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“Nosotros los animales, los treinta millones de especies que somos, emanamos del microcosmos. El mundo microbiano, la fuente y manantial del suelo y el aire, conforma nuestra propia supervivencia.” Margulis, 2002:21
Uno de los hallazgos que más me impactó al ingresar a las ciencias ambientales y que por supuesto representó para mí una gran sorpresa es, precisamente, haber encontrado que ha sido desde la biología donde se han realizado las más duras críticas al egocentrismo humano. Cuando lo pienso con mayor detenimiento, comprendo que no tendría por qué causar tanto impacto, puesto que quienes mejor han podido ver los elementos esenciales que componen la vida a nivel microscópico celular para entender el funcionamiento del sistema viviente es la biología molecular; campo en el que los avances tecnológicos han permitido ver el mundo de lo bacteriano como nunca antes se había podido hacer.
A partir de sus observaciones y de los seguimientos investigativos, los biólogos moleculares alcanzaron a dimensionar la complejidad de la estructura y del funcionamiento de una de las unidades básicas del sistema viviente. Estos importantes descubrimientos permiten la construcción de un conjunto de argumentos con los que se puede confrontar la idea de lo humano como lo único existente con valor en el planeta.
De esta manera descubrimientos desde la biología molecular y algunas otras ciencias que han sumado sus aportes como la paleontología, geología y física cuántica, estudios profundos sobre el microcosmos a nivel subatómico. De esta manera logran cuestionar aquellos pensamientos rígidos que no daban posibilidad de existencia desde sus discursos ideológicos, hacia otras formas de la manifestación de la vida en este planeta y el universo.
Por ello, una de las preguntas centrales que se hace desde estos campos está relacionada con el sentido y el funcionamiento de la vida. ¿Qué relación existe entre los humanos y la naturaleza? Esta es una de las tantas preguntas que se hace Lynn Margulis, bióloga reconocida en el mundo científico por sus importantes aportaciones a la teoría evolucionista con sus estudios sobre la simbiosis y el papel de la simbiogénesis en el proceso evolutivo de la vida en el planeta Tierra.
En sus dos textos más influyentes Microcosmos (1995), escrito en coautoría con su hijo Dorion Sagan y Planeta Simbiótico, un nuevo punto de vista sobre la evolución (2012), trata de demostrar a través de sus investigaciones el origen bacteriano de la vida y el papel de la simbiogénesis en la configuración de la vida y, en consecuencia, de la biósfera en la Tierra.
Sus estudios han sido fundamentales para los desarrollos investigativos posteriores tanto de la biología molecular como de la paleontología, astrobiología y el desarrollo de la hipótesis Gaia, formulada por el químico inglés James E Lovelock (1985), que plantea, desde la década de los años setenta, la interacción entre el surgimiento de la vida y el plantea como un sistema vivo.
Su trabajo se puede catalogar como de carácter interdisciplinario, pues se combinaron la microbiología, paleontología y biología evolutiva, rompiendo así con la forma tradicional de hacer y abordar la ciencia. En los aportes a la teoría evolutiva de Margulis, el sistema viviente surge de los microbios como bacterias, en una transición hacia un sistema celular y autopoiético. El planteamiento, la experimentación, comprobación y validación científica de esta teoría conllevó a que desde este campo se construyeran importantes críticas en la forma como la tradición había explicado el origen de la vida en el planeta. Asimismo se demostró que la diversidad de la vida existente en la actualidad proviene de la interacción de estos microbios desde hace miles de millones de años en un proceso evolutivo.
De este modo, en la evolución, al parecer, fenómenos como la simbiosis cumplieron un papel central. Recuerde que la simbiosis, uno de los conceptos que en las clases de biología escolar aprendemos primero, es definida como “la vida íntima y en conjunto de dos o más organismos llamados simbiontes, de especies distintas” (1989:100).
Al parecer, los estudios de Lynn Margulis fueron decisivos para comprender mejor el origen de la vida y así fundamentar de modo diferente la teoría darwinista de la selección natural. Según las investigaciones de la biología molecular, el papel central de la simbiosis se fundamenta en la interacción dependiente de especies y la posibilidad del surgimiento de las mismas a partir de fusiones simbióticas, “Ninguna especie existía antes de que las bacterias se fusionaran para formar células más grandes que constituyeron los ancestros de las plantas y de los animales” (Margulis, 2002:16).
