11.2 Evolución de la Tierra
Hace unos 4.540 Ma puede darse por terminada la formación de la Tierra. No obstante, quedaba otro protoplaneta (Theia, del tamaño de Marte) casi en la misma órbita: una situación insostenible. En poco tiempo Theia se precipitó en un impacto enorme, aunque no destructivo. Las masas eyectadas fueron retenidas por la gravedad terrestre y acabaron uniéndose para formar nuestro satélite natural, la Luna. En pocos millones de años la situación se consolidó, esta vez, definitivamente: la corteza terrestre se solidificó (las rocas más antiguas tienen 4.400 Ma) y la atmósfera, que ya existía antes del Gran Impacto, se estabilizó.
Presumiblemente hubo N2, CO2, H2O, CO, NH3, CH4. La atmósfera sin O2, completamente irrespirable, pudo ser adecuada para los comienzos de la vida. Como no había capa de ozono, los rayos ultravioletas (UV), muy energéticos, llegaban a esas nubes y provocaban reacciones químicas (que se han reproducido en laboratorios) en las que se formaron espontáneamente algunos compuestos orgánicos como formaldehído (HCOH), cianuro de hidrógeno (HCN) y cianoacetileno (HC3N). La aparición de estos compuestos no es tan infrecuente ya que se han detectado en nebulosas y en el espacio interestelar.
Al terminar los impactos el planeta comienza a enfriarse y el agua de la atmósfera se condensó, llovió torrencialmente y se formó la hidrosfera, con extensos océanos bastante calientes, quizá a unos 40ºC. El CO2 de la atmósfera se fue disolviendo en el agua y se precipitó en forma de carbonatos.
Ejercicio 11.1
La cantidad total de agua que hay actualmente en la superficie terrestre es de 1.360 millones de km3. Si la Tierra fuera una esfera perfecta rodeada por una capa de agua, ¿qué espesor tendría esa capa?
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Aparición de la vida
Los primeros fósiles confirmados, estromatolitos en Isua (Groenlandia), son el resultado de la fosilización de cianobacterias, datan de hace 3.700 Ma. La vida surgió en nuestro planeta antes de esa fecha. ¿Cómo comenzó?
La primera hipótesis verosímil fue esbozada por Darwin: en masas de agua poco profundas se disolvieron y acumularon los compuestos orgánicos formados en las nubes, originando el llamado caldo prebiótico, en el que aparecieron sustancias orgánicas más complejas y más próximas a las vitales: aminoácidos y azúcares (como la glucosa). De alguna manera, en ese caldo prebiótico espeso, las moléculas orgánicas sencillas fueron agrupándose y aumentando en complejidad, concentrándose y dando lugar a las primeras células, los primeros organismos vivos, dotados de una química e identidad propia.
Esta hipótesis se vio apoyada en 1953 por los experimentos de Miller-Urey. En ellos se consiguió obtener sustancias orgánicas mediante descargas eléctricas sobre una mezcla de gases como los que entonces se pensaba que estaban presentes en la atmósfera primitiva. Pero quedan demasiados detalles desconocidos.
Recientemente se ha abierto paso otro posible escenario, las chimeneas hidrotermales submarinas. Son grietas del fondo marino por las que surge un caudal de agua muy caliente al estar en zonas de actividad geológica. Alejadas de la luz solar estas primeras células obtendrían su energía mediante reacciones químicas sobre sustancias inorgánicas y sus nutrientes de las sustancias disueltas en el flujo de agua caliente.
Las altas temperaturas no parecen ser ningún obstáculo. En la actualidad se han detectado seres vivos microscópicos de los denominados “extremófilos” en géiseres, en chimeneas en las dorsales centrooceánicas o en otros ambientes con agua y altas temperaturas.
Todo ser vivo, para poder ejercer sus funciones (crecer, moverse, reproducirse) necesita nutrientes, es decir, una fuente de carbono (para fabricar las moléculas que le hagan falta), una fuente de energía que le permita desarrollar las complejas reacciones químicas correspondientes y un sistema que gobierne todos estos procesos con precisión. Además, debe contar con una envoltura que le aísle del medio y haga de él un organismo independiente. Todos tienen algunas características básicas y fundamentales idénticas. Desde luego, la inmensa mayoría de sus moléculas tienen al carbono como elemento clave; ningún otro tiene la versatilidad de enlaces y la capacidad para configurar largas y complejas cadenas; por eso la química del carbono se llama orgánica. Utilizan las mismas moléculas (el ADN y el ARN) como sistema gobernante que dirige la confección de nuevas moléculas y que contiene la información genética que permite crear descendientes iguales o similares. Y también en todos, la molécula central en los procesos energéticos, es la misma: el ATP. De esta universalidad de elementos clave se deduce que todos procedemos de un mismo tronco común, es decir, hubo un “último ascendente común” (LUCA, Last Universal Common Ancestor).
