Exploraciones por el planeta Comida. Pere Puigdoménech Rosell
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de una sola célula cuya biología debería de tener ya los elementos básicos –proteínas, azúcares, ADN, etc.– que hoy en día poseemos todos los organismos que vivimos en la Tierra. Que existe un organismo como LUCA ha sido postulado sobre la base de que la maquinaria básica del funcionamiento de todos los seres vivos es esencialmente la misma. Esta maquinaria incluye un sistema para conservar una información, que es la que define el organismo por sí solo y que tiene una naturaleza química en forma de ADN. Hay que señalar que este hecho ha sido utilizado también para apoyar la idea de que el origen de la vida se dio en otro planeta y que a la Tierra ya llegó LUCA o un organismo parecido. Incluso elementos de esta maquinaria como el código genético, que no necesitan adoptar exactamente la forma que tienen y podrían ser muy diferentes, tienen una presencia universal. Por eso se ha formulado la hipótesis de que esta maquinaria es la que tenía el organismo del cual descendemos todos los seres vivos. Quizás la vida habría podido ser diferente de la que conocemos, pero tal como era LUCA fue bastante eficiente para imponerse y originar la diversidad de organismos que en el pasado y hoy pueblan nuestro planeta.
Las fuentes de energía internas del planeta debieron de ser esenciales durante largas etapas en la evolución de los organismos primitivos. Y estos organismos estarían muy adaptados a estas condiciones tan diferentes de las actuales. En aquel entorno primitivo, con una actividad geológica interna del planeta muy elevada, debía de haber disponibles fuentes de energía más diversas e intensas que en la actualidad, pero que actualmente podemos observar en lugares concretos de la Tierra. Actualmente, en nuestro planeta se han descubierto un conjunto fascinante de organismos que denominamos arqueobacterias, porque algunos han supuesto que son reliquias de tiempos antiguos, o extremófilos, porque viven en entornos de alta temperatura o con contenidos en minerales muy extremos, como son las fuentes termales o los entornos ricos en metano o sal, y utilizan el calor o la descomposición de materiales ricos en energía para su actividad. Pueden ser los testigos de cómo funcionaba aquella vida primitiva. Entre estos organismos se encuentran, por ejemplo, los que viven en altas concentraciones de sal y que se alimentan de residuos orgánicos en el agua saturada de cloruro sódico. De hecho mueren si los colocamos en entornos menos extremos que parecerían más apropiados para vivir. Aprovechan la luz solar mediante un mecanismo muy parecido al modo en que detectamos la luz en nuestra retina y se protegen de los rayos ultravioleta con pigmentos que proporcionan ese color rojo que vemos en los lagos salinos y que proviene de pequeños crustáceos que se alimentan de las arqueobacterias. A su vez, estos crustáceos son el alimento de los flamencos que vemos en estos entornos y que adoptan esa misma coloración roja.
Los organismos compuestos de una sola célula, sean de la especie que sean, bacterias o arqueobacterias, necesitan energía, pero también componentes para construir aquello que compone su estructura y, sobre todo, para reproducirse. Las bacterias que conocemos hoy necesitan disponer de alguna fuente de carbono, nitrógeno y fósforo y minerales, es decir, necesitan alimentarse. Por lo tanto, han desarrollado sistemas que detectan dónde están los nutrientes que necesitan y muchos de ellos tienen sistemas para moverse y dirigirse allí donde está lo que necesitan y para huir cuando les puede perjudicar. También tienen maneras de permitir que los materiales que necesitan para vivir puedan difundirse de manera selectiva en el interior de su célula. Podemos decir que es un modo sencillo y primitivo de comer, ya que estos organismos han de detectar lo que necesitan, aproximarse y acabar incorporándolo a su interior. De este modo pueden aumentar sus poblaciones y competir con otros organismos por los materiales que todos necesitan para vivir. Algunos microorganismos tienen la propiedad de alimentarse de otros englobándolos en su estructura, lo que denominamos fagocitosis. En el interior de la célula los digieren, lo que significa que rompen las moléculas en sus componentes básicos, e incorporan el producto de la digestión a sus cadenas metabólicas. Estas son las primeras manifestaciones de lo que podemos denominar comer.
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LA FOTOSÍNTESIS
En algún momento hace unos mil millones de años, un grupo de organismos que utilizaba la energía que transporta la luz del Sol proliferó de manera preferente sobre la superficie de nuestro planeta. Vivían de lo que denominamos la fotosíntesis, que es un proceso mediante el cual las células tienen la capacidad de integrar la energía de la luz y usarla para transformar el dióxido de carbono del aire en sustancias ricas en energía como la glucosa. Los organismos que tienen este sistema no dependen de fuentes locales de energía, sino que solo necesitan acceder a la luz del Sol, que está presente en la superficie de todo el planeta. La fotosíntesis permite captar la energía que se almacena de forma química y da lugar a unos subproductos que son oxígeno y agua. El predominio de este proceso en el planeta Tierra cambió radicalmente su superficie en un periodo en el que su interior ya estaba en proceso de enfriamiento y donde había grandes cantidades de agua que quizás en parte procedían de los cometas. Las bacterias fotosintéticas, primero, y las plantas primitivas, después, poblaron la Tierra y transformaron la atmósfera terrestre de manera irreversible por uno de los subproductos de la fotosíntesis, el oxígeno, que hasta aquel periodo había estado en una proporción baja en la atmósfera primitiva de la Tierra.
El oxígeno es una molécula muy reactiva y fue aprovechado de manera progresiva por muchos microorganismos en lo que denominamos la respiración, en la que, contrariamente a la fotosíntesis, la energía que contienen azúcares como la glucosa se usa para una multitud de funciones de la célula. Un efecto colateral es que la fisiología de otros muchos microorganismos es incompatible con la presencia de oxígeno. Por esta razón, el oxígeno, que es uno de los elementos que necesitamos para vivir muchos de los organismos actuales, no favorece la vida de otros microorganismos que a partir de entonces han proliferado en entornos alejados de la atmósfera. Solo hay que ver que una manera que tenemos de eliminar microorganismos infecciosos es tratarlos con agua oxigenada, que por el exceso de oxígeno hace imposible su proliferación. La aparición del oxígeno en la atmósfera fue un acontecimiento de gran importancia que permitió la aparición de nuevos tipos de organismos vivos con una fisiología muy eficiente y que proliferaron en grandes cantidades. Lo podemos constatar por las reservas de petróleo, que son el producto de organismos fotosintéticos unicelulares que se acumularon en sedimentos de lagos y océanos. Millones de años más tarde, otra explosión de organismos fotosintéticos, los vegetales, dio lugar al carbón que hoy encontramos incrustado en algunas rocas.
Los organismos más sencillos, como las bacterias, están compuestos de una sola célula y, como los animales más complejos, también deben encontrar sustancias que los alimenten, y actuar en consecuencia, por ejemplo moviéndose a favor o en contra. Estos alimentos pueden ser otras células que se incorporan por fagocitosis. La fagocitosis acabó siendo también importante porque algunos organismos incorporaron otras células de manera estable, lo que dio lugar a células más complejas con compartimentos con funciones especializadas, como la producción de energía o la fotosíntesis. Es lo que denominamos la simbiosis, que creemos que fue un mecanismo decisivo para que aparecieran organismos más complejos con propiedades nuevas. Un ejemplo muy claro de este