En los estudios simbióticos de esta bióloga se destaca un concepto propuesto por Margulis, con el que se pretende recoger la explicación del fenómeno de la transición o de paso entre las procariotas (células no nucleadas) hacia las eucariotas (células nucleadas). Este término es la simbiogénesis, considerado como un concepto evolutivo que se refiere al origen de los complejos y nuevos tejidos que conformarán, en tiempos posteriores, los organismos como seres multicelulares para abrir paso a la configuración de las especies. A esto se le denominó “la simbiosis permanentes de larga duración” (2002:16).
Para Lynn Margulis, estos descubrimientos permiten comprender de modo más claro y acertado el proceso de la evolución como aquel en donde se transmiten herencias genéticas entre unos y otros y así sucesivamente a lo largo del tiempo. Por ello, para la bióloga, simbiogénesis se le puede considerar como “el cambio evolutivo mediante la herencia de conjuntos de genes adquiridos” (2002:19).
Ilustración 1.
Filogenia de la SET. Teoría de la endosimbiosis serial.
Fuente: Margulis, 2002.
La teoría de Margulis es una rica y detallada explicación del proceso viviente desde tiempos remotos sobre una vida celular bacterio-procariotas, mediante procesos químicos y físicos en entornos difíciles dados por el contexto de formación geológica y geofísica terrestre. Igualmente se mencionan las formas creativas de simbiosis entre individuos diferentes para producir otros organismos o entidades más complejas y de mayor tamaño, pasando a una vida celular eucariotas, es decir, la transformación hacia otra vida celular capaz de producir moléculas.
Este tránsito, del tipo de célula procariota (pre-nucleadas) hacia las células que conforman las formas grandes y elaboradas (nucleadas) o eucariotas, se considera como parte de las innovaciones en el proceso evolutivo de la vida en el planeta Tierra, puesto que se considera que antes que las bacterias se fusionaran para formar células más grandes y luego un organismo, ninguno de los tipos de especies vivientes existía.
De este modo, Lynn Margulis establece que la clave de ese proceso innovador seguramente estuvo relacionada con el papel que jugó la simbiosis. Los pasos de este tránsito a grandes rasgos fueron los siguientes:
- Antiguas formas microbianas en las células bacterio-procariotas, que no poseen núcleo.
- Microbios enfrentando condiciones terrestres extremas en términos térmicos, pues no existía la atmósfera y la radiación solar era directa, además de los abruptos cambios geológicos por la dinámica tectónica del planeta.
- Unión de microbios independientes, como mecanismo de defensa para enfrentar adversidades y necesidades. De esta manera se producen las primeras manifestaciones simbióticas.
- Las células huéspedes se convirtieren en organismos de un nuevo tipo de célula.
- Las primeras bacterias (anaerobias) viven en medio de la fermentación, permitiendo su evolución por miles de años en ausencia del oxígeno. Ellas resistieron condiciones extremas de calor y acidez.
- Estas células desarrollaron un tipo especial de membranas más complejas y resistentes, capaces de proteger y dar un límite a los diferentes procesos químicos dados en su interior, para así diferenciarlos, separarlos y protegerlos de procesos externos. Estas membranas actuaron a modo burbuja, permitiendo configuraciones, procesos internos de gran envergadura y el ingreso de energía y proteínas.
- Evolución celular, a partir de la construcción de una membrana, que diferencia el entorno ambiental del organismo, permitiendo que se produzca la evolución del aparato fotosintético. Cabe aclarar que algunas de las primeras formas de fotosíntesis no generaba oxígeno.
- En las relaciones simbióticas aparece la diferencia entre los autótrofos (alimentados por sí mismos) y los heterótrofos (alimentados por otros). Algunas bacterias participan en la simbiosis.
- Cada grupo de organismos tiene miembros que han formado asociaciones para la alimentación, limpieza y protección. Todos estos elementos están en contacto y tienen como entorno un mundo sin atmósfera.
- Esta membrana protectora que, a modo de burbuja, permite la configuración de todos los componentes celulares a lo largo del proceso evolutivo hasta el día de hoy. El ADN y el ARN solo fueron posibles en el momento en que la membrana diferenció lo exterior del interior de la célula1.
- Estas formas bacterianas aprendieron a hacer uso de las emisiones de luz solar. Esta relación entre el aprovechamiento de la luz solar tuvo repercusiones cruciales para el propio organismo y la consolidación del campo atmosférico y la formación de la biosfera en la tierra.
