Segunda parte. La vida en la Tierra

Segunda parte

LA VIDA EN LA TIERRA

Capítulo 4

EL ORIGEN DE LA VIDA Y LA TEORÍA DE LA EVOLUCIÓN

 

LA VIDA: UN NUEVO NIVEL DE COMPLEJIDAD

 

«¿Qué es la vida?». El físico Erwin Schrödinger formuló esta pregunta en una famosa serie de conferencias que pronunció en Dublín en 1943. La respuesta que dio el mismo conferenciante fue notablemente previsora, ya que la dio antes de que se conociera la base genética de la vida. Adujo que había que explicar la vida con el mismo rigor científico con que explicábamos la física o la química. Sin embargo, se dio cuenta de que no podíamos definir la vida remitiéndonos simplemente a una lista de funciones. Al igual que todas las entidades complejas, los organismos vivos administran importantes cantidades de energía y materia, de modo que deben tener alguna clase de metabolismo. Ingieren y expulsan energía y nutrientes. Se reproducen, al igual que muchas otras entidades complejas aunque no vivas, desde los tornados hasta los cristales. Así pues, ni el metabolismo ni la reproducción pueden dar por sí solos una definición satisfactoria de la vida; lo fundamental es su funcionamiento combinado, que es capaz de crear otro nivel de complejidad. Schrödinger sugirió en consecuencia otra forma de definir lo característico de la vida. La vida no es únicamente compleja: es mucho más compleja que ninguna otra cosa en el universo; y el nivel de orden alcanzado por los organismos vivos es notable, dada la tendencia general del universo hacia el desorden. «El despliegue de acontecimientos que se produce en el ciclo vital de un organismo muestra una

regularidad y un orden admirables, sin parangón en la materia inanimada[1]».

Las estrellas pueden remontar la escalera de bajada de la termodinámica (véase el apéndice 2), pero los organismos vivos la remontan con más agilidad. Eric Chaisson ha dicho que el nivel de complejidad alcanzado por los organismos vivos puede medirse, aproximativa pero objetivamente, calculando la densidad del flujo de energía que los sostiene frente a la presión destructiva de la segunda ley de la

termodinámica[2]. La tabla 4.1 recoge los valores que Chaisson otorga a estos flujos de energía. La columna de la derecha, que mide la cantidad de energía libre que cruza una masa dada en determinada cantidad de tiempo, indica que los organismos vivos pueden administrar, sin desintegrarse, flujos de energía mucho más densos que las estrellas. Y esta capacidad es lo que les permite subir más arriba y más rápido por la escalera de bajada de la termodinámica. Según la célebre expresión de Schrödinger, los organismos vivos parecen tener una capacidad asombrosa «para absorber orden de

su entorno sin cesar[3]». Las estructuras más simples son las más antiguas y las más complejas son más recientes, lo que sugiere que producirlas fue una labor evolutiva más costosa. Por último, salta a la vista que las entidades complejas del final de la tabla son también más frágiles. Mientras que las estrellas y los planetas duran miles de millones de años, los organismos vivos más grandes (al menos los que conocemos) viven sólo unos miles de años, y la mayoría vive sólo unos días o unos cuantos años. Que las estructuras más complejas se desintegren tan aprisa es un indicio de la dificultad de administrar flujos de energía particularmente densos: es el precio que paga el organismo vivo por su agresivo cuestionamiento de la segunda ley de la termodinámica. Así pues, al tratar de la vida tratamos también con un nivel nuevo de orden y complejidad, con una capacidad superior para controlar y organizar energía libre que se adquiere a cambio de una mayor fragilidad. Como ha dicho

Martin Rees: «Una estrella es más simple que un insecto[4]». Pero la estrella vive mucho más.

Es posible que los procesos químicos hayan generado vida en otros puntos del universo, pero hasta la fecha no sabemos nada al respecto. Lo que sí sabemos es que la vida apareció en la Tierra antes de que el planeta tuviese 600 millones de años. Según los cánones geológicos, y dadas las duras condiciones de la Tierra primitiva, fue un proceso rápido. Y desde el instante en que la vida apareció, los organismos se multiplicaron y se transformaron en una sucesión vertiginosa y aparentemente infinita de formas nuevas, todas con capacidad para administrar los recursos y energías concretos de su entorno inmediato. A diferencia de las estrellas y los cristales, que son máquinas antientrópicas generales y útiles para todo, los organismos vivos pueden adaptarse continuamente a un territorio nuevo y a nuevos problemas con su más flexible guerra de guerrillas contra la entropía. Los organismos vivos exploran colectivamente su entorno de un modo que no tiene parangón en el mundo inanimado. Y encuentran nuevas fuentes de energía y nuevas formas de organizarse para sobrevivir al huracán de energía que los atraviesa. No todos los cambios producen mayor complejidad, pero algunos sí. Por este motivo, la vida tiene esa asombrosa capacidad para idear nuevas modalidades de complejidad.

 

TABLA 4.1. ESTIMACIÓN DE TASAS DE DENSIDAD DE ENERGÍA LIBRE.

FUENTE: Eric Chaisson, Cosmic Evolution: The Rise of Complexity in Nature, Harvard Universty Press, Harvard

(Massachusetts), 2001, p. 139.

 

¿Cuál es la fuente del diferencial de energía que sostiene estas entidades complejas? La respuesta a esta pregunta está clara: la fuente última es la gravedad. Hemos visto que la gravedad puede formar estrellas, objetos de gran densidad y altas temperaturas. Pero el universo en su conjunto es extremadamente frío; su temperatura media es de unos 3 grados centígrados por encima del cero absoluto, la temperatura de la radiación cósmica de fondo. Las estrellas están, pues, incrustadas en el frío universo como puntos diminutos que producen luz y calor. No es casualidad que vivamos pegados a una estrella, pues desde donde estamos podemos controlar el tremendo flujo de energía que brota hacia el espacio desde el horno nuclear que hay en el centro del Sol.

En cuanto a las leyes de complejidad de los organismos vivos, son diferentes de las que dominan a escala astronómica. Los organismos individuales (al menos los que conocemos) prosperan a escalas mucho menores que las estrellas o los planetas. La gravedad tiene un papel en estas escalas menores, pero hay otras fuerzas con un papel más importante. La vida está moldeada sobre todo por el electromagnetismo y por las fuerzas nucleares que rigen el funcionamiento del átomo. Son las fuerzas que determinan cómo se unen los átomos para formar moléculas, que son entidades mayores y más complejas.

Pero en el nivel de complejidad biológico aparecen también nuevas leyes. Los organismos vivos operan de acuerdo con leyes de cambio más flexibles que se superponen a las leyes de la física y la química, que son más simples y más deterministas. Las leyes de la biología han llegado a establecerse gracias a la gran precisión con que los organismos se reproducen. Administrar grandes flujos de energía es tan delicado que exige un mecanismo muy preciso; el manual de instrucciones para formar y reformar estas estructuras tiene que ser complejo, exacto y seguro. Un sistema de reproducción que copie los mecanismos de manera aproximativa no tardará en perder la exactitud requerida (y el que los copie a la perfección eliminará toda posibilidad de cambio). Así, un elevado nivel de precisión metabólica exige un nivel elevado (pero no perfecto) de precisión reproductora. Tal es el motivo de que los organismos grandes como nosotros necesiten más información genética que las bacterias. Es asimismo la razón de que casi todos los que han estudiado el origen de la vida se hayan concentrado en el origen del código genético, el intrincado software molecular que explica por qué los organismos vivos se reproducen con una precisión no igualada por ninguna otra entidad compleja.

En general, el paso de la química a la vida es una de las grandes transiciones de la historia del universo. Los organismos complejos, al reproducirse de acuerdo con un programa nuevo y rigurosamente preciso, introdujeron nuevas modalidades de cambio histórico, fundamentalmente en este planeta, pero también en otras partes del universo. Conforme los compuestos químicos se van combinando para producir organismos vivos, se van perfilando propiedades que no pueden explicarse estudiando los compuestos químicos que los componen. Así pues, para conocer a los seres vivos necesitamos otro paradigma, un paradigma que nos lleve más allá de las leyes de la física nuclear, de la química y de la geología y nos adentre en el reino de la biología. Este capítulo analizará las leyes básicas por las que cambian los organismos vivos y algunas ideas actuales sobre el origen de la vida en la Tierra. Se centra en las ideas de Charles Darwin, que fue el primero que describió con claridad las características de las leyes del cambio. El capítulo siguiente repasará la historia de la vida en el planeta.

 

DARWIN Y LA TEORÍA DE LA EVOLUCIÓN

 

Muchas sociedades se han explicado la vida suponiendo que hay un espíritu o dios creador que sin saber cómo infundió vida en la materia. La ciencia moderna piensa que esta explicación opta por el camino más fácil, porque las teorías que dependen de las divinidades pueden explicarlo prácticamente todo y no están sometidas a la comprobación objetiva. Por el contrario, la ciencia moderna explica el origen de la vida alegando que es consecuencia de procesos y fuerzas inanimados, lo mismo que el Sol y la Tierra.