Presumiblemente las primeras etapas consistieron en una lenta pero constante evolución química con la aparición de nuevas moléculas y nuevas cadenas de reacciones cada vez más eficientes para desarrollar las funciones vitales hasta que se consolidaron definitivamente el ADN y el ARN para el control general de la maquinaria orgánica y el ATP como la pieza base en los procesos energéticos que posibilitan el metabolismo (figura 11.14).
Los primitivos organismos eran seres microscópicos, unicelulares y procariotas (sin núcleo diferenciado), del estilo de las actuales bacterias, que se alimentaban de las sustancias orgánicas que encontraran en su entorno y eran capaces de utilizar la energía encerrada en ciertas moléculas inorgánicas para mantener su metabolismo.
Hace 3.500 millones de años, aparecieron los primeros organismos capaces de realizar la fotosíntesis. Una innovación importante, quizá debida al agotamiento de las moléculas (orgánicas o inorgánicas) que habían sido las suministradoras de energía hasta entonces. El entorno va presionando y los organismos se ven obligados a adaptarse o desaparecer. Así funciona la evolución. Similares a las actuales cianobacterias, seguían siendo unicelulares y procariotas, pero eran capaces de aprovechar la energía solar como motor para sus reacciones metabólicas:
6 CO2 + 6 H2O + energía solar → (CH2O)6 + 6 O2
(glucosa)
El O2 liberado no llegó a la atmósfera pues, al ser químicamente muy activo, se combinó rápidamente con otros materiales, especialmente con el hierro que había disuelto en los océanos. Se formaron compuestos insolubles que se depositaron y dieron lugar a rocas ricas en este metal. Cuando el hierro se agotó el oxígeno producido en la fotosíntesis se disolvió, en su mayor parte, en los océanos o fue absorbido en las rocas superficiales. Una pequeña fracción comenzó a hacerse presente en la atmósfera provocando una grave crisis hace unos 2.450 Ma puesto que el O2 es muy reactivo y constituye un eficaz veneno. Sólo mucho más adelante, cuando todos estos procesos quedaron saturados (hace 850 Ma) el O2 comenzó a acumularse ya significativamente en la atmósfera.
De nuevo como resultado de la selección natural y de la adaptación al nuevo ambiente, surgieron, hace 1.850 millones de años, las células eucariotas (figura 11.16), que tienen un núcleo interior protegido de los agentes externos en el que se sitúan los cromosomas con toda la información genética.
Además, aparecieron unos compuestos especiales, capaces de obtener energía de la oxidación de sus moléculas. Las células empezaron a respirar:
glucosa + O2 → CO2 + H2O + energía
La energía así obtenida se almacena en las moléculas de ATP, que son capaces de liberarla para producir las reacciones químicas necesarias para mantener la vida.
1.500 millones de años atrás surgió otra importante adaptación: la sexualidad y la división celular por meiosis (figura 11.17), con intercambio de material genético con lo que se producen nuevos individuos no exactamente iguales a los progenitores. Esto puede ser una ventaja evolutiva en general y, especialmente, en momentos de cambios ambientales.
Hace 800 millones de años surgieron las células heterótrofas que obtienen los nutrientes de moléculas orgánicas sintetizadas previamente por los organismos fotosintéticos. A partir de entonces, heterótrofos y fotosintéticos (autótrofos) han evolucionado conjuntamente, reciclando en beneficio mutuo los productos de su metabolismo.
Ya casi en nuestros días, hace sólo 680 millones de años, aparecen por primera vez los metazoos (animales pluricelulares), las plantas llegan a los continentes (que ya habían sido colonizados por bacterias) y aumenta el contenido de O2 en la atmósfera. Hace unos 550 Ma se produjo un gran aumento repentino en la masa global de organismos vivos y en su diversidad (explosión de la biosfera del Cámbrico): surgen los primeros animales con simetría bilateral (con cabeza, cola, vientre y espalda) y la mayoría de los grandes filos conocidos en la actualidad (artrópodos, equinodermos, moluscos, cordados). Ver figura 11.18
A partir de este momento la historia es mucho mejor conocida. Entramos en las eras Paleozoica, Mesozoica y Cenozoica de las que conservamos abundantes fósiles que han permitido a los especialistas hacerse una idea bastante clara de los animales y plantas dominantes como los trilobites figura (11.19), los grandes helechos o los dinosaurios que nos resultan mucho más familiares que las ingentes cantidades de vida microscópica que fue la única durante unos 3.000 millones de años y que todavía sigue siendo la más abundante en la actualidad.
Al poco, 400 millones de años antes de nuestros días, aparecen los primeros animales terrestres; los mamíferos lo hicieron hace 250 millones de años y los primates hace 65. En una de sus ramas evolutivas se sitúa la familia Homo desde hace un millón y medio de años. Nuestra especie Homo sapiens sapiens solo lleva aquí 150.000 años.