- El proceso de oxigenación aparece cuando se produce la acción de las cianobacterias (bacterias que producían oxígeno como residuo de su fotosíntesis) hace 3500 millones de años. “Existen pruebas directas en los fósiles en cuanto a la primera aparición de cianobacterias ya hace tres mil quinientos millones de años, una fecha que encaja perfectamente con las pruebas del archivo geológico, el cual muestra rocas de dos billones de años que contienen formas oxigenadas de minerales” (1989:103).
- Algunos minerales reaccionan a estos primeros compuestos de oxígeno como el hierro, nitrógeno e hidrógeno, para empezar a transformar la superficie terrestre.
- Los microbios que utilizaban la fotosíntesis para mantenerse con vida, evolucionaron mientras aprovechaban el oxígeno, con el fin de aumentar las fuerzas energéticas. De este modo la energía ya no se obtenía solo por la transformación de los azúcares en calorías sino también mediante la participación del oxígeno en un entorno más oxigenado.
- El proceso de evolución del mundo no oxigenado a un mundo oxigenado fue caótico, puesto que un entorno con oxígeno conllevó a que muchos organismos tuvieran que desarrollar mecanismos biológicos para adaptarse a estas nuevas condiciones. En ese momento de transición, la naciente atmósfera, debido a la carga de compuestos químicos, que es el principal veneno para las bacterias, se reconoce como la capa de la estratósfera.
- Evolucionaron entonces las células aerobias y de este modo se complejiza la atmósfera y la vida en la tierra. El establecimiento de la atmósfera sobre la faz de la tierra permitirá que la vida emerja de los océanos hacia los continentes que ahora serán lugares, que protegidos del sol, son más apropiados para el desarrollo de la vida y toda su diversidad.
- Las células eucariotas evolucionadas contienen mitocondrias y orgánulos membranosos, así como centriolos, vacuolas (regulan el fluido de sal), lisosomas (descomponen partículas alimentarias para la digestión intracelular) y aparato de Golgi (transportan productos sintetizados). Algunas contienen cloroplasto.
- Esas membranas básicas forman vesículas, o protocélulas, en la que se instala una red compleja química de formación y transformación de proteínas y energía a lo largo de millones de años de evolución. Para Lynn Margulis, “la evolución es de modo sencillo el cambio a través del tiempo” (2002:35).
De este modo y como resultado de todo este proceso complejo, Margulis propone cinco reinos vivientes procedentes de la evolución de las bacterias procariotas hacia las eucariotas o protoctistas como resultado de la simbiogénesis. Asimismo, sostiene que “todos los organismos nucleados (protoctistas, plantas, hongos y animales) surgieron por simbiogénesis cuando las arqueo bacterias se fusionaron con los ancestros del centriolo-cinetosoma durante la evolución del ancestro protoctista: la célula con núcleo” (2002:35).
Usando la metáfora de la mano con sus cinco dedos, el esquema viviente queda de la siguiente manera: bacterias, animales, plantas, hongos y protoctistas. Toda esta construcción y evolución de la vida se ha expresado en cuatro mil millones de años de evolución.
Ilustración 2.
La mano de los cinco reinos de Lynn Margulis.
Fuente: Margulis, 2002.
Este delicado, complejo e impresionante fenómeno de producción celular involucró diferentes procesos tales como la fermentación, simbiosis, fotosíntesis y conversión del nitrógeno, que fueron acompañados por condiciones dadas en los lugares de su localización en donde se presentaron estos procesos. Un marco planetario que expresó mucha actividad geológica en su configuración de su capa terrestre y paisajística, así como por su estrecha relación con los cuerpos cósmicos que ingresaban más fácil a la Tierra en tanto no existiera la capa atmosférica y los fuertes rayos del sol.
Por ello, las explicaciones evolutivas más recientes han considerado que nuestro planeta nunca fue una esfera solitaria sino un organismo que ganó complejidad a medida que nacía y evolucionaba la vida microbiana bacteriana y en la medida en que ella estaba expuesta a la dinámica cósmica del sistema social y de la galaxia.
Toda esta actividad interna de la tierra a nivel microbiano, más la fuerte actividad geológica por la configuración de las placas de la superficie terrestre y las constantes lluvias de astros del universo que chocaban contra la esfera terrestre, fueron el caldo de cultivo para dar por resultado, después del paso de millones y millones de años, el planeta que se tiene hoy.