La idea básica que emplea la biología moderna para explicar la aparición y desarrollo de la vida es la de «evolución por selección natural». La teoría se expuso de forma sistemática por vez primera en El origen de las especies (1859) de Charles

Darwin[5]. Darwin apenas utilizó el término «evolución», tal vez porque parece evocar alguna especie de fuerza mística que impulsa el cambio biológico en una dirección concreta y esto habría ido contra su concepción de que el cambio biológico era un proceso sin desenlace predeterminado. En cambio, Herbert Spencer, que hizo todo lo posible por la divulgación del término, veía el cambio biológico como un movimiento que iba de las formas de vida «inferiores» a las «superiores». No fue una iniciativa afortunada, porque un enfoque así introduce juicios de valor arbitrarios y subjetivos en nuestro conocimiento de la historia de los organismos. A pesar de las asociaciones que arrastra la palabra evolución, seguiremos utilizándola porque sigue siendo la más común para describir la teoría darwiniana del cambio biológico.

Darwin aducía que las especies no son entidades fijas. Están cambiando continuamente y este cambio está regido por unas cuantas leyes sencillas. Una especie es una serie de organismos individuales no idénticos, pero con parecido suficiente para reproducirse entre sí. Las especies se definen por los rasgos que comparten los individuos y no por sus pequeñas diferencias. Sin embargo, es posible que las variantes aleatorias de los rasgos de los individuos modifiquen a muy largo plazo los rasgos medios de toda una especie. Puede cambiar, por ejemplo, la estatura media, o puede crecer el tamaño medio del encéfalo. Estos cambios menores, acumulados durante miles de generaciones, transforman al final la fisonomía media de toda la especie. Por lo tanto, para entender cómo cambia una especie debemos entender cómo y por qué los rasgos de unos individuos se vuelven más comunes, mientras que los de otros se difuminan y desaparecen.

Darwin sabía que en casi todas las poblaciones sólo una minoría de individuos llega a la madurez y tiene descendencia. El futuro de la especie está en manos de estos individuos que sobreviven y se reproducen. Así pues, todas las generaciones posteriores descienden exclusivamente de los supervivientes. (Parece que la evolución, como la historia, la escriben los vencedores). Pero ¿qué determina que unos individuos se reproduzcan y otros no? La casualidad, como es lógico, podría tener aquí un papel. Pero a largo plazo, argüía Darwin, los individuos que probablemente más sobrevivirán y se reproducirán serán los que hayan tenido la suerte de heredar de sus padres rasgos que los hayan adaptado un poco mejor a su entorno. Éstos transmitirán esos mismos rasgos a casi todos sus descendientes. Con el tiempo, estos rasgos se volverán dominantes, porque los individuos que no los posean tendrán menos descendientes sanos y su linaje acabará extinguiéndose. Después de miles de generaciones, la acumulación de cambios menores de esta clase hará que la especie entera parezca cambiar o evolucionar para adaptarse mejor al entorno. Podemos decir, en sentido figurado, que el entorno, de manera «natural», selecciona unos rasgos y descarta otros, del mismo modo que los ganaderos, de manera «artificial», seleccionan unos ejemplares para el apareamiento y no otros. En este mismo sentido figurado, la especie, con el tiempo, se «adapta» a su entorno natural.

El concepto de adaptación es tan importante en la biología moderna que vale la pena definirlo con más exactitud. Se refiere al hecho de que todos los organismos vivos parecen ser escrupulosamente aptos para estar en el entorno en que viven. En realidad, la adecuación entre organismos y entorno es tan perfecta que muchos enemigos de Darwin adujeron, y todavía aducen, que órganos como el ojo humano y la trompa del elefante tenían que deberse al designio de un creador bondadoso. Darwin se esforzó por demostrar que los procesos naturales podían hacer el trabajo igual de bien. La adaptación permite explicar la gran variedad de organismos vivos que hay, porque los organismos se pueden adaptar a muchísimos entornos. Para describir los diferentes entornos, los biólogos y ecologistas hablan de hábitats y de nichos. El hábitat es simplemente el entorno geográfico en que vive una especie. La idea de nicho es más complicada, ya que abarca además la forma de vida de la especie. La palabra «nicho» proviene del italiano nicchia, que a su vez procede del latín nidus, «nido». En arquitectura, un nicho es una cavidad que se abre en un muro con fines constructivos (para soportar cargas), funcionales (para enterrar a los muertos) o de decoración (para poner esculturas u otros objetos). En biología y ecología, el nicho es el modo de vida concreto para el que un organismo parece haber sido forjado o adaptado por los procesos evolutivos. El nicho del pájaro carpintero se define por el hecho de que sabe encontrar insectos comestibles en determinados árboles; muchas bacterias unicelulares encuentran nichos atractivos en los intestinos de animales mayores, entre ellos nosotros. Pero, como es lógico, también los entornos cambian, y al cambiar, aunque algunos nichos antiguos se cierren, pueden abrirse otros nuevos en otra parte. Como los entornos son variados y mudables, los organismos han de adaptarse continuamente si quieren sobrevivir. Es el motivo de que la evolución no tenga fin. Como no hay ningún criterio fijo de perfección o «progreso», la adaptación es un proceso infinito.

Los biólogos modernos se sirven de la idea de evolución para explicar la extraordinaria variedad de formas de vida que hay en la Tierra. También la utilizan para explicar la aparición de la vida en el planeta, porque parece que algunas sustancias no vivas podrían haber evolucionado en virtud de una forma simplificada de selección natural. Con el tiempo y un entorno favorable, al final fueron organismos vivos. La idea de evolución es tan fundamental para el conocimiento moderno de lo que es la vida y cómo cambia que nuestra versión de la historia de la vida en la Tierra debe comenzar describiendo la teoría más detalladamente y viendo cómo evolucionó, también ella, a partir de teorías anteriores sobre la aparición de la vida en toda su variedad.

 

ORIGEN DE LA MODERNA TEORÍA DE LA EVOLUCIÓN

 

Hemos visto que en los siglos XVII y XVIII hubo científicos europeos que pusieron en duda el mito creacionista de la Biblia judeocristiana. La Biblia parecía decir que las especies fueron creadas por Dios hace unos 6000 años y que esencialmente se habían mantenido como Dios las había creado. Esta idea fue defendida incluso por Linneo, el botánico sueco del siglo XVIII que fundó el sistema moderno de taxonomía o clasificación biológica. Sin embargo, esta versión de las cosas tropezaba con dificultades incluso en aquellos tiempos. Por ejemplo, había muchos fósiles que sugerían que habían existido criaturas extrañas no mencionadas en la Biblia ni en la historiografía. Ciertas criaturas que parecían marinas se habían encontrado en lo alto de montañas que habían tardado millones de años en formarse, y otras se habían hallado incrustadas en las rocas. Este emplazamiento sugería que habían sido enterradas hacía millones de años.

Además, estaba el hecho, conocido por todos los granjeros, de que los perros, los gatos, las vacas y las ovejas no son especies tan fijas como podría parecer. Eligiendo cuidadosamente las parejas, los criadores de palomas o de perros podían obtener animales muy extraños. A Darwin le fascinaban las actividades de los criadores de palomas, y él mismo pertenecía a dos clubes de colombofilia de Londres. En una página describe algunas variantes que observó, todas descendientes al parecer de la paloma silvestre común:

 

Compárense la mensajera inglesa y la volteadora de cara corta y se advertirá la asombrosa diferencia de

sus picos, que fuerza las correspondientes diferencias en el cráneo. La mensajera, especialmente el macho, es

también notable por el prodigioso desarrollo, en la cabeza, de las carúnculas nasales, párpados muy largos,

orificios externos de la nariz muy grandes y una gran abertura de boca. La volteadora de cara corta tiene un

pico cuyo perfil es casi como el de un pinzón; y la volteadora común tiene la particular costumbre hereditaria

de volar a gran altura, en bandada compacta, y dar volteretas en el aire. La paloma runt es un ave de gran

tamaño, con pico largo y sólido y pies grandes; unas subrazas tienen el cuello muy largo; otras, alas y cola

muy largas; otras, cosa rara, cola corta. […] La buchona tiene el cuerpo, las alas y las patas muy largos; y su

buche enormemente desarrollado, que la paloma se enorgullece de hinchar, puede muy bien producir

asombro y hasta risa[6].

 

¿Pertenecían estas exóticas criaturas a la misma especie que Dios había creado al principio? ¿O eran especies completamente nuevas? Si eran nuevas, entonces había que suponer que Dios estaba retocando la vida sin cesar, y estos retoques parecían dar a entender que la creación original no había sido precisamente perfecta. Gracias a los numerosos viajes de exploración realizados en los siglos posteriores a Colón, los europeos empezaron a advertir que había muchas más especies que las mencionadas en la Biblia. Las múltiples diferencias que había entre la flora y la fauna del Pacífico, América y Eurasia planteó un problema a los teólogos cristianos. ¿Había creado Dios todas las especies? Si las creó, ¿qué sentido tenía tanta abundancia? ¿Y por qué las había repartido por todo el planeta de un modo tan raro y arbitrario? ¿Por qué no había canguros en Inglaterra ni pandas en Australia?

Algunos biólogos de finales del siglo XVIII pensaban ya que los organismos vivos podían haber cambiado con el tiempo por obra de alguna clase de mecanismo natural, porque era absurdo suponer que Dios estaba retocando continuamente la creación. Tal vez dicho mecanismo explicara por qué había tantas especies y subespecies, y por qué no se describían todas en el relato bíblico de la creación. Pero el problema era que nadie sabía cómo cambiaban las especies ni por qué.

