La evolución del Universo a lo largo de unos 15 mil millones de años culmina con la aparición de la vida, que tiene su máximo exponente en la vida inteligente, en el Hombre, con su definición filosófica de Animal Racional, aplicable en cualquier planeta en que se dé esa estructuración maravillosa de la materia que permite el desarrollo de pensamiento abstracto, consciencia y libertad. La descripción científica de los pasos por los cuales, de hecho, se dio vida en la Tierra y de su evolución hasta el Hombre tiene muchas lagunas y misterios: una y otra vez tendremos que aceptar la falta actual de datos o comprobaciones experimentales de teorías que son también incompletas y sin aceptación universal.
Tal vez sea metodológicamente útil, y aun necesario, comenzar con una definición de ser viviente desde el punto de vista operacional de casi todas las definiciones de la Física: decimos lo que las cosas son por su actividad, que nos permite reconocerlas y distinguirlas de otras. Podemos así describir al ser viviente como una estructura material básicamente estable, capaz de actividad interna y también en una interacción con el entorno, y capaz de reproducirse. La interacción con el entorno no destruye la estructura, sino que la refuerza, contribuyendo nuevos materiales estructurales y fuentes de energía; la actividad interna permite la absorción de materiales útiles y el desecho de aquellos inútiles o nocivos. Y el organismo da lugar a otras estructuras básicamente iguales, aunque con diferencias siempre presentes de un individuo a otro.
Para la interacción con el entorno, el ser viviente necesita algún nivel de reacción a estímulos externos: calor, luz, agentes químicos, presión: es la función de los "sentidos" en toda su variedad. Y para la reproducción debe darse algún tipo de "programa" interno que rige los pasos necesarios para la formación del nuevo organismo, desde la iniciación del proceso en un momento determinado de la existencia del ser viviente original hasta la separación, vida independiente y operaciones básicas para la supervivencia y desarrollo del nuevo individuo..
Estas consideraciones elementales nos permiten examinar las diversas formas de materia con respecto a su adecuación para la vida. Con la base del Principio Cosmológico que afirma la unicidad de la materia y la constancia y universalidad de las leyes que la rigen, podemos utilizar nuestro conocimiento experimental de la materia en nuestros laboratorios para poner límites a las condiciones y componentes que permitirán la vida, aunque no la garanticen.
El estado gaseoso de la materia, visible en estrellas y galaxias sobre todo, no es compatible con estructuras estables, aun a corto plazo: la definición física de un gas perfecto niega las fuerzas de cohesión entre moléculas, y admite como única interacción el choque aleatorio. Consecuentemente, no podemos aceptar como vivientes masas exclusivamente gaseosas, y su carácter desorganizado es más patente cuanto mayor es su temperatura. No puede darse vida en una estrella, ni en las nubes interestelares, que son un vacío en el sentido vulgar de la palabra aunque a muy largo plazo puedan darse algunos choques entre partículas.
Por razones opuestas es incompatible con la vida el estado sólido, que es, técnicamente, el estado cristalino. Su rigidez estructural no permite ni la incorporación de nuevos materiales ni la interacción con el entorno: cualquier reacción destruye al cristal. Incluso el crecimiento de un cristal ocurre por mera superposición de nuevas capas, no por incorporación a todos los niveles: cualquier elemento extraño constituye un "defecto" en la red cristalina. Un sólido es lo más inerte dentro de nuestra experiencia; sólo en nuestra tecnología electrónica se da un nivel de actividad que exige suministro de energía y programación por agentes externos, y la actividad que se consigue no está encaminada a la continuación de la estructura ni a su reproducción en forma espontánea. Cristales vivientes en planetas fríos sólo se dan en ciencia-ficción, donde se suponen como equivalentes a "ordenadores" con estructuras naturales de silicio.
También es parte de la literatura pseudo-científica la vida sin base material tangible: pura energía, generalmente electromagnética, que se supone capaz de existir incluso en los espacios interestelares. No es posible una estructura estable de ondas que necesariamente se propagan y disipan por el entorno, ni pueden formar órganos de alimentación o reproducción.
Nos queda como única forma de materia compatible con la vida el estado líquido: toda célula es una gotita de líquido más o menos viscoso rodeado de una membrana semipermeable que lo separa del entorno, pero permite la inclusión o desecho de gases, líquidos y hasta partículas sólidas. Dentro del entorno líquido se da la movilidad necesaria para reacciones químicas, y es también posible la estabilidad de estructuras de corto alcance, así como la división implicada por la reproducción.