Durante este tiempo, la tierra, su luna se formaron como cuerpos sólidos. Existen meteoritos y rocas lunares de este periodo, pero tantos detritos golpearon la tierra y hubo tanto revuelo y fundición de materia en su superficie, que no quedan en ellas rocas terrenales de la fase hadeana. La era arcaica, desde hace unos tres mil ochocientos a dos mil seiscientos millones de años, vio la formación de las características duraderas de la corteza de la tierra, la aparición de la vida en el planeta y el desarrollo de las principales estrategias metabólicas, incluyendo la fermentación, la fotosíntesis y la capacidad de convertir el nitrógeno atmosférico en un elemento utilizable por las células. (1989:105).
Estas teorías han aportado a los estudios interdisciplinares que se han venido configurando como la astrobiología, desde la cual se están desarrollando innovadoras investigaciones para comprender la relación entre la formación del plantea, la vida en ella y su interacción con el cosmos. John Postgate, en la misma línea que la de Margulis, señala que ese mundo microbiano se adaptó a las condiciones del planeta (geomorfológicas y climáticas) y es por esto que la sobrevivencia favoreció la misma transformación de la Tierra como lugar apto para la presencia de la diversidad de especies como manifestación de la complejidad de la vida.
El mundo microbiano aprendió, a la fuerza, a sobrevivir, incluso a medrar, en condiciones adversas, utilizando todos los recursos geoquímicos de los que podía sacar partido, explotando cualquier cambio favorable tan rápidamente como fuera posible. Y, al hacerlo, los microbios empezaron a cambiar el mundo; iniciaron un proceso de transformación biológica del ambiente planetario que continúa en nuestros días. (Postgate, 2009:17).
Todos estos elementos son de tal exquisitez que producen asombro, pero sobre todo, mucha imaginación para plasmar en la mente, en modelos e imágenes el increíble proceso de transformación del planeta que habitamos. Una complejidad sistémica que solo es ahora que intentamos dimensionar con el apoyo de mentes demasiado creativas e inquietas así como de desarrollos tecnológicos que parecen de ciencia ficción pues nos impresionan cada día.
Es importante señalar esto, porque desde hace algún tiempo, siendo más preciso desde 1998, se viene realizando un conjunto de cursos internacionales e interdisciplinarios sobre el “Origen de la vida: en la tierra y en otros planetas” en las principales universidades del mundo. En 1998, uno de los primeros, realizado en Europa, se disertó sobre el origen de la vida en la tierra en la que participaron científicos destacados como la doctora Lynn Margulis, Stanley Miller, Joan Oró, Juli Paretó, Ricardo Amils, José Sanmartín y Francisco Montero (Trigo, 1999).
El trabajo en este curso se enfocó a dar una perspectiva de los avances investigativos desde diferentes campos con respecto al origen de la vida y su relación con la dinámica cósmica y universal. La presencia de la química prebiótica, la biología y la astrofísica se consideran como campos disciplinares enriquecidos con los aportes de la astrobiología y sus hallazgos. En este evento se demostraron avances importantes, como por ejemplo el trabajo con microfósiles que poseen registros y huellas de esos primeros momentos de la formación de la vida.
Trigo, haciendo referencia a estos hallazgos, los calificaba como evidencias innegables de la existencia de vida desde tiempos remotos.
Existen evidencias innegables de que la vida existía hace tiempos tan remotos, basadas tanto en el registro de microfósiles como en la presencia de todo el planeta de estromatolitos, grandes rocas calcáreas formadas como consecuencia de las reacciones metabólicas que las primitivas comunidades microbianas desarrollaron a lo largo de millones de años (1999:65).
Lo interesante y deslumbrante de estos planteamientos sobre el origen del mundo biótico a partir de ese mundo prebiótico, es que logran poner en evidencia el sentido sistemático del funcionamiento entre la relación de las primeras formas de vida y el acondicionamiento del planeta para la formación de la vida. Por ello es que se consideran como procesos innovadores y que marcaron el destino de la construcción de la vida hasta el presente o hasta el momento en que la vida deje de pervivir aquí. Margulis argumenta que “existe un acuerdo compartido que menciona que el origen de las células nucleadas, y en esto todo el mundo está de acuerdo, fue una innovación crucial en la evolución de la vida sobre la Tierra” (2002:57).
Aunque los desarrollos investigativos de Lynn Margulis fueron centrales para la comprensión de la formación de la vida, la pregunta por lo prebiótico fue antecedida por otros investigadores como Alexander Oparín en su maravilloso texto El origen de la vida de 1929, pero el que hace uso del concepto sobre la evolución molecular. (Capra, 2003:39).