Ya a principio del siglo XIX, Erasmus Darwin, tío de Charles Darwin, sugirió que las especies evolucionaban para adaptarse mejor al entorno. Esta explicación tenía lógica, porque todas las especies vivas parecen ciertamente adaptarse a su entorno con gran precisión. Pero, al igual que los demás biólogos de la época, no sabía explicar cómo se habían adaptado tan bien. El naturalista francés Jean-Baptiste de Lamarck concibió un mecanismo posible en un libro publicado en 1809. Según él, algunos pequeños cambios sufridos por un individuo en el curso de su vida se transmitían a sus descendientes. Por ejemplo, para alcanzar las hojas de los árboles, las jirafas primitivas habían tenido que estirar el cuello y las que más lo habían estirado transmitieron este rasgo a sus descendientes. Poco a poco se había ido generalizando el cuello largo hasta que con el tiempo pasó a ser el rasgo distintivo de toda la especie. Por desgracia, cualquier pastor o ganadero se habría dado cuenta de que la teoría fallaba. Las características adquiridas —es decir, las cualidades adquiridas por un estilo de vida concreto o por los actos de un individuo— no suelen transmitirse a los descendientes. Sólo se transmiten las características heredadas. El tiempo que pasamos en el gimnasio no repercutirá en la forma física de nuestros hijos. Un cerdo cebado no tiene por qué engendrar cerdos gordos, pero un cerdo con antepasados gordos seguramente tendrá descendientes gordos.

El mecanismo de Lamarck no servía. Pero si la composición genética de los organismos estaba determinada por su pasado (por lo que heredaban de sus progenitores), ¿cómo es que podían adaptarse a las condiciones del presente? Éste fue el enigma que resolvió Darwin. A Darwin le fascinaban los animales desde niño y a los veintitantos años era ya un experto naturalista. Al igual que casi todos los naturalistas de la época, sabía que las especies son maleables. También sabía que los humanos estaban capacitados para alterar las especies mediante la selección artificial. Lo que aún no sabía era por qué las especies cambiaban sin la intervención de los humanos. ¿Qué, salvo un dios o un ser humano, podía hacer que unos individuos se reprodujeran y otros quedaran condenados a la extinción general?

En 1831, gracias a sus méritos personales y a los afortunados contactos de su familia, embarcó como naturalista en un buque llamado Beagle, que tenía la misión de dar la vuelta al mundo. Darwin quedó asombrado ante la cantidad de especies que vio durante el viaje y ante las sutilísimas variaciones que advirtió entre especies estrechamente emparentadas. También vio pruebas fósiles de evolución en animales como los armadillos. En América del Sur vio fósiles de animales muy parecidos a especies todavía vivas. Fue en las islas Galápagos, frente a la costa pacífica de Ecuador, donde dio con las pistas que lo condujeron a su teoría de la evolución. Allí, en una serie de islas volcánicas de formación reciente, encontró varias especies de pinzones que se parecían mucho a los pinzones de la América continental. Sin embargo, los de cada isla eran ligeramente distintos de los demás. El pico, por ejemplo, presentaba ligeras variaciones que revelaban que cada especie se había adaptado con una precisión extraordinaria a la fauna y la flora peculiar de su isla.

Allí estaba la prueba de la adaptación de la que había hablado Erasmus Darwin. Saltaba a la vista que, en cierto modo, las especies se «adaptaban» a las cambiantes condiciones de su entorno. Pero ¿cómo se adaptaban? Alrededor de 1838 Darwin leyó a Thomas Malthus, el precursor de los modernos estudios demográficos, y parece que esta lectura le sugirió la idea central de su teoría. Malthus señalaba que en casi todas las especies, incluida la humana, había muchos individuos (a veces un porcentaje muy elevado) que no vivían lo suficiente para tener descendencia. Darwin tuvo que comprender de inmediato que sólo los individuos que se reproducían podían tener alguna influencia en la naturaleza de las generaciones posteriores. Así pues, era importante explicar por qué unos individuos sobrevivían y otros no. Cuando investigó las actividades de los criadores de palomas, encontró la respuesta. Los criadores seleccionaban artificialmente unos individuos y sólo permitían que se reprodujeran ellos. En la época de Darwin, era ya un arte muy desarrollado:

 

El criador más experto, sir John Selbright, solía decir, refiriéndose a las palomas, que «era capaz de

conseguir cualquier pluma en tres años, pero que le costaría seis conseguir la cabeza y el pico». En Sajonia,

la importancia del principio de la selección, por lo que se refiere a la oveja merina, está tan ampliamente

reconocida que se ejerce como un oficio: las ovejas son colocadas en una mesa y estudiadas como un cuadro

por un perito; esto se hace tres veces, con algunos meses de intervalo, y las ovejas son marcadas y

clasificadas cada vez, para que sólo las mejores acaben seleccionadas para la cría [7].

 

Pero ¿qué factor producía la selección en el mundo natural? ¿Qué factor «seleccionaba» unos individuos para que se reprodujeran y condenaba a otros a la extinción genética? ¿Qué diferencia había entre los individuos que se reproducían y los que no?

La respuesta, dijo Darwin, era la «aptitud». En sentido estadístico, tenía que ser cierto que los individuos que sobrevivían y tenían descendencia sana eran un poco más sanos que los que no sobrevivían. Se reproducían porque tenían salud suficiente para vivir más que otros y encontrar una pareja sana. Como es lógico, la suerte pudo haber tenido un papel en algunos casos concretos. (Poco importa si un individuo es muy «apto» si le cae un rayo de pronto). Pero cuando hablamos de poblaciones extensas y de largos períodos, es evidente que la aptitud tuvo que desempeñar un papel decisivo. Por término medio, los individuos que vivían lo suficiente para alcanzar la madurez y reproducirse tenían que ser un poco más sanos que los que morían, tenían que estar un poco mejor adaptados al entorno. No era, pues, que las especies se adaptaran; era todo lo contrario. Los individuos que por casualidad estaban mejor adaptados eran los que tenían más probabilidades de sobrevivir y de perfilar las generaciones futuras de la especie.

Darwin comprendió que este sorteo estadístico aleatorio, que se da en todas las formas de vida generación tras generación, podía alterar una especie con la misma efectividad que un criador de palomas, si se repetía con frecuencia suficiente. El entorno eliminaba a unos y dejaba que otros vivieran, y esto una y otra vez, millones de veces en cada generación. Las generaciones posteriores heredaban sólo las cualidades de los supervivientes; en consecuencia, la especie, con el paso del tiempo, acaba pareciéndose más a los supervivientes que a los extinguidos. Metafóricamente hablando, el entorno se comportaba como un criador de animales humano. Por eso llamó Darwin «selección natural» a su mecanismo, para diferenciarla de la «selección artificial» practicada por los criadores de animales.

Así pues, unos procesos puramente estadísticos y totalmente mecánicos, repetidos una y otra vez, podían explicar cómo una especie cambiaba de tal forma que siempre se estaba adaptando a un entorno cambiante. Para entender bien este argumento es necesario entender la naturaleza aleatoria de estos procesos. Entre progenitores y vástagos hay siempre ciertas pequeñas diferencias que son básicamente aleatorias. Los individuos no «se esfuerzan» por adaptarse, porque no son ellos los que «evolucionan», sino los rasgos medios de la especie.

Darwin dijo que estos mecanismos, repetidos durante períodos muy largos, podían explicar además cómo aparecían especies distintas, porque es evidente que las poblaciones de una sola especie que viven repartidas por un área muy grande y sufren la influencia de entornos ligeramente distintos tienen muchas probabilidades de evolucionar de manera ligeramente distinta. Los pinzones de las Galápagos le revelaron cómo era la etapa primitiva de la creación de varias especies. Con tiempo suficiente, decía Darwin, estos procesos explicaban toda la variedad de seres vivos que poblaba la Tierra. Como admirador del geólogo Charles Lyell, estaba convencido de que la Tierra existía desde hacía mucho tiempo, el suficiente quizá para que unos cambios tan minúsculos crearan la inmensa variedad de las especies actuales.

Fueron unas conclusiones asombrosas, porque suponían algo revolucionario: todos los hermosos y complejos organismos de la Tierra, desde las amebas hasta los seres humanos, pasando por los elefantes y los colibríes, podían surgir de un proceso mecánico y repetitivo. Al parecer, los procesos inconscientes pueden engendrar no

sólo estrellas y galaxias, sino también la vida misma[8]. Esta argumentación privaba a Dios de toda razón de ser, por eso ha encontrado, y todavía encuentra, tanta resistencia la teoría darwiniana.

He aquí cómo describía el propio Darwin el funcionamiento de la selección natural:

 

No hay a la vista ningún motivo por el que los principios que tan eficazmente han obrado en la

domesticación no deban obrar del mismo modo en la naturaleza [… porque] nacen más individuos de los que

sin duda pueden sobrevivir. Un grano en la balanza determinará qué individuos vivirán y cuáles no, qué

variedad o especie será más numerosa y cuál se reducirá o al final se extinguirá. […] A causa de esta lucha

por la vida, cualquier variación, por ligera que sea y venga de donde venga, si es vagamente provechosa a un

individuo o una especie, en sus relaciones infinitamente complejas con otros seres orgánicos y con la

naturaleza exterior, tenderá a la conservación de ese individuo y probablemente será heredada por su

descendencia. Esta descendencia tendrá también de este modo más probabilidades de sobrevivir, porque entre

todos los individuos de cualquier especie que nacen periódicamente, sólo sobrevive una reducida cantidad. A

este principio, por el que se conserva, si es útil, cada ligera variación, le he dado el nombre de selección

natural[9].

