(L122) Las edades de Gaia (1988) - 2

3.- Explorando el mundo de las margaritas.

La teoría de Gaia está abierta a varios modos de investigación experimental. Durante su vida nuestro planeta ha sufrido el impacto de asteroides. Hemos sido golpeados por unos treinta planetas pequeños de hasta 16 kilómetros de diámetro. Estos acontecimientos producen cráteres de 320 kilómetros; pueden destruir hasta el 90 por ciento de todos los organismos vivos y las reverberaciones del acontecimiento resuenan por un período de quizás un millón de años o más. A partir del registro de las mismas podemos aprender mucho sobre cómo funciona el sistema y cómo se restablece la homeostasis completa. (p. 58)

En los años veinte del siglo pasado, los biomatemáticos Lotka y Volterra introdujeron su famoso modelo de competencia entre conejos y zorros. Era un modelo simple, como el del mundo de las margaritas, pero difería de éste ya que el medio ambiente se consideraba infinito y neutral. Los zorros aumentan cuando el número de conejos crece, pero los conejos disminuyen cuando el de zorros aumenta. En esta relación hay un punto estable donde las dos especies coexisten en una proporción constante, excepto en el caso de una mala época que mate algunos conejos. (p. 63) Si una epidemia produce la muerte repentina de conejos, a continuación se producirá la muerte de zorros por falta de alimento. Los conejos se reproducen más rápidamente, ahora los zorros también empiezan a crecer, y la velocidad de crecimiento de los conejos se amortigua y disminuye cuando el número de zorros los amenaza. Los conejos son demasiado escasos para alimentar a los zorros, éstos mueren y el ciclo empieza de nuevo. Lo que estos modelos ecológicos han sido incapaces de explicar es la gran estabilidad de los ecosistemas naturales complejos como las selvas tropicales. (p. 64)

Construí un mundo de margaritas adicional. En éste, las margaritas eran comidas por conejos y los conejos a su vez eran comidos por zorros. Para evaluar la estabilidad del modelo lo sometí a catástrofes periódicas; en cuatro ocasiones durante la evolución del modelo, el 30 por ciento de la población de margaritas fue destruida inmediatamente, como por una epidemia, y el sistema permitió que se recuperaran. Durante el curso normal de la evolución todas las poblaciones son estables y se recuperan pronto de las perturbaciones de las epidemias. Finalmente, el sistema no puede compensar el siempre creciente flujo de energía solar y se pierde. (p. 67) La hipótesis de que el crecimiento de las margaritas está limitado a un margen estrecho de temperaturas es crucial para el funcionamiento del mecanismo. La mayoría de los nutrientes también experimenta restricciones similares; demasiado es veneno, demasiado poco produce muerte por inanición. (p. 74) Cuando aumenta la concentración de oxígeno aumenta el crecimiento de los consumidores, pero el exceso de oxígeno es venenoso, existe una cantidad que es la deseable. (p. 75)

La teoría de Gaia conlleva una visión de la Tierra en la que: 1.- La vida es un fenómeno a escala planetaria. 2.- Los organismos vivos no pueden ocupar un planeta parcialmente. 3.- Ya no es suficiente decir “organismos mejor adaptados que otros tienen más probabilidad de dejar descendencia”. El crecimiento de un organismo afecta a su medio ambiente físico y químico, por tanto la evolución de las especies y la evolución de las rocas están estrechamente ligados como un proceso único e indivisible. 4.- La ecología teórica se ha ampliado. El incremento de la diversidad entre las especies da lugar a una mejor regulación. (p. 78)

4.- El Arcaico.   

                            

La vida empezó por lo menos hace 3,6 eones[1] (3.600 millones de años), durante un período que los geólogos llaman Arcaico. El período que comprende desde la formación de la Tierra, hace 4,5 eones, hasta el período en que el oxígeno empezó a dominar la química de la atmósfera, hace 2,5 eones. Gaia es tan vieja como la vida. Efectivamente, si el Big Bang tuvo lugar hace 15 eones, entonces es tan vieja como un cuarto de la edad del universo. (p. 79)

La energía necesaria para enviar una señal a través de un intervalo espacial y temporal crece exponencialmente con la distancia que tiene que ser atravesada. Imaginemos cuán grande debe haber sido una señal para transmitir información acerca del principio del universo hace 15 eones. Nada excepto la explosión del universo hubiera podido enviar una señal desde hace tanto tiempo. Todo lo que ahora queda es el débil rumor de las microondas cósmicas de la radiación de fondo. Todas las demás teorías acerca del origen se encuentran faltas de evidencia. De manera semejante, los organismos vivos pasan los programas de las células de una generación a la siguiente. Podemos pensar que compartimos las mismas reacciones químicas con la bacteria primitiva más antigua. Las restricciones naturales a la existencia de aquellas bacterias antiguas nos dicen cómo era el medio ambiente de aquella Tierra primitiva. (p. 81) Nosotros, seres excéntricos que utilizamos la combustión como fuente de energía, vivimos en un universo impulsado por la energía nuclear. La radiactividad es un reloj maravillosamente exacto y ha medido el tiempo desde aquella explosión (la supernova que formó el sistema solar y la Tierra) hace 4,55 eones. En cada uno de nosotros se desintegran radiactivamente unos cuantos millones de átomos de potasio por minuto, elemento esencial para la vida. Si fuera eliminado y reemplazado por un elemento muy semejante, el sodio, moriríamos instantáneamente. El potasio, como el uranio, el torio y el radio, es un residuo radiactivo de larga vida de la supernova. (p. 83)