Finalmente, es la actividad química la que selecciona los elementos adecuados dentro del sistema periódico, tanto para la extracción de energía como para la estructuración de órganos y la transmisión de la herencia. Especialmente para ésta se requiere la capacidad de codificar en forma microscópica una enorme cantidad de información: los "planos" del nuevo organismo y las instrucciones para su desarrollo. Pensemos en la maravilla diaria de la incubación de un huevo de gallina: de unos 100 gramos de gelatina amorfa se construye en tres semanas, sin ayuda alguna externa, un pollito completo con todos sus órganos, capaz de ver, de abrirse paso rompiendo la cáscara, de comenzar a corretear y a buscar alimento. Todo con el "programa" que se encierra en un puntito de color marrón, y que sólo exige la temperatura adecuada para comenzar su actividad.
Se ha calculado que el conjunto de instrucciones para un ser humano ocuparía una enciclopedia de 100 millones de páginas. Tal inmensidad de datos tiene que codificarse a nivel atómico para poder encerrarse en el núcleo de una célula invisible a simple vista; solamente una molécula gigante, con miles de millones de átomos en enlaces variados y estables puede ser el medio adecuado para tal función.
De los 92 elementos estables del sistema periódico el Carbono es el que permite mayor variedad de moléculas, y la máxima complejidad. La Química del Carbono es más amplia que la de todos los demás elementos juntos, especialmente en reacciones con los elementos más abundantes del Universo: H, O, N (el He, como "gas noble", es inerte), y sus reacciones fácilmente producen energía y pueden realizarse en un medio líquido a temperaturas moderadas, el agua, también cósmicamente abundante. Ningún otro elemento es comparable al Carbono en esta flexibilidad, aunque el Silicio se menciona frecuentemente como alternativa. Pero el Silicio tiene menos fuerza de enlace, y moléculas gigantes se rompen espontáneamente; tanto el Silicio como el Carbono tienen gran afinidad por el Oxígeno, pero el anhídrido carbónico resultante es un gas activo y fácilmente eliminable, mientras que el dióxido de Silicio es cuarzo, casi totalmente inerte y un sólido casi imposible de eliminar.
Por todas estas razones hay un consenso casi universal en exigir que , dondequiera que haya de darse la vida, debe basarse sobre la química del Carbono y el agua en estado líquido. Con estas condiciones se discute la posibilidad de encontrarla fuera de la Tierra; es nuestro planeta, donde tales condiciones se dieron, el único donde floreció en el sistema solar. No es meramente un caso de hablar de la vida "como nosotros la conocemos" (frase repetida constantemente sin pensar en sus implicaciones) sino de obtener las consecuencias lógicas del concepto de ser viviente y de las propiedades de la materia y sus leyes en todo el universo. Es así también como debemos tratar de reconstruir los pasos que se dieron en la Tierra primitiva para su aparición y desarrollo, hace aproximadamente 3.500 millones de años.
Estudios recientes de un meteorito recogido en la Antártida han dado lugar a suposiciones de vida microscópica en Marte hace unos 3.600 millones de años, pero no hay indicación comprobable desde la Tierra de su posible desarrollo hasta el presente.
EVOLUCIÓN PRE-BIÓTICA
No es necesario recurrir a seres vivientes para encontrar "química orgánica", sinónimo de la química del Carbono. La utilización de radio telescopios en los últimos 50 años llevó a descubrir en las nubes del espacio interestelar la existencia de H atómico, anhídrido carbónico, vapor de agua, formaldehído, cianógeno, metano y otras decenas de compuestos con hasta 20 átomos. En estas nubes extremadamente frías y tenues se facilita la formación de moléculas en las superficies de granos microscópicos, resultado de las etapas finales de evolución estelar.
De modo semejante se especuló muy pronto que en la superficie ya fría de la Tierra primitiva se darían condiciones abundantes para síntesis orgánica, con diversas fuentes de energía: luz solar, ondas de choque de olas o tormentas, radioactividad, rayos, erupciones volcánicas. La atmósfera secundaria del planeta, debida a gases volcánicos e impactos cometarios, propiciaría la formación de compuestos de Carbono, Oxígeno, Hidrógeno y Nitrógeno, bajo la acción de la radiación ultravioleta del Sol. Y es de suponer que durante millones de años caería a la superficie continental y a los océanos primitivos una lluvia tenue pero constante de estas moléculas que pueden considerarse los sillares básicos para la construcción de la estructura viviente.
A partir de la década de los 40, varios experimentos de diversos autores han intentado reproducir esa etapa evolutiva. Comenzando con los trabajos de Urey y Miller, se sintetizaron aminoácidos, azúcares y ácidos grasos a partir de una mezcla que imitaba la atmósfera teórica de esa época primitiva, a la que se sometió a descargas eléctricas en un recipiente con exceso de vapor de agua y un "océano" de agua líquida. Otros autores duplicaron el resultado con variaciones de la composición atmosférica y diversas fuentes de energía, dejando así bien establecido el hecho de que esta evolución pre-biótica debe esperarse en muchas circunstancias plausibles del planeta.