Calendario terrestre
Como estas dimensiones temporales son totalmente ajenas a nuestras percepciones se han ideado diversos modelos para que seamos capaces de captar, de hacernos algo de idea de esta inmensidad de tiempo. Uno de los más conocidos consiste en reducir toda la historia de la Tierra a un año, tomando como punto de partida el momento en el que nuestro planeta puede darse por formado (1 de enero a las 0 horas) y el 31 de diciembre a las 24 horas correspondería al presente, al momento actual. La secuencia de hechos destacados quedaría así:
| MES | DÍA | ACONTECIMIENTO |
| ENERO | 3 | Formación de la Luna |
| 12 | Formación corteza terrestre y aparición de los océanos | |
| FEBRERO | 13 al 25 | Bombardeo Tardío Intenso |
| MARZO | 1 | Aparición de la vida |
| 25 | Fotosíntesis | |
| JUNIO | 18 | Primera crisis de oxígeno |
| AGOSTO | 5 | Aparición células eucariotas |
| OCTUBRE | 2 | Reproducción sexual |
| 28 | Seres heterótrofos | |
| NOVIEMBRE | 7 | Metazoos (seres pluricelulares) |
| 17 | Explosión del Cámbrico | |
| 29 | Aparición de los animales terrestres | |
| DICIEMBRE | 2 | Aparición de los mamíferos |
| 26 | Aparición de los primates | |
| 31 | Aparición de la familia Homo (21 horas) | |
| 31 | Aparece la especie Homo sapiens (23 horas, 41 minutos) |
Ejercicio 11.2
En el siguiente gráfico la línea roja más alta da el % de O2 que, según se cree, había en la atmósfera en diferentes épocas geológicas. Completa la tabla adjunta. Sitúa en la gráfica los acontecimientos más importantes de la evolución biológica de la Tierra (los escritos en negrita en este apartado).
| Tiempo | 4.000 | 2.450 | 1.850 | 850 | 540 | 350 | ahora |
| % O2 |
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Los peligros de la Tierra
Se han encontrado, en el registro fósil, varios momentos en los que se produjeron extinciones masivas y globales, en los que el número de especies de seres vivos se redujo drásticamente. También se sabe que en algún momento nuestro planeta se enfrió, hasta tal punto que estuvo totalmente cubierto de hielos. Las condiciones de la superficie terrestre (cantidad de agua helada, altura del nivel del mar) y de su atmósfera (cantidad de CO2, de vapor de agua, de oxígeno) no son absolutamente estables, sino que varían, a veces sustancialmente, por diversas causas: la biosfera es un ámbito frágil, expuesto a diversos avatares que pueden dificultar la expansión de la vida, que pueden hacer desaparecer el hábitat que sustentaba a determinadas especies.
¿A qué peligros puede enfrentarse nuestro planeta?
Algunos provienen del exterior, entran dentro del ámbito de la Astronomía.
- Los parámetros de la órbita terrestre tienen unas pequeñas oscilaciones periódicas: la excentricidad de la órbita y la inclinación del eje de rotación varían un poco aumentando y disminuyendo cíclicamente debido a las influencias gravitatorias de los planetas, especialmente de Júpiter. Son los llamados ciclos de Milankovic (figura 11.21). Provocan ligeros cambios en la distribución del calor solar y por tanto afectan al clima global: las glaciaciones recientes (del último millón de años) pudieron ser causadas por ellos.
- En el sistema solar aún quedan multitud de asteroides, cometas y otros restos de cierto tamaño. De vez en cuando alguno de ellos llega a caer sobre la Tierra. En función del tamaño del impactor los efectos pueden ser escasos y locales (como el cráter Barringer, en Arizona) o muy importantes a escala planetaria, con tal desprendimiento de materiales hacia la atmósfera que ésta queda cubierta y oscurecida, impidiendo la entrada de la radiación solar y provocando la desaparición de muchas especies que necesitan la luz para realizar la fotosíntesis, y forzando la extinción de los animales que se nutrían de ellas: es lo que pasó hace 65 millones de años cuando los dinosaurios desaparecieron.
- En el Universo ocurren multitud de fenómenos violentos: explosiones de supernovas, galaxias activas, choques de galaxias. La mayoría están demasiado lejos como para que nos afecten, pero algunos, como los brotes de rayos gamma (producto de galaxias muy activas) sí se cree que pudieron hacerlo: son chorros de altísima energía que al impactar con la biosfera provocan reacciones químicas destruyendo las moléculas orgánicas.
