¿Cómo se creó el aire que respiramos?

Si pudiésemos construir una máquina del tiempo y viajar al pasado distante de la Tierra, nos llevaríamos una sorpresa desagradable: sin un equipo especial para respirar, nos asfixiaríamos en cuestión de minutos.

Durante la primera mitad de la historia de nuestro planeta no había oxígeno en la atmósfera. Éste apareció hace 2.400 millones de años.

El evento -que se conoce como la Gran Oxidación o la revolución del oxígeno- fue uno de los más importantes ocurridos en nuestro planeta.

Sin él, no podrían haber existido los animales que respiran oxígeno: no habría insectos, peces ni, por supuesto, seres humanos.

Sin la Gran Oxidación no existirían los insectos, las aves, los peces... ni nosotros.

Durante décadas, científicos han tratado de entender cómo y por qué apareció el oxígeno. La sospecha es que la vida misma fue la responsable de crear el aire que respiramos.

Pero no cualquier vida. Si confiamos en las investigaciones más recientes, la vida estaba atravesando una gran transformación justo antes de la Gran Oxidación.

Ese salto hacia adelante en la evolución podría ser clave para entender lo que ocurrió.

Los ancestros de las cianobacterias lograron desarrollar un método para tomar energía de la luz del sol y usarla para fabricar azúcares del agua y dióxido de carbono. Es lo que llamamos fotosíntesis.
 

Las maravillosas cianobacterias

La Tierra ya tenía 2.000 millones de años antes de la Gran Oxidación, ya que se formó hace 4.500 millones de años. Estaba habitada, pero solo por organismos unicelulares.

No está claro cuándo comenzó la vida, pero los fósiles más antiguos que se conocen de estos microorganismos son de hace 3.500 millones de años, así que tiene que haber sido antes.

Esto significa que la vida comenzó al menos 1.000 millones de años antes de la revolución del oxígeno.

Estos simples organismos son los principales sospechosos de haber provocado este evento. En particular, las cianobacterias. Hoy podemos encontrarlas en lagos y océanos.

Sus ancestros inventaron un truco que se ha expandido como la vida silvestre: desarrollaron un método para tomar energía de la luz del sol y usarla para fabricar azúcares del agua y el dióxido de carbono.

Desde el punto de vista de las bacterias, la fotosíntesis tiene un problema molesto: genera oxígeno. Como no lo necesitan, lo liberan al aire.

Esto es la fotosíntesis, el proceso por el cual hoy día todas las plantas verdes consiguen su alimento.

Desde el punto de vista de las bacterias, la fotosíntesis tiene un problema molesto: genera oxígeno. Como no lo necesitan, lo liberan al aire.

Fueron entonces las cianobacterias que liberaron oxígeno indeseado las que transformaron la atmósfera de la Tierra.

Pero mientras esto explica cómo pasó, no dice por qué y menos aún cuándo.

Cambios

El problema es que las cianobacterias parecen haber existido mucho antes de la Gran Oxidación.

"Son probablemente algunos de los primeros organismos que tuvimos en nuestro planeta", explica Bettina Schirrmeister, de la Universidad de Bristol, en Reino Unido.

Podemos decir con certeza que había cianobacterias al menos hace 2.900 millones de años. Esto quiere decir que las cianobacterias estuvieron liberando oxígeno durante al menos 500 millones años antes de que el oxígeno comenzara a aparecer en el aire.

Esto no parece tener mucho sentido.

¿Por qué demoraron tanto las cianobacterias en convertirse en organismos multicelulares?

Una explicación es que podría haber habido muchas sustancias químicas -quizás gases volcánicos- que reaccionaron con el oxígeno y lo "eliminaron".

Pero hay otra posibilidad, dice Schirrmeister. Puede que las cianobacterias hayan cambiado. "Alguna innovación evolucionaria en la cianobacteria la ayudó a ser más exitosa y más importante", explica la investigadora.

Las ventajas de la multicelularidad

Algunas cianobacterias modernas han hecho algo que, para los estándares de las bacterias, es notable: mientras que la mayoría son unicelulares, éstas son multicelulares.

Las células individuales de estas cianobacterias se unieron en una suerte de filamentos como si fuesen los vagones de un tren. Eso es muy inusual, pero algunas han avanzado más.

"Muchas cianobacterias pueden producir células especializadas que pierden su capacidad para dividirse", dice Schirrmeister. "Ésta es la primera forma de especialización que vemos".

El ser multicelulares les permitió a las cianobacterias adherirse con más facilidad a las rocas resbaladizas.

Schirrmeister cree que la multicelularidad fue lo que cambió la situación para las primeras cianobacterias. Esto acarreó una serie de ventajas.

En los primeros años de la Tierra, los organismos unicelulares vivían mayormente juntos en capas planas que forman una suerte de placa.

Cada placa habría tenido diferentes especies de cianobacteria.

Una cianobacteria multicelular habría tenido una clara ventaja en comparación con sus rivales unicelulares. Les habría resultado más fácil propagarse, porque al tener una superficie mayor, podrían adherirse más eficientemente a una roca resbaladiza.

Estos organismos habrían sido menos propensos a los vaivenes de la corriente, dice la experta.

Al igual que muchas cianobacterias multicelulares modernas, podrían desplazarse sobre la placa y esto las habría ayudado a sobrevivir.

La idea es buena, pero para que sea cierta, la cianobacteria tendría que haberse convertido en multicelular antes de la Gran Oxidación.

Si pudiésemos viajar al pasado distante de la Tierra nos llevaríamos una sorpresa: sin un equipo especial para respirar, nos asfixiaríamos a los pocos minutos.

Preguntas

Schirrmeister cree que esto sucedió aproximademante 2.500 millones de años antes del evento.

Pero éste no es el final de la historia. Incluso si el cálculo de Schirrmeister es correcto, quedan dos grandes preguntas sin responder.

La primera: ¿fue tan ventajosa la multicelularidad para las cianobacterias como cree Schirrmeister? No sabemos, pero podemos averiguarlo comparando cómo las cianobacterias modernas unicelularesy multicelulares lidian con distintas situaciones.

La segunda es más difícil: ¿por qué tardó tanto la cianobacteria en volverse multicelular? Si ofrece tantas ventajas, ¿por qué no lo hizo antes?

"El próximo paso es entender qué genes son responsables por la multicelularidad en las cianobacterias", dice la científica. "Luego podremos decir por qué tardó tanto tiempo y por qué no evolucionó antes".

Si se necesitaban muchos genes nuevos, es comprensible que le tomara más tiempo para evolucionar.

Sea lo que sea que causó la revolución del oxígeno, es claro que es uno de los eventos más importantes que hayan pasado jamás en nuestro planeta.

El siguiente paso es entender cómo las cianobacterias pasaron de ser organismos unicelulares a multicelulares.

Bacteria notable

En el corto plazo no fue bueno: el oxígeno fue letal para muchas bacterias.

Pero en el largo plazo, permitió la evolución de nuevas formas de vida.

El oxígeno es un gas reactivo, por eso cuando algunos organismos descubrieron cómo aprovecharlo, empezaron a tener acceso a una gran fuente de energía.

Al respirar oxígeno, los organismos pudieron volverse más activos y más grandes. Muchos se tornaron más complejos. Se convirtieron en plantas y animales.

Si Schirrmeister está en lo cierto, las primeras cianobacterias multicelulares dieron el puntapié inicial para que evolucionaran formas de vida complejas, entre las que estamos incluidos nosotros, al producir oxígeno a escala global.

No es poca cosa para una simple bacteria, ¿no?