Si bien, para algunos Oparin ya pasó de moda, sobre todo porque su contexto es la Unión Soviética de principios de siglo, este autor confronta las ideas religiosas con las que, según él, se ha dominado la humanidad por largo tiempo y del modo más simplista. Oparín, haciendo uso de su estilo burlesco, expresa que cómo es posible que todavía se siga creyendo en que este mundo fue construido en seis días. Esto no puede ser puesto que las investigaciones y sus fundamentos teóricos han logrado evidenciar que el origen de la formación de la vida obedece a procesos tan desafiantes como la evolución, la cual se presentó durante millones y millones de años cósmicos.
Esta discusión que hace recordar una de las frases del Nobel de literatura Saramago en su bello texto sobre El viaje del elefante, en el que se plantea que “El pasado es un inmenso pedregal que a muchos les gustaría recorrer como si de una autopista se tratara, mientras otros, pacientemente, van de piedra en piedra, y las levantan, porque necesitan saber qué hay debajo de ellas” (Saramago, 2010:35). La religión corrió a una velocidad que logró reducir el origen de la vida de la formación del planeta y la vida en seis días, frente a una ciencia que viene demostrando, al levantar piedra a piedra, la cantidad de tiempo, procesos, mecanismos y funcionamientos para que hoy exista el mundo que habitamos.
El reto de la investigación en estos campos ha sido lograr comprender, explicar y modelar el cómo, a partir de moléculas, se puede reconstruir las etapas evolutivas del mundo prebiótico, donde los acontecimientos químicos elementales dados en los entornos planetarios particulares fueron generando otros acontecimientos y vínculos químicos más complejos a tal punto que conllevó a que las primeras formas de vida salieran del agua y continuaran su formación hacia espacios acuosos, hasta llegar a los espacios continentales.
Científicos como Jordi Llorca expresaron que “todo material llegado a la tierra desde el espacio exterior como cometas y meteoritos aportaron al origen de la vida en la tierra” (2001). Del mismo modo, en su reciente texto publicado Meteoritos: química e historia (2011) expresa que “estos cuerpos constituyen por una parte, fuentes de información valiosa sobre la evolución química del planeta, y por otra, fuente de acumulación de materia orgánica en la tierra primitiva.
De este modo, la historia de los meteoritos está acompañada de la historia del pensamiento científico. La hipótesis propuesta por la ciencia y defendida hoy en día es que las membranas grasas al formar esas burbujas en donde se producían reacciones e interacciones químicas entre los elementos que yacían en su interior, fueron la base de lo que sería el camino de la evolución porque permitieron diferencia un sistema al interior de la burbuja y el sistema circundante o entorno de la burbuja cuya característica está en las difíciles condiciones geológicas, climáticas y atmosféricas.
… muy al principio, mucho antes del incremento de la complejidad molecular, algunas moléculas se unieron y formaron membranas primitivas que constituyeron espontáneamente burbujas cerradas, y que la evolución de la complejidad molecular no tuvo lugar en el seno de una sopa química sin estructurar, sino en el interior de esas burbujas precursores de vida (Capra, 2003:45).
En ese proceso de evolución y de transformación terrestre, la naturaleza maravilla hoy en día con sus formas diversas y de grande complejidad, que a veces pasamos sin ningún tipo de atención u observación. La complejidad de las formas y manifestación en las que se expresa esa vida más allá de la humana.
Al observar en la distancia de nuestro presente el proceso de construcción de vida desde el pasado, llega de inmediato a nuestra mente el planteamiento de Ilya Prigogine que establece las estructuras disipativas donde se evidencia la producción del orden de vida actual desde la complejidad y el caos de esas primeras condiciones iniciales planetarias y cósmicas. NO obstante, la vida todavía sigue su curso y tanto el caos como el orden están presentes en la evolución que continua con su rumbo.
Si bien, los estudios de Lynn Margulis son importantes porque avanzan en el conocimiento sobre el origen y funcionamiento de la vida en el planeta Tierra al mostrar la complejidad y la riqueza de la diversidad de vida microbiana y microscópica a lo largo de 4 mil millones de años de evolución, también ayudan a confrontar la idea aquella del ser humano como dueño y amo del mundo. El profesor Lewis Thomas, en la presentación que hace del texto de Lynn Margulis y Dorion Sagan (1995), nos invita reflexionar sobre el hecho que nuestra vida esta remontada a la historia de la vida microbiana y que estos microbios todavía hacen parte de nuestra esencia vital.