 

PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN POR SELECCIÓN NATURAL

Darwin, en El origen de las especies, expuso con toda la claridad posible los argumentos con que defendía su teoría evolutiva. Además, procuró resolver algunas posibles objeciones a la misma. Se hacía pocas ilusiones sobre las dificultades que le esperaban. Casi todos sus lectores eran cristianos tradicionales. Creían que Dios había creado distintas especies y les escandalizaba la idea de que éstas pudieran haber surgido por un proceso mecánico. De modo que fue a este público al que Darwin dirigió casi todos sus razonamientos.

Basándose en el registro fósil adujo que las especies parecían cambiar con el tiempo. Pero éste era quizá el argumento más débil que tenía, porque el registro fósil consiste en una serie de «fotos» de individuos fosilizados; sus enemigos podían replicar fácilmente arguyendo que cada una correspondía a una especie distinta, creada por Dios independientemente y extinguida en la actualidad. Lo que Darwin tenía que demostrar era la existencia de especies de transición. Algunos fósiles parecían estar a medio camino entre formas animales existentes. El fósil más célebre de esta clase era el arqueornita, un dinosaurio volador que vivió hace 150 millones de años y que comprende un solo género llamado Archaeopteryx. El arqueornita era mitad ave y mitad reptil. El primer espécimen se encontró en 1862, tres años después de la publicación de El origen de las especies, y Darwin introdujo algunos comentarios al respecto en ediciones posteriores. Era exactamente el tipo de descubrimiento previsto por su teoría. Sin embargo, tampoco esta vez resultaba difícil a sus enemigos señalar que el registro fósil era muy deficiente. Había grandes lagunas en todos los linajes fósiles, de modo que el registro fósil, por sí solo, no podía aportar ninguna prueba por completo satisfactoria del funcionamiento de la selección natural.

Darwin presentó multitud de testimonios de muchas clases en defensa de su teoría. Adujo que si las especies modernas de un lugar dado tenían muchos rasgos comunes era porque procedían de antepasados comunes. Por extraño que parezca, el testimonio que apoyaba esta afirmación era más convincente cuando se refería a rasgos aparentemente inútiles que habían sido transmitidos por antepasados remotos por una especie de conservadurismo biológico. Las ballenas tienen falanges en las aletas, cosa que actualmente no parece tener ninguna función adaptativa. Pero su existencia es lógica si pensamos que las ballenas modernas descienden de animales terrestres que en su época utilizaron manos y dedos. En realidad, las ballenas modernas podrían ser parientes lejanas de los hipopótamos, una especie de mamíferos contemporáneos que parecen estar en las primeras etapas de adaptación a un estilo de vida acuático. La teoría de la selección natural podía explicar estos fenómenos fácilmente, porque sugería que los organismos evolucionaban por etapas casi imperceptibles, conservando buena parte del bagaje del pasado, aunque algunos rasgos dejaran de tener utilidad. Este argumento era particularmente convincente porque las teorías tradicionales no sabían explicar bien este fenómeno. ¿Qué razón podía tener un dios para conservar órganos inútiles en vez de rehacer cada especie desde cero?

Darwin expuso asimismo que la distribución geográfica de las especies encajaba mejor en su teoría que en la teoría del Dios Creador. ¿Por qué un dios no tenía que poner las especies correspondientes en todas aquellas regiones de la Tierra para las que eran aptas? ¿Por qué no todos los desiertos estaban llenos de camellos? ¿Por qué —por el contrario— comprobaban los naturalistas que casi todas las especies de una región concreta estaban estrechamente relacionadas, tanto que, por ejemplo, en Australia había criaturas semejantes a ratones que estaban más relacionadas con los canguros que con los ratones europeos? La respuesta de Darwin fue, obviamente, que los marsupiales vivían en Australia porque allí habían vivido sus antepasados. Era el lugar donde habían evolucionado.

Había otra consecuencia de la teoría que resultaba particularmente indigesta a los críticos de Darwin: los humanos podían haber estado emparentados con los monos (es una consecuencia que sigue gozando de buena salud; véase el capítulo 6). A ciertas personas les sigue resultando indigesta incluso en la actualidad; el antropólogo Yves Coppens recuerda que su abuela le dijo: «Tú habrás descendido del mono, pero

yo no[10]». La teoría tuvo que arrostrar muchas otras dificultades en la época de Darwin. Por ejemplo, casi todos los geólogos creían que la Tierra no podía tener más de 100 millones de años. Darwin sabía que la selección natural necesitaba períodos larguísimos para generar la inmensa variedad de criaturas que poblaba la Tierra y adujo que 100 millones de años era poco tiempo. Creía que la evolución actuaba muy despacio. En realidad, estaba convencido de que actuaba tan despacio que nunca podría observarse directamente, por lo que todas las pruebas de la evolución tenían que ser indirectas. Además, los biólogos del siglo XIX no sabían bien cómo funcionaba la herencia. Para que la teoría de Darwin fuera cierta, los mecanismos de la herencia tenían que ser muy exactos (de lo contrario no podía haber ninguna especie estable), pero no demasiado (o no habría cambio). Que las cualidades de los progenitores pasaran a los vástagos era importante, pero también que hubiera ligeras variaciones que fortalecieran o debilitaran la salud de determinados individuos. Sin embargo, como nadie sabía con exactitud cómo funcionaba el mecanismo de la herencia, no era seguro que funcionase del modo que se necesitaba. Lo único que Darwin pudo hacer fue sugerir que las cualidades de los progenitores se «combinaban» del mismo modo que se mezclaban los colores. Pero esto parecía dar a entender que las desviaciones de la norma se eliminaban en cada generación, aunque fueran beneficiosas, y este resultado imposibilitaba la selección natural. La falta de una explicación clara de la herencia mermó la credibilidad de la teoría darwiniana durante más de medio siglo.

Casi todos los obstáculos con que tropezó Darwin se despejaron en el siglo XX. Disminuyó la resistencia religiosa a la teoría de la evolución. Aparecieron más testimonios que la confirmaban y se llenaron sus lagunas. La teoría se ha modificado y mejorado en algunos aspectos decisivos. Las ideas básicas de Darwin son hoy el principio articulador de la moderna historia científica de la vida en la Tierra.

Un motivo por el que tiene hoy tanta aceptación es que en el siglo XX fue posible ver el funcionamiento de la evolución de manera directa. Es muy fácil observarla cuando se estudian especies pequeñas que se reproducen rápidamente, como las moscas de la fruta. También hemos visto la evolución en curso cuando han aparecido nuevas formas de bacterias con el uso de los antibióticos (como veremos con más detalle más abajo).

El registro fósil también es hoy más abundante que en tiempos de Darwin y gracias a los incesantes descubrimientos se ha ampliado el horizonte de distintas etapas de la historia evolutiva. Esta historia no demostrará nunca del todo las teorías darwinianas, pero sigue siendo totalmente compatible con ellas. Las técnicas modernas de datación, al hacer retroceder la edad de la Tierra de 100 millones de años a más de 4000 millones, han aportado asimismo un espacio temporal cuarenta veces mayor para que funcionen los procesos de Darwin. Por último, los biólogos del siglo XX acabaron por saber cómo se produce la herencia y lo que cuentan es compatible con la teoría de Darwin. Gregor Mendel, un contemporáneo de Darwin, había averiguado ya los principios básicos, pero su trabajo quedó en el olvido hasta el siglo XX. Mendel demostró que, aunque los organismos con reproducción sexual heredan rasgos (o genes) de ambos progenitores, los heredan en paquetes diferenciados: uno de este progenitor y otro de aquél. Demostró asimismo que, en muchos casos, sólo se manifiesta un rasgo en el descendiente. Si un progenitor tiene los ojos azules y el otro los tiene castaños, eso no significa que el descendiente vaya a tenerlos de color barro azulado; en realidad, heredará un color u otro. Así pues, la herencia no conduce automáticamente a la disolución de los rasgos que Darwin había temido. Puede que determinados genes no se transmitan a todos los descendientes; pero, si se transmiten, se transmiten intactos. También sabemos con exactitud cómo pasan los genes de generación en generación. El ADN, o ácido desoxirribonucleico, transmite información genética de un organismo a su descendiente con una gran precisión, de modo que las especies tienen mucha estabilidad. Pero no es perfecto. Cuando el ADN se copia a sí mismo, comete por término medio un error por cada mil millones de unidades de información genética, lo que equivaldría a una errata tipográfica en un libro de medio millón de páginas. Este margen permite que se

produzcan las pequeñas variaciones que se necesitan para que haya evolución[11]. La descripción de la estructura del ADN por Francis Crick y James Watson en 1953 fue por lo tanto una etapa crucial en la consolidación de la teoría darwiniana como idea fundamental de la biología moderna.