Los registros de las rocas sugieren que la vida empezó entre 0,6 y 1 eón después de que la Tierra se hubiera agregado en forma de cuerpo planetario reconocible. Estos registros muestran una diferencia en las proporciones de los átomos del elemento estable carbono. Las rocas que con mayor certeza corresponden a una situación de ausencia de vida no provienen de la Tierra, sino de la Luna y los meteoritos. Su antigüedad es 4,55 eones. La composición isotópica de estas rocas de materia muerta es fácilmente distinguible de aquéllas sedimentadas en la Tierra hace 3,6 eones. Sobre la física y la química del período inmediatamente anterior al origen de la vida sólo pueden hacerse especulaciones. (p. 84)

Los primeros compuestos orgánicos de la vida fueron aminoácidos, nucleótidos, azúcares, y muchas otras partes esenciales, todas ellas esperando para el acto final del ensamblaje. La mera presencia de estos compuestos en un planeta libre de oxígeno no es por sí misma indicadora de vida. Sólo indica la posibilidad de su formación. La existencia de los compuestos químicos de la vida y pre-vida requiere un intervalo de temperatura comprendido entre 0º y 50º C. La falta de calor de un sol más frío podría haber sido contrarrestada por una manta de gas que proporcionara un “efecto invernadero”. (p. 86-87) El planeta producía tres veces más calor interno que ahora. La Tierra era más radiactiva. Podemos aceptar como razonable que la vida empezó a nivel molecular a partir de procesos equivalentes a las turbulencias y torbellinos. Los organismos parecen que hayan utilizado el estado sólido para almacenar y pasar a sus descendientes el mensaje de la existencia. El estado sólido de los cristales aperiódicos de DNA proporciona a los organismos una duración mucho más larga que la correspondiente a una turbulencia o a una reacción cíclica. (p. 88-89)

La evolución de los fotosintetizadores o cianobacterias que utilizan el dióxido de carbono como alimento produjo la primera crisis ambiental de la Tierra al disminuir la capa que la mantenía caliente. Pero creo que gracias a la presencia de rocas sedimentarias ésta crisis no sucedió nunca. Lo que me gustaría proponer es una interacción dinámica entre los primeros fotosintetizadores, los organismos que procesaban sus productos, y el medio ambiente planetario, desarrollando un sistema estable auto-regulado, un sistema que mantiene la temperatura de la Tierra constante y adecuada para la vida. (p. 90-91)

¿Qué ocurría con el metano? La radiación ultravioleta rompe el metano convirtiéndolo en una capa de smog, el equivalente arcaico de la capa de ozono. Los fotosintetizadores son como las margaritas blancas, su crecimiento enfría la Tierra eliminando dióxido de carbono. Los descomponedores metanógenicos son como las margaritas negras; su crecimiento calienta la atmósfera mediante la adición de gases de efecto invernadero en el aire. (93-95) Se ve que el origen de la vida coincide con la caída del dióxido de carbono y el ascenso del metano. El final del Arcaico está señalado por la desaparición del metano. (p. 96)

¿Cómo persistieron nuestros océanos? Parece probable que la presencia de vida haya tenido algún papel. Se sospecha que la vida anterior al oxígeno tenía que estar obligada a existir en las profundidades del mar, donde no podía penetrar la radiación ultravioleta. Después que apareciese el oxígeno en el aire pudo formarse ozono como escudo protector. Después de esto, el camino quedaba abierto para que una vida abundante pudiera colonizar la tierra firme y posibilitar el aumento de la concentración de oxígeno hasta su nivel actual del 21 por ciento. (p. 100-101) Creo que la amenaza más seria para la salud de las comunidades terrestres de aquellos tiempos sería la necesidad de lluvia. Una forma primitiva de generador de hielo puede haber encontrado alguna ventaja en la congelación del rocío, mediante ésta, puede haber destruido a un competidor o a un predador, roto la piel dura de un organismo que le servía de alimento, o produciendo rupturas mecánicas en rocas para liberar nutrientes. Cualquiera de estos efectos daría ventaja al generador de hielo y, lo que es más importante, daría ventaja al mayor o mejor nucleador. Un aspecto que se conoce con detalle es el de la interrelación entre la congelación de las gotas de las nubes y la caída subsiguiente de lluvia. (p. 100-106)

Aunque la lluvia es esencial para el crecimiento en la tierra, también conlleva problemas porque elimina nutrientes. Los ríos transportan al océano elementos requeridos por la vida marina, por ejemplo nitrógeno, fósforo, calcio y silicio. Sin embargo los ríos también llevan al mar otros elementos más raros –azufre, selenio e iodo- y la tierra se empobrece. Esto nos conduce a otro mecanismo geofisiológico de gran escala: la transferencia de elementos esenciales o nutrientes desde el océano, donde son abundantes, a la tierra, donde son escasos. (p. 107) De forma gradual, a medida que se agotaban los compuestos del mar capaces de eliminar oxígeno, la relación entre el flujo de metano y oxígeno se desplazaría hacia un exceso de oxígeno. Sin embargo, para las bacterias arcaicas la era nunca acabó. Ellas medran en cualquier ambiente libre de oxígeno. En los fondos marinos y en los intestinos de casi todos los consumidores, incluyéndonos a nosotros. (p. 109-110)

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[1] El concepto de eón podría estar equivocado según la wiki. En geología, un eón se refiere a cada una de las divisiones mayores de tiempo de la historia de la Tierra desde el punto de vista geológico y paleontológico. Por tanto cada eón es variable.