El paso de estos sillares básicos a una molécula suficientemente compleja para poder reduplicarse en forma autónoma con los materiales de su entorno es mucho más especulativo: no sabemos ni dónde ni cuándo ni cómo ocurrió. Se ha sugerido una charca litoral, cargada de material pre-biótico, que por evaporación se concentra hasta formar macromoléculas adecuadas; otra hipótesis busca en minerales arcillosos o cristales de pirita una pauta estructural que facilite la unión de partes sencillas en un todo más complejo, tal vez en chimeneas submarinas donde gases calientes brotan de fisuras volcánicas. Debemos confesar nuestra ignorancia y el hecho de no haber conseguido todavía en ningún experimento de laboratorio el dar el paso a nada remotamente comparable a la gigantesca molécula de ADN, base de la transmisión genética.
Los primeros restos atribuidos a seres vivientes unicelulares se encuentran en rocas de Australia de 3.500 millones de años de antigüedad, donde se observan capas de material carbonáceo. Los primeros fósiles reconocidos como tales son ya células tan complejas como las que hoy viven en nuestro entorno. No hay fósiles de seres vivientes más sencillos. Se ha sugerido que los virus podrían ser la forma más elemental de vida, pero un virus no tiene metabolismo ni reproducción independiente: se comporta, más bien, como un "virus" de ordenador, un programa que obliga a la máquina (electrónica o celular) a hacer copias del virus, en lugar de sus funciones propias. No cumple, por tanto, la definición de estructura viviente dada al principio de esta discusión.
La vida comenzó, y debió hacerlo utilizando las propiedades de la materia, con las fuerzas electromagnéticas de enlace que explican la química y la biología. Pero no es fácil dar razón de esa "espontaneidad" tan obvia en el ser viviente, por la cual toda su actividad es armoniosa y tiende a la preservación y desarrollo del individuo y de la especie. Aun los que rehuyen la palabra "finalidad", llegan a hablar de una teleología que parece negar el mero azar o la necesidad mecanicista.
EVOLUCIÓN VITAL
Una vez que se dieron los primeros vivientes, entró en juego la variabilidad de la molécula de ADN, transmisora de la herencia. Diversos factores ambientales pueden causar mutaciones: la agitación térmica, agentes químicos, radioactividad del suelo, rayos cósmicos. Todo esto implica cambios al azar en individuos que, en la mayoría de los casos, no producen descendientes apreciablemente distintos, ni en su morfología ni en su capacidad de supervivencia. Raramente se darán variantes reconocibles como formas nuevas y estables en el registro fósil; todavía menos frecuente será la coincidencia de mutaciones independientes en el mismo individuo para dotarlo de mayor capacidad de sobrevivir ante cambios en el ambiente o ataques de enemigos naturales. Pero en períodos de tiempo muy amplios sí puede constatarse la diversificación de formas en aquellos seres unicelulares, como los radiolarios y diatomeas, que han dejado exoesqueletos silíceos en las rocas sedimentarias durante varios eones.
La vida comenzó bajo condiciones anaeróbicas en una Tierra falta de oxígeno en su atmósfera. Durante muchos centenares de millones de años la pequeña cantidad de este elemento aportada por la disociación del vapor de agua en la atmósfera por la acción de los rayos ultravioleta del Sol se combinó con los metales de las rocas continentales para producir óxidos; también el anhídrido carbónico se combinaba con las rocas (formando carbonatos) y se disolvía en los océanos. Pero una mutación importantísima dio lugar a la aparición de algas unicelulares verdes, capaces de fotosíntesis, que utiliza el agua y el anhídrido carbónico para sintetizar hidratos de carbono y liberar oxígeno. Con toda probabilidad, la abundancia de este gas en la atmósfera era ya semejante a la actual hace unos 2.000 millones de años, y se mantuvo sin muchas variaciones por el equilibrio de los procesos de oxidación y fotosíntesis.
El oxígeno, originalmente un gas nocivo para la vida, se convirtió en su mejor aliado cuando otra mutación permitió utilizarlo como fuente muy eficiente de energía. Con este cambio se hizo posible el paso de seres unicelulares a los metazoos, originalmente apenas más que colonias de células iguales en una masa indiferenciada. Hace 600 millones de años aparecen los primeros fósiles marinos de vivientes sin esqueleto, parecidos a los pólipos y medusas, apenas marcados en rara ocasión en capas sedimentarias. Corales y otros vivientes con esqueletos externos son abundantes en épocas un poco más recientes, así como moluscos y artrópodos que llenan nuestros museos con hermosos ejemplares de ammonites, trilobites y gran variedad de bivalvos.