La moderna microbiología ha demostrado además otra corazonada de Darwin: todos los organismos de la Tierra están relacionados entre sí. Todos los organismos vivos, desde las bacterias hasta los mamíferos modernos más grandes, están formados por células que utilizan los mismos procesos químicos básicos y las mismas rutas básicas. Y todas se sirven del mismo código genético. En este sentido, todos los organismos vivos están relacionados entre sí. Esto significa o que la vida apareció en la Tierra sólo una vez o que apareció varias veces pero sólo cuajó un experimento y dio los frutos que vemos en el presente, mientras que los demás linajes desaparecieron con el tiempo. En cualquiera de ambos casos, todos los organismos que están vivos en la actualidad, desde los humanos hasta las amebas, pasando por los plátanos y las ascidias, descienden del mismo antepasado (bacteriano).

La teoría de Darwin se ha modificado en algunos apectos menores. Por ejemplo, parece que Darwin creía que todos los cambios evolutivos se producían porque aumentaban las posibilidades de supervivencia de los individuos que los experimentaban. Pero hoy se sabe que muchos cambios genéticos se producen por casualidad. Hay elevadas cantidades de material genético (probablemente el 97 por 100 por lo que se refiere al genoma humano, por ejemplo) que no tienen ninguna repercusión en la composición del individuo adulto, de modo que los cambios producidos en esos segmentos no afectan directamente a las posibilidades de supervivencia del individuo. El principio general es el siguiente: los cambios aleatorios que no repercuten en las posibilidades de supervivencia de los individuos de una especie pueden ocasionar cambios lentos y básicamente aleatorios en la estructura genética (o genotipo) de toda la especie. Sin embargo, estos cambios «neutrales» podrían tener influencia en el futuro si, como sucede en ocasiones, se reactivaran algunos de esos genes inactivos.

Parece que Darwin también creía que la evolución se producía a un ritmo uniforme. Hoy sabemos que no siempre es así. En los períodos de estabilidad climática o ambiental, las especies pueden cambiar lentamente. Pero si el entorno o el clima cambian con más rapidez, las especies pueden evolucionar y diversificarse muy aprisa. Es exactamente como han reaccionado las bacterias modernas ante el impacto de los antibióticos. Donde se utilizan los antibióticos con generosidad, las bacterias menos afectadas por el producto adquieren de pronto más capacidad para producir descendencia sana. Al cabo de unas generaciones, los genes de estos individuos tenderán a dominar la especie. Por este motivo han aparecido nuevas especies de bacterias que son relativamente inmunes a la acción de los antibióticos. Hoy se cree que este ritmo es normal en la historia de la evolución. En la historia de la Tierra ha habido períodos de cambio evolutivo muy rápido y períodos de estabilidad biológica relativa. La evolución se mueve por rachas, según la moderna teoría del «equilibrio puntuado», propuesta por Niles Eldridge y Stephen Jay Gould en 1972.

 

EL PRINCIPIO DE LA VIDA EN LA TIERRA

 

La moderna teoría darwiniana puede explicar cómo han surgido los organismos actuales a partir de las formas de vida simples de la Tierra primitiva (véase el capítulo siguiente). Pero ¿puede ir más allá y explicar el origen de las primeras formas de vida? ¿Se puede dar una explicación totalmente científica de la aparición de la vida a partir de la materia inorgánica?

Que la vida haya podido aparecer espontáneamente es una idea que se vienen tomando en serio los científicos por lo menos desde los tiempos de la Grecia

clásica[12]. Y por buenas razones. Al fin y al cabo, los gusanos que vemos en los cadáveres de los animales parecen brotar de la nada. En el siglo XVII, y gracias al uso del recién inventado microscopio, se puso de manifiesto que el aire estaba lleno de microorganismos y esto permitió explicar el surgimiento aparentemente espontáneo de organismos como los gusanos, imaginando que sus huevos viajaban por el aire y se depositaban en la carne corrompida. Pero esta explicación no descartaba la posibilidad de que hubiera microorganismos que aparecieran por generación espontánea, por ejemplo a causa de alguna forma de «fuerza vital» presente en el aire.

Gracias a un experimento de notable sencillez, el biólogo Louis Pasteur echó por tierra la suposición de que la vida podía aparecer por generación espontánea. Todas las formas de vida se basan en moléculas orgánicas, es decir, en moléculas en las que está presente el carbono. Como el carbono puede entrar en combinaciones muy complejas, puede dar lugar a moléculas más complejas y variadas que ningún otro elemento. En el siglo XIX se habían practicado ya multitud de experimentos que demostraban que, si se hervían caldos ricos en material orgánico para eliminar toda forma de vida y luego se depositaban en recipientes herméticamente cerrados, no aparecía ninguna forma vital en ellos. Sin embargo, algunos adujeron que era porque los recipientes impedían la entrada de la fuerza vital omnipresente. Para poner a prueba esta idea, Pasteur ideó un ingenioso experimento en 1862. Hirvió un caldo con material orgánico y luego lo depositó, no en un recipiente cerrado, sino en una retorta sin tapar. Si hubiera existido la fuerza vital, habría penetrado en el recipiente y generado seres nuevos con el material orgánico. Y como las esporas o microorganismos que flotan en el aire no pueden entrar por el cuello de una retorta, el caldo de Pasteur sigue siendo estéril desde entonces y todavía puede admirarse en París. El experimento venía a demostrar por fin que la vida no aparecía por generación espontánea y que no había ninguna fuerza vital flotando en el aire. La vida sólo podía proceder de la vida.

Pero si esto resolvía un misterio, planteaba otro. Si la vida no podía proceder de la materia inorgánica, ¿cómo había brotado en la Tierra primitiva? Los paleontólogos sabían que la vida había aparecido de manera repentina en el período llamado cámbrico, que por lo que sabemos actualmente comenzó hace menos de 600 millones de años. ¿Cómo se explicaba esta repentina explosión de vida? ¿Debían volver los biólogos a la idea de la divinidad creadora? Muchos biólogos del siglo XIX pensaban que sí, porque toda explicación exclusivamente científica del origen de la vida tenía que partir de la base de que la vida podía surgir de la materia inorgánica y Pasteur había demostrado que era imposible. Otra posibilidad era suponer que las moléculas orgánicas eran diferentes de las inorgánicas. Podían ser diferentes por su origen y por su capacidad para generar vida. ¿Había algo especial en el carbono? Esta hipótesis se redujo a cenizas cuando los químicos de mediados del siglo XIX demostraron que en el laboratorio y, a partir de elementos inorgánicos, podían sintetizarse moléculas orgánicas.

Hasta el siglo XX no hubo una teoría convincente sobre el origen de la vida. Expuesta en los años veinte por Alexander Oparin y J. B. S. Haldane, se sirve de las ideas básicas de la teoría de la evolución y explica no sólo la evolución de la vida en la Tierra, sino también su aparición. La idea fundamental es que la evolución opera hasta cierto punto incluso entre compuestos químicos inorgánicos. Algunos compuestos químicos pueden evolucionar si, a semejanza de los cristales, consiguen estabilizarse y reproducirse con una exactitud aceptable. Cuando esto ocurre, los compuestos que produzcan el «descendiente» más estable (es decir, el mejor adaptado al entorno) tenderán a multiplicarse más aprisa que aquellos cuyos descendientes sobrevivan peor. El proceso es parecido al de la evolución darwiniana. Conforme los compuestos mejoran su adaptación al medio, pueden aumentar asimismo su complejidad, hasta que, con el tiempo, llegamos a concebir que son organismos vivos. Los biólogos llaman evolución química a estos procesos.

No obstante, sigue sin saberse con exactitud cómo generó la evolución los primeros organismos vivos. Para comprender este problema tenemos que descomponerlo en varios niveles. Ante todo tenemos que explicar cómo se crearon las materias primas de la vida: es el nivel químico. Luego tenemos que explicar cómo estos materiales orgánicos simples se organizaron en estructuras más complejas. Por último, tenemos que explicar el origen de los mecanismos reproductores codificados en el ADN, que está presente en todos los organismos vivos que conocemos. En la actualidad tenemos respuestas válidas para el primer problema y respuestas convincentes para el segundo, pero el tercero sigue generando gran desconcierto.

El primer paso nos parece hoy asombrosamente sencillo. Los organismos vivos están construidos, básicamente, con compuestos de carbono e hidrógeno. El carbono es fundamental, a causa de su impresionante versatilidad. Añadamos hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre y tendremos el 99 por 100 del peso neto de todos

los organismos vivos[13]. Si hay condiciones idóneas y abundan estos elementos, es fácil construir moléculas orgánicas simples, entre ellas los aminoácidos (los ladrillos de las proteínas, que son los materiales estructurales básicos de todos los organismos)

y los nucleótidos (los ladrillos del código genético[14]). El experimento de Pasteur había demostrado en principio que estas moléculas no se podían generar de manera espontánea. En la actualidad sabemos por qué: la atmósfera de nuestros días, que contiene grandes cantidades de oxígeno libre, es un medio hostil para las moléculas orgánicas simples. El oxígeno es muy reactivo y cuando reacciona genera calor (solemos percatarnos de su capacidad destructiva durante los incendios). El oxígeno es particularmente dañino para moléculas orgánicas como las de la madera o el papel. Siempre que puede, las descompone en agua y anhídrido carbónico mediante combustión lenta.

