyen rangeomorfos, animales marinos que parecían hojas de palma y podían alcanzar la estatura de un jugador de baloncesto actual. Otras eran redondas y del tamaño de monedas. Algunas, quizás esponjas primitivas, tenían forma de cono.

Para Narbonne, la historia es sencilla: los omnipresentes glaciares trituraron rocas a medida que avanzaban por el paisaje. Cuando retrocedieron, el sedimento fue arrastrado al océano, lo que estimuló proliferaciones de algas que elevaron los niveles de oxígeno e hicieron posible el mayor metabolismo requerido por las criaturas más grandes.

“No puedo pensar en una mejor manera de fertilizar los océanos que el derretimiento de los glaciares tras el final de una glaciación”, dijo Narbonne.

Andrew Knoll, paleontólogo de Harvard, también cree que el oxígeno impulsó el salto evolutivo durante el Ediacárico. Pero, a su juicio, el momento de la Tierra bola de nieve fue una coincidencia; en cambio, él señala la reanudación de la tectónica de placas al final del millardo aburrido, que creó montañas de la escala del Himalaya.

A medida que se erosionaron, aportaron fósforo a los océanos, lo que dio origen a floraciones de microbios marinos fotosintéticos, explicó Knoll. Evolucionaron los depredadores, que empezaron a darse un festín con organismos más pequeños, lo que desató una carrera armamentista evolutiva por hacerse más grandes para evitar ser devorados.

Pero algunos científicos dudan de la historia del oxígeno, incluyendo a Donald Canfield, un geoquímico en la Universidad del Sur de Dinamarca, quien realizó el análisis que a menudo se cita como evidencia de un aumento de oxígeno a principios del Ediacárico.

“He cambiado un poco de opinión”, dijo Canfield. Ahora piensa que los niveles de oxígeno en la atmósfera terrestre de entonces eran bajos, pero significativos y estables: entre un 4 y un 10 por ciento de los actuales.

Butterfield, por su parte, cree que los científicos han estado mirando la cuestión al revés. Él propone que los animales complejos comenzaron a aparecer antes de la Tierra bola de nieve, y no después, simplemente como la culminación de mutaciones genéticas aleatorias. Esta revolución de la evolución, dice, trastocó la cadena alimentaria, alteró la química de los océanos, extrajo dióxido de carbono de la atmósfera y sumió al mundo en un estado de congelación. La vida de gran tamaño causó la Tierra bola de nieve, no al revés.

“A mi juicio, lo más insultante, ecológicamente insultante, que se le haya impuesto jamás a este planeta”, dijo Butterfield, “son los animales”.

c. 2026 The New York Times Company

Por: William J. Broad, Kenneth Chang and Carl Zimmer