Sin entrar en los detalles filogenéticos propios de un texto de biología, es claro que el paso del tiempo muestra cada vez mayor multiplicidad de formas, que van llenando los diversos entornos (nichos ecológicos) sin que eso implique la desaparición de formas anteriores. Un paso crucial se da con la aparición de los vertebrados, cuyo esqueleto interno sirve de apoyo para órganos de locomoción y protege una red de comunicaciones (sistema nervioso) con un cerebro que controla todas las funciones del organismo. Este esquema fisiológico se mantiene mientras las formas de locomoción y los ambientes de vida se diversifican, de peces a anfibios, reptiles, aves y mamíferos.
Esta descripción superficial, basada en los restos que encontramos en rocas sedimentarias, no es suficiente para explicar en detalle el cómo del proceso. Cada forma nueva aparece tras largos períodos de estabilidad (equilibrio puntuado), y parece exigir en el mismo individuo la coincidencia de muchas mutaciones independientes, pero que se complementan y ayudan para dar un nuevo modo de actuar conducente a la supervivencia en un entorno determinado. Hay casos tan sorprendentes como el retorno al océano de grandes mamíferos: delfín, foca, ballena, con todas las modificaciones necesarias en un organismo ya muy hecho para ambientes distintos. No es fácil explicar ni el cómo ni el por qué de tales cambios, que no son meramente de proceder, sino que llegan a afectar el metabolismo y la estructura corporal.
EXTINCIONES CATASTRÓFICAS
Un factor que ha tenido importancia crucial en la trayectoria de la vida en la Tierra es el proceso catastrófico de extinción que en varias ocasiones eliminó, en muy poco tiempo, hasta el 90% de las especies vivientes en la Tierra en un momento dado. Se encuentran indicaciones de cinco grandes episodios de extinción en los últimos 500 millones de años, aproximadamente, y en cada caso, la evolución cambió drásticamente de rumbo; el caso más conocido es el de la desaparición de los grandes reptiles hace 65 millones de años. De no haber ocurrido, es muy dudoso que hoy fuesen los mamíferos la forma de vida más desarrollada.
Las extinciones parecen haber ocurrido, al menos en algunos casos, por el impacto de cuerpos de varios kilómetros de diámetro: asteroides como los que todavía se encuentran a millares en el espacio entre Marte y Júpiter, con trayectorias que llevan a varios a cruzar la órbita de la Tierra. La desaparición de los dinosaurios, muy probablemente, siguió a la caída de un cuerpo de 10 kms. de diámetro en la península del Yucatán, donde las prospecciones petrolíferas han encontrado un cráter de 200 kms. de diámetro parcialmente bajo el mar Caribe (cráter de Chicxulub). Se puede calcular el efecto de tal proyectil, penetrando la atmósfera a unos 30 kms. por segundo: causaría una onda de choque con temperaturas de miles de grados, que produciría incendios a escala continental. El impacto con la corteza terrestre, volatilizando miles de millones de toneladas de roca, volvería opaca a la atmósfera durante años, con la consecuente muerte de la mayor parte de las plantas y animales. Tal vez efectos concomitantes de terremotos, tsunamis y volcanismo, extendieron todavía más el período de destrucción, de tal modo que la vida tuvo que rehacerse a partir de formas básicamente sencillas y más resistentes.
Grandes episodios de volcanismo de origen puramente terrestre pueden también llevar a extinciones semejantes en períodos más amplios. Y cambios climáticos, cuyas causas no son conocidas en detalle, pero pueden tener conexión con la actividad solar y el magnetismo terrestre, también influyeron en forma imprevisible sobre el desarrollo de la vida hasta nuestro tiempo. La trayectoria de la evolución es, consecuentemente, única. No es posible predecir que algo semejante se hubiese dado en cualquier posible repetición de la historia del planeta.
Sir Fred Hoyle, conocido astrofísico británico, llega a decir que es imposible explicar el origen de la vida en la Tierra, ni su progresivo desarrollo desde formas tan sencillas hasta la enorme complejidad actual. Como consecuencia, propone que la Tierra fue "sembrada" con formas vivientes venidas de otros lugares del cosmos, donde condiciones desconocidas propiciaron su aparición. Incluso atribuye a agentes patógenos extraterrestres las grandes plagas históricas que asolaron a la humanidad. Mientras que la mayoría de los científicos consideran su propuesta como una evasión ante el problema, sí debemos decir que subraya la dificultad de explicar el origen de la vida y su maravilloso desarrollo hasta el nivel actual de variedad y complicación estructural.