Sin embargo, Oparin y Haldane señalaron la posibilidad de que en la atmósfera de la Tierra primitiva hubiera poco oxígeno libre. En tal caso es posible que la vida apareciera mucho antes del cámbrico, en una atmósfera sin oxígeno que permitió que las moléculas orgánicas simples vivieran tiempo suficiente para entrar en la lenta interacción que se necesita para que se produzca la evolución química. En 1952, los científicos estadounidenses Harold Urey y su doctorando Stanley Miller pusieron a prueba esta posibilidad en un experimento de laboratorio tan célebre como sencillo. Prepararon un modelo de atmósfera primitiva llenando un gran recipiente cerrado con metano, agua y amoníaco. Calentaron la mezcla y la sometieron a descargas eléctricas que simulaban los rayos que sin lugar a dudas poblaban los cielos de aquellos tiempos. Al cabo de siete días encontraron en el recipiente un barro de color rojo oscuro que contenía algunos de los veinte aminoácidos más importantes. Los aminoácidos son moléculas orgánicas simples (contienen entre veinte y cuarenta átomos) que se organizan de distintas maneras para formar las proteínas que predominan en la química y la estructura de todos los organismos vivos. Repitiendo el experimento en condiciones y atmósferas artificiales algo distintas, los científicos han conseguido demostrar que los veinte aminoácidos básicos pueden formarse de este modo. Así tenemos las bases de las proteínas, que son los ladrillos elementales de la vida. El experimento de Miller y Urey dio origen también, en cantidades menores, a otras importantes moléculas orgánicas, como los azúcares y los componentes principales de los nucleótidos, que son las moléculas que forman el código genético.

Algunos llegaron a decir que Miller y Urey habían estado cerca de crear organismos vivos. Hoy podemos afirmar que no fue así. Hay muchas etapas complejas entre la producción de moléculas orgánicas simples y la producción de vida. En cualquier caso, es probable que la atmósfera de la Tierra primitiva contuviera menos amoníaco, menos metano y más anhídrido carbónico y nitrógeno de lo que supusieron los dos químicos. Una atmósfera así habría sido menos fértil en moléculas orgánicas simples. A pesar de todo, el experimento de Miller y Urey sigue señalando un hito histórico. Demostró que en la Tierra primitiva pudieron fabricarse con relativa facilidad muchos ladrillos químicos de la vida.

Desde entonces se han venido encontrando aminoácidos, nucleótidos simples e incluso los fosfolípidos que componen las membranas celulares en muchos entornos insólitos, tanto de la Tierra como del espacio. Se han localizado aminoácidos en nubes de polvo del espacio interestelar. Y grandes cantidades de agua y alcoholes, que son imprescindibles para la formación de los fosfolípidos. Sabemos que en los meteoritos y los cometas hay vapor de agua y muchas moléculas orgánicas simples. La presencia de agua en el espacio, y de moléculas orgánicas simples de muchas clases, podría significar que el sistema solar ha recibido un bombardeo continuo de materias primas de la vida durante toda su historia, con impactos violentos o con lluvias de polvo cósmico. Actualmente se cree que en algunos cuerpos celestes de nuestro sistema —Marte, Venus, los satélites de Júpiter, Europa y Calisto, y Titán, el satélite de Saturno— ha habido (y todavía hay en algunos casos) agua en estado líquido, lo que significa que estos cuerpos pudieron haber producido moléculas orgánicas simples, aunque hoy sean medios estériles (como parece ser la situación de Venus y Marte). También cabe la posibilidad de que los planetas, por lo menos durante su infancia, intercambiaran material orgánico merced a los escombros que se desprendían con los impactos aerolíticos y quedaban flotando en el espacio interplanetario. Por ejemplo, en 1996 se afirmó que un meteorito encontrado en la Antártida y que había caído hace 13 000 años contenía gases retenidos que correspondían a la mezcla gaseosa de la enrarecida atmósfera de Marte. Si la afirmación es exacta (y muchos científicos lo dudan), podría significar que el meteorito llegó de Marte. Si descubrimos organismos vivos en Marte, tendremos que

tomarnos en serio la posibilidad de que tengan que ver con nosotros[15]. En resumen, hay motivos para creer que los elementos químicos que son básicos para la vida abundaban en la infancia del sistema solar.

El segundo paso es más problemático. Consiste en explicar cómo estos compuestos simples, que contienen unas decenas de moléculas a lo sumo, se organizaron en las grandes y complejas estructuras que son imprescindibles para que exista la vida. Incluso en entidades tan microscópicas como los virus llegan a encontrarse hasta 10 000 millones de átomos organizados en modelos muy concretos, mientras que las complejas células de las plantas y los animales contienen entre 1 y 100 billones (es decir, entre 1012 14 y 10). En la actualidad se sabe poco sobre el momento y el lugar donde se produjo este gigantesco salto en tamaño y complejidad. Sin embargo, fue este cambio el que originó vida auténtica con los compuestos orgánicos. Hoy se barajan tres soluciones posibles a la pregunta por el lugar donde se originó la vida. O se originó en el espacio, o en la superficie de los planetas, o (es la posibilidad más reciente) en el interior de los planetas.

Fred Hoyle y Chandra Wickramasinghe adujeron durante muchos años que la vida llegó a la Tierra desde el exterior. Esta teoría se conoce con el nombre de panespermia. Ahora bien, si los organismos se engendraron primero en otros planetas, entonces nos limitamos a trasladar el problema a otro lugar y seguimos sin saber cómo se engendró la vida allí en vez de aquí. También se ha sugerido que hubo organismos muy simples que se organizaron en el espacio. Sabemos que en el espacio interestelar hay procesos químicos y que algunos organismos simples son lo bastante resistentes para no desintegrarse durante los desplazamientos largos. En la actualidad, sin embargo, se considera poco probable que la vida se originara en el espacio, donde hay escasez de energía y materias primas y donde, en consecuencia, los procesos químicos son muy lentos por lo general. Además, muchas reacciones químicas que son imprescindibles para la vida necesitan agua en estado líquido, y no la hay en el espacio.

Los planetas —donde las condiciones son más complejas, abunda la energía libre, se puede conseguir agua en estado líquido y hay más densidad y abundancia de compuestos químicos— presentan un cuadro más prometedor para la biogénesis. Hasta hace poco, casi todos los biólogos daban por sentado que si la vida había surgido en la Tierra, había tenido que ser en la superficie. Ya en 1871 Darwin había sugerido que la vida podía haber comenzado en «alguna charca caliente, con sales

amoniacales y fosfóricas de todas clases, luz, calor, electricidad, etc.»[16]. Desde entonces, los biólogos se han esforzado por averiguar cómo pudieron los procesos químicos y físicos combinar los elementos para formar organismos simples en los mares o en las costas de la Tierra primitiva.

El agua desempeña un papel fundamental en todas estas teorías. Los aminoácidos y los nucleótidos, una vez formados, pudieron haber estado protegidos hasta cierto punto mientras estuvieron en el agua. Las dos moléculas pueden organizarse en largas cadenas de manera natural, pero este proceso exige condiciones más secas. Es posible que estas cadenas se formaran en charcos costeros: las moléculas disueltas se habrían secado y disuelto otra vez de manera periódica. En condiciones idóneas, las cadenas de aminoácidos forman proteínas y las cadenas de nucleótidos forman ácidos nucleicos. Al cabo de millones de años, los mares de la Tierra primitiva pudieron haberse llenado de compuestos orgánicos simples que probablemente se organizaron en estructuras más complejas. A. G. Cairns-Smith ha señalado la posibilidad de que, en aguas poco profundas, los diminutos cristales de la arcilla hicieran de molde o

plantilla para la formación de moléculas más complejas[17]. Las fuerzas electrostáticas podrían haber organizado los átomos en formas complejas, dependientes de la misma estructura molecular de la arcilla, hasta que, con el paso del tiempo, se organizaron de otro modo. Cabe incluso la posibilidad de que los cristales de arcilla, enclavados en el interior de las células primitivas, desempeñaran algunos papeles propios del ADN moderno y aportaran plantillas que podían utilizarse hasta el infinito para producir los elementos químicos consumidos en el metabolismo de las células receptoras.

Se originaran como se originasen, las primeras moléculas orgánicas formaban probablemente un flojo «caldo» de proteínas simples, ácidos nucleicos y otras moléculas orgánicas. Estas moléculas tienen una tendencia natural a formar membranas simples o «pieles» de fosfolípidos y a organizarse en glóbulos

«semejantes a las gotas de aceite que se echan en la vinagreta[18]». Algunas de estas moléculas pueden absorber elementos químicos a través de la piel, en un proceso que equivale a comer y que les da la energía que necesitan para expandirse y absorber más elementos químicos. Además, cuando engordan demasiado y se vuelven desgarbadas, estas moléculas se dividen en partes que siguen su propio camino, tal como las gotas de agua que caen en una superficie grasienta se dividen a veces en gotas menores. Así pues, es posible que en las costas y en los mares cálidos de hace 4000 millones de años hubiera ya moléculas orgánicas que repetían actividades que consideramos propias de la vida. Se organizaban en glóbulos semejantes a células; «comían» elementos químicos; y podían dividirse en glóbulos independientes como si se reprodujeran.