Otros provienen del propio planeta
- La Tierra acumuló una importante cantidad de energía interna derivada de su formación a base de impactos. Ese calor mantiene fundidas las rocas del manto en un estado semifluido, pastoso. De vez en cuando ese magma escapa al exterior en procesos de vulcanismo que ocasionalmente son muy violentos desparramando por la atmósfera grandes cantidades de gases y polvo que pueden oscurecerla totalmente. O hacer que aumente notablemente la cantidad de CO2 presente en ella incrementando el efecto invernadero y la temperatura global.
- El calor interno también es el responsable de la Tectónica de placas: los continentes se unen y se separan (como lo están haciendo ahora África y América del Sur) sin cesar creando barreras imposibles de franquear para las especies vivas que se aíslan y evolucionan de modo independiente. Cuando todas las masas emergidas se unen en un único supercontinente (figura 11.25) la longitud de las líneas de costa es mucho menor que si hubiera varios continentes repartidos; el clima en el interior de ese supercontinente se hace extremo y ello afecta a las condiciones globales de temperatura de todo el planeta.
- La actividad de los mismos seres vivos está continuamente afectando a la composición de la atmósfera. Ya hemos visto cómo la fotosíntesis es la responsable del nivel de oxígeno. El éxito desmesurado de alguna especie de planta fotosintética puede hacer que se consuma el CO2 a un ritmo demasiado rápido como para que sea repuesto por otras vías; al bajar su nivel el efecto invernadero será menor y puede sobrevenir un enfriamiento generalizado.
Como vemos hay una interacción constante entre muy diversos aspectos, todos ellos interrelacionados de una manera compleja, de forma que la estabilidad de las condiciones ambientales está siempre en un equilibrio precario.
El Hombre y la Tierra
La especie Homo Sapiens no ocupa ningún lugar privilegiado en el árbol de la evolución. Es una especie más, resultado de sucesivas adaptaciones y especializaciones provocadas por diferentes mutaciones que se iban produciendo al azar. Los paleoantropólogos han rastreado nuestros antepasados fósiles y han formado esta secuencia: Australopithecus, Homo habilis, homo erectus, homo sapiens neanderthalensis y homo sapiens sapiens (nosotros). Esta secuencia nos permite vernos como un producto más de la evolución.
Sin embargo, el homo sapiens tiene algunas características un tanto peculiares. Posiblemente no sea la única especie inteligente: los delfines tienen un cerebro similar al humano. Ni es la única cuyos miembros pueden comunicarse entre sí: las aves, las abejas, las ballenas también lo hacen; otras muchas especies tienen un comportamiento social, como las hormigas o los lobos.
Pero sí es la única especie que ha desarrollado una cultura propia: que ha construido máquinas y artefactos, que ha elaborado un lenguaje que le permite intercambiar gran cantidad de información con sus semejantes, que es consciente de su propia existencia, que ha creado las manifestaciones artísticas, la ciencia y la tecnología, que tiene la sensibilidad de enterrar a sus muertos. Todos los seres vivientes tienen su herencia biológica, almacenada y transmitida por el ADN de los cromosomas, pero la especie humana, además, destaca por su capacidad para transmitir su herencia cultural.
La especie humana es la única que se plantea cuál es su papel en el Universo, que siente curiosidad por conocer y entender el mundo que la rodea, que, por encima de sus posibilidades de adaptación al medio ambiente, prefiere manipular su entorno natural y adaptarlo a su antojo, no siempre con el cuidado y acierto que sería deseable.
Es muy difícil calcular numéricamente el efecto de las actividades humanas sobre la Tierra y predecir sus consecuencias a escala global. A largo plazo (hablamos de millones de años) la influencia humana es insignificante, pero no lo es si consideramos intervalos de tiempo relativamente cortos (siglos).
El aumento de la población es insostenible. Al ritmo actual muy pronto será imposible satisfacer las demandas alimenticias de la humanidad. La tala de bosques para su explotación agrícola o industrial y la destrucción de otros hábitats naturales por el hombre provocan la extinción de numerosas especies, con la consiguiente pérdida de diversidad en la biosfera.
Los efectos contaminantes de la sociedad industrial provocan un aumento de la concentración de CO2 atmosférico, lo que intensifica el efecto invernadero, cuyas consecuencias empiezan a ser muy graves: cambio climático, aumento de fenómenos meteorológicos extremos, disminución de los casquetes polares, aumento del nivel del mar e inundaciones en zonas costeras. El otro gran problema es el agujero de ozono detectado sobre la Antártida y causado por ciertos compuestos químicos (los clorofluocarbonados) habitualmente usados en los “sprays” y en los refrigerantes.
Ejercicio 11.3
Busca en libros de texto de Geografía (Sociales) datos sobre la población de la Tierra desde el año 1500 (o desde antes) hasta nuestros días. Confecciona una tabla y una gráfica (eje x = años, eje y = población). ¿Puedes hacer alguna predicción?
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