Aunque estas teorías son convincentes, ninguna explica todos los pasos que van de la no vida a la vida. Y la teoría de la «charca caliente» comporta problemas, por ejemplo la posibilidad de que la atmósfera primitiva no fuera tan favorable a la evolución orgánica como supusieron Miller y Urey, sobre todo si, como sugieren algunos indicios, los primeros organismos vivos aparecieron hace más de 3800 millones de años, cuando la superficie terrestre sufría aún el bombardeo regular de material extraterrestre. Las últimas investigaciones han permitido enfocar el problema desde perspectivas más prometedoras, porque han puesto de manifiesto la existencia de formas bacterianas desconocidas hasta entonces, las arquebacterias que

aparecieron muy por debajo de la superficie terrestre[19]. Al igual que todos los procariotas (la clase más simple de organismos unicelulares), las arquebacterias no tienen núcleo. Pero a diferencia de casi todos los procariotas, que extraen energía del Sol o de otras células, las arquebacterias «se nutren» de energía química producida en el interior del planeta. Pueden extraerla del hierro, del azufre, del hidrógeno y de elementos más raros que se encuentran enterrados en las rocas o disueltos en el agua del mar. Las arquebacterias pueden vivir con comodidad en las profundidades, incluso sometidas a temperaturas y presiones muy elevadas, de modo que su existencia plantea la posibilidad de que la vida se originase, no en la superficie, sino en el interior de los planetas. En la década de 1990 se encontraron arquebacterias dentro de rocas situadas a más de un kilómetro de profundidad; y se han localizado en ambientes con temperaturas muy por encima del punto de ebullición, en chimeneas volcánicas del fondo marino y en rocas porosas encontradas por debajo del lecho marino. En 2001 se encontraron en una vasta zona del fondo marino que los investigadores llamaron «ciudad perdida»: el calor no procedía allí de la actividad volcánica, sino de las reacciones químicas que se producían cuando el agua del mar entraba en contacto con un mineral verde que recibe el nombre de olivino. Estas regiones pueden haber sido frecuentes en las primeras etapas de la historia de la

Tierra[20]. Pero las arquebacterias viven también en la superficie, y en grandes cantidades. Se han investigado, por ejemplo, en las termas del Parque Nacional de Yellowstone, en Wyoming. Por último, los hábitats extremos que ocupan permiten pensar que podría existir vida, o pudo haber existido, en otros planetas y satélites, ya que podría haber hábitats parecidos en otros lugares del sistema solar.

Hay varios motivos para creer que las primeras formas de vida que aparecieron en la Tierra fueron las arquebacterias y no otros organismos. Las arquebacterias viven en medios que han cambiado poco desde la era hádica. Y su capacidad para vivir muy por debajo de la superficie indica que estuvieron menos expuestas a los efectos de los impactos de los meteoritos que caían en la Tierra con tanta frecuencia y que posiblemente barrían la vida de la superficie de manera periódica. Y sin duda estuvieron a salvo de los cambios atmosféricos y de las fuertes dosis de radiación ultravioleta que bombardeó la Tierra antes de que se formara la capa de ozono. Por muy intolerables que nos resulten los tórridos hábitats de las arquebacterias, es posible que fueran los lugares más idóneos para la consolidación de los primeros organismos. En estos ambientes había comida química de sobra para producir el material orgánico como el generado en los experimentos de Miller y Urey. Contenían además, sobre todo en las fumarolas, energía de sobra para poner en marcha multitud de reacciones químicas. Las investigaciones sobre el material genético de las arquebacterias señalan asimismo que han evolucionado con mucha más lentitud que la mayoría de los organismos que han sobrevivido. Y lo más llamativo de todo: que los organismos más antiguos, tanto si son las arquebacterias como las bacterias corrientes, son resistentes al calor. Esto sugiere que al margen de cómo clasifiquemos a los primeros organismos que aparecieron en la Tierra, probablemente fueron organismos termoadictos que surgieron en el fértil ambiente de las fumarolas de las profundidades oceánicas. Si estas observaciones son ciertas, entonces puede afirmarse que la vida apareció primero en el subsuelo y después se formaron especies

nuevas capaces de sobrevivir en medios más fríos, en la superficie o cerca de ella[21].

El tercer paso, explicar el origen del código genético, es más peliagudo aún que los otros dos. En cierto modo es el problema crucial, porque la clave de todas las formas de vida actuales parece que es la división del trabajo que se advierte entre los nucleótidos, que almacenan e interpretan las instrucciones para fabricar un organismo (el genoma), y las proteínas, que aprovechan esas instrucciones para construir organismos concretos. En otras palabras, los nucleótidos se encargan de la reproducción y las proteínas del metabolismo. Esta diferenciación se parece muchísimo a la que hacemos cuando hablamos de hardware y software en informática. Así pues, ¿qué apareció primero, el metabolismo (la actividad química)

o la reproducción (el código genético)? ¿Y si aparecieron juntos[22]?

La teoría de Oparin venía a decir que primero apareció el metabolismo y después los mecanismos para la reproducción exacta. La idea es convincente al nivel del sentido común, ya que supone que el hardware puede existir sin el software pero no al revés. Según la teoría de Oparin, los primeros organismos eran bolsas de elementos químicos que podían reproducirse a trancas y barrancas, e incluso «evolucionar». Y es posible que evolucionaran por medios muy complejos. A muchas personas les cuesta entender que los procesos aleatorios de esta clase puedan producir complejidad. Sin embargo, los procesos evolutivos, incluso los rudimentarios, en realidad no son totalmente aleatorios. Contabilizando todos los experimentos químicos que se realizaron al azar en la Tierra primitiva, no puede negarse que los efectos de unos fueron más estables que los de otros. Así pues, el proceso de organizar moléculas primigenias no empezaba de cero cada vez. Al contrario: cada vez que se generaba una molécula relativamente estable había muchas probabilidades de que sobreviviera y fuese a su vez la base de experimentos posteriores. Como ha dicho Cesare Emiliani, las probabilidades de que un mono, tecleando aleatoriamente durante millones de años, acabe escribiendo la Biblia son casi inexistentes. Pero si se introduce una pauta diciendo que cada vez que acierte una tecla queda inscrito el acierto, entonces las probabilidades varían de manera radical y no sería descabellado

esperar que el mono concluyera una Biblia en una década[23]. Dicho de otro modo, podemos afirmar que los compuestos orgánicos de la Tierra primitiva estaban ya sometidos a las leyes de la evolución. Casi todos los compuestos se desintegraban, pero los mejor adaptados al medio probablemente conseguían «inscribirse». Los pocos que vivieron el tiempo suficiente tuvieron descendencia y estos descendientes fueron todas las generaciones posteriores. Con rigor y sin piedad, el medio «seleccionó» los compuestos más aptos para vivir y reproducirse.

Hay muchos motivos para suponer que una evolución química de esta clase sea un poderoso mecanismo de cambio. Por ejemplo, algunos científicos piensan que hay mecanismos ocultos que estimulan la organización donde en apariencia sólo hay

azar[24]. En ciertas reacciones químicas, un elemento concreto puede catalizar, o estimular, su propia producción, y es un proceso que se denomina autocatálisis. Si se concentra una cantidad suficiente de elementos de esta clase es probable que al final se produzca una reacción desbocada, parecida a la obtención de la masa crítica de uranio en una bomba atómica. Cuando se llega a la masa crítica, las reacciones en cadena de los elementos pueden formar estructuras muy complejas en un abrir y cerrar de ojos. Si esta lógica (básicamente matemática) es cierta, entonces viene a decirnos que la producción de los grandes y complejos compuestos químicos que fueron las primeras formas de vida podría ser una tendencia natural de la química orgánica. Si esto es verdad, entonces es casi seguro que acabará habiendo vida en cualquier punto del universo donde las condiciones permitan la formación e interacción de grandes cantidades de compuestos orgánicos.

Pero todas las formas de evolución necesitan mecanismos de reproducción relativamente exactos; si no, incluso los rasgos más marcados desaparecerán con el tiempo. Así pues, incluso las teorías que ponen el metabolismo en primer lugar tienen que explicar qué mecanismos reproductores existían en los tiempos primitivos. Y no es empresa fácil. El ADN, la clave del código genético de todos los organismos vivos actuales (exceptuando un puñado de virus), es una molécula fabulosamente compleja que contiene miles de millones de átomos. Estirada, una sola molécula de ADN humano mide cerca de dos metros. Los átomos del ADN están organizados en estructuras exactas que, a semejanza de un programa de software, contienen toda la información necesaria para producir un organismo vivo. Cada célula de nuestro cuerpo contiene la serie completa de instrucciones, aunque usa sólo una mínima parte de su manual de operaciones del ADN. Las instrucciones se seleccionan y aplican según el medio concreto en que se encuentra. Así, las células cerebrales utilizan unas partes del código y las células óseas utilizan otras.

La molécula del ADN consta de dos largas cadenas de nucleótidos que están unidas por travesaños, como una escalera de mano. Sólo que la escalera de mano aparece retorcida helicoidalmente sobre su eje longitudinal, como una escalera de caracol. En cada sección de la escalera hay uno de los cuatro grupos atómicos simples que se conocen con el nombre de bases. Una base sólo puede estar en contacto con una de las otras cuatro, de modo que cada travesaño de la escalera consta de dos bases ligadas según un orden riguroso. La adenina (A) sólo puede estar en contacto con la timina (T) y la citosina (C) con la guanina (G). El orden en que aparecen estas bases en cada lado es el código de la fabricación de las proteínas que componen los organismos. Cada grupo de tres bases es la clave de un aminoácido concreto. Hay moléculas especiales que periódicamente abren una parte de la espiral del ADN y leen el orden de las bases en grupos de tres. En los demás puntos de la célula, estos aminoácidos se organizan en cadenas para construir los millares de proteínas que producen reacciones químicas y forman estructuras interiores. El ADN, además, puede reproducirse. Primero, toda la escalera de caracol se parte por el eje longitudinal, como una cremallera que se abre, cuando se separan las dos bases que forman cada travesaño. Luego, cada base atrae a un homólogo del medio en que se encuentra, y A se une con T y C con G, hasta que cada mitad de la escalera reconstruye la mitad que le falta. De este modo, una sola molécula de ADN puede dar lugar a dos moléculas más o menos idénticas a la original.

Explicar cómo se construyó este complejo, intrincado y elegante mecanismo es una de las tareas más difíciles que tiene ante sí la biología moderna. Un problema es que, por sí solo, el ADN parece incapaz de nada. Al igual que todo software, es inútil sin el hardware. Cuesta imaginar cómo habría podido evolucionar de manera independiente. Pero la idea de que el metabolismo (el «hardware») apareció antes entraña asimismo algunas dificultades; en concreto, no está claro que los procesos evolutivos improvisados puedan generar una complejidad de alto nivel. Si las células se reproducen sin la debida precisión, el mecanismo descrito por Emiliani no funciona bien. Aun en el caso de que aparezca un organismo complejo, es probable que su diagrama se desarticule en la descendencia. Muchos investigadores que han trabajado estos temas afirman por este motivo que la vida no puede conquistar nuevos niveles de complejidad si no hay precisión en la capacidad reproductora. Lo cual nos remite otra vez, a pesar de las dificultades que entraña, a la idea de que el código genético pudo ser anterior al metabolismo complejo.

Estas teorías recibieron un espaldarazo en los años sesenta, cuando se descubrió que el ARN, primo hermano del ADN, es menos impotente que éste. El ARN es software y, al igual que el ADN, puede codificar información. Pero consta sólo de un filamento, lo que significa que puede doblarse como una proteína y dedicarse a actividades metabólicas. En otras palabras, puede representar los dos papeles de la vida; puede reproducirse y dar la serie de instrucciones para la reproducción. Puede ser hardware y software. Es posible que las primeras moléculas que se reprodujeron con precisión suficiente para transmitir alguna forma de «herencia» fuesen de ARN. La base del genoma de algunos virus utiliza todavía ARN en vez de ADN.

El hallazgo de que el ARN puede funcionar como hardware y como software dio origen a ciertas teorías que postulaban que la forma de vida más antigua fue el ARN. Según estas teorías, relacionadas con el trabajo de Manfred Eigen y Leslie Orgel, lo primero que apareció fue el código genético, antes que el metabolismo complejo,

antes incluso que las células[25]. Por desgracia, el ARN se reproduce con menos exactitud que el ADN y esta imprecisión plantea problemas serios. Un buen sistema reproductor que no es lo bastante bueno podría engendrar el peor de los mundos posibles, porque podría ser tan defectuoso como para acumular errores y tan bueno como para transmitirlos fielmente a los descendientes. Se ha demostrado que un sistema así conduciría al descalabro más aprisa que las formas de reproducción más imperfectas que puedan necesitar los modelos que dan prioridad al metabolismo. (Sintiéndolo mucho, Manfred Eigen, el paladín del ARN, ha calificado este problema

de «catástrofe de los errores»)[26].

Freeman Dyson ha sugerido que es posible combinar las dos teorías[27]. Quizá el metabolismo apareciera antes y durante millones de años el mundo estuviera poblado por células que no tenían un mecanismo reproductor exacto y que, a pesar de sus limitaciones, se las ingeniaban para propiciar procesos metabólicos que todavía tienen lugar en las células actuales. Uno de estos procesos, presente en todos los organismos vivos de nuestros días, consiste en el almacenamiento de energía en el interior de una molécula llamada ATP (trifosfato de adenosina). Y da la casualidad de que esta molécula está estrechamente relacionada con otra que es un componente crucial del ARN. Así pues, es posible que el ARN apareciese en el interior de células parecidas, un medio menos hostil para su evolución que el mundo exterior. Con el tiempo, y comportándose como una especie de parásito, es posible que el ARN se apropiara de los mecanismos reproductores de la célula, hasta que, en una forma primitiva de simbiosis, la célula y el ARN parasitario llegaron a un acuerdo por el que la célula se concentraba en el metabolismo y el ARN en la reproducción. Contando ya con mecanismos de reproducción más seguros (y si conseguía eludirse la «catástrofe de los errores»), es posible que el ARN de estas células, con el paso del tiempo, se transformara en ADN, que está estrechamente emparentado con el ARN.

Aunque también es posible que la vida, tal como la conocemos, surgiera de la simbiosis entre dos organismos diferentes, uno hábil en metabolismo y el otro en codificación. Todavía existe una división del trabajo parecida entre las bacterias y las muchas y diferentes entidades viroides que flotan entre ellas (véase el capítulo 5). Las bacterias utilizan a menudo para sus fines fragmentos de software, semejantes a virus, que flotan libremente, mientras que entidades como los virus aprovechan para reproducirse la capacidad metabólica de las bacterias y otros organismos. Podemos imaginar un mundo joven en el que los metabolizadores utilizaban órganos viroides para estabilizar sus mecanismos reproductores y en el que los organismos como los virus utilizaban a las bacterias para que cumplieran sus funciones metabólicas, hasta que al final los dos se fundieron y formaron un solo organismo.

No hay por qué sorprenderse si ninguna de estas teorías convence del todo. Aún no tenemos una teoría completa sobre el origen de la vida. Todavía nos movemos en terreno inseguro cuando queremos explicar el origen del código genético, que es clave en la aparición de los organismos realmente complejos. Sin embargo, ha habido progresos en las últimas décadas y las investigaciones en curso mantienen viva la esperanza de que en otros diez o veinte años contaremos con una versión más satisfactoria.

 

RESUMEN

 

La teoría de la evolución de Darwin, en la versión modificada del siglo XX, es la idea organizativa fundamental de las modernas ciencias de la vida. Darwin adujo que las ligeras variaciones aleatorias dentro de las especies explican por qué unos individuos tienen más probabilidades de reproducirse que otros. Los individuos un poco mejor adaptados al medio tienen más probabilidades de llegar a la vida adulta y engendrar descendientes sanos, de modo que tienen más probabilidades de transmitir sus genes a las generaciones posteriores. De este modo, en virtud de lo que Darwin llamó «selección natural», las especies cambian lentamente y con el tiempo llegan a aparecer especies nuevas.

Cabe la posibilidad de que estos procesos moldearan también los compuestos orgánicos que flotaban en el espacio, o estaban en la superficie de la Tierra, o en el subsuelo, durante la infancia del planeta. Las formas más estables y resistentes perduraban y aparecían compuestos orgánicos aún más estables y complejos que se multiplicaron con el paso de millones y millones de generaciones, en virtud de una forma química de selección natural. Así se formaron los primeros organismos vivos cuando la Tierra no tenía aún mil millones de años. Estos organismos fueron los antepasados de todas las formas de vida actuales.

 

LECTURAS COMPLEMENTARIAS

 

Darwin es de los pocos fundadores del pensamiento científico moderno cuyos libros vale la pena leer. El origen de las especies (1859) todavía se lee con provecho; Steve Jones nos ha dado una versión actualizada en Almost Like a Whale (2000). Our Cosmic Origins (1998) de Armand Delsemme trae una introducción rápida, al igual que muchos otros buenos manuales de biología y evolución. En los últimos años ha habido un aluvión de libros de biología para el público profano en general. Los de Stephen Jay Gould sobre evolución siempre resultan útiles, aunque el autor no coincida con las ideas más aceptadas. La peligrosa idea de Darwin (1995) de Daniel Dennett es un clásico moderno, mientras que Una larga controversia (1991) de Ernst Mayr y 3 Teoría de la evolución (1975) de John Maynard Smith nos cuentan una historia que ha quedado algo anticuada. Hay algunos libros interesantes sobre los esfuerzos actuales por explicar el origen de la vida. El quinto milagro (1999) de Paul Davies es uno de los más recientes y más accesibles. ¿Qué es la vida? de Erwin Schrödinger (1944) sigue siendo de lectura amena y Freeman Dyson lo ha actualizado en 2 Los orígenes de la vida (1999) Siete pistas sobre el origen de la vida (1985) de A. G. Cairns-Smith y Orígenes (1986) de Robert Shapiro son repasos interesantes y accesibles. Los escritos de Lynn Margulis y Dorion Sagan constituyen una amenísima introducción a un concepto de la vida que subraya el papel de las bacterias (el «microcosmos»: véase sobre todo su Microcosmos, de 1987). En Cosmic Evolution (2001), The Life Era (1987) y Universe (1988) de Eric Chaisson, en At Home in the Universe (1995) de Stuart Kauffman y en Complejidad (1993) y Evolución humana 4 (1999) de Roger Lewin se analizan las ideas sobre la complejidad y su papel en los estudios actuales sobre la vida.

DURACIÓN 5.1. Escala de los organismos policelulares: 600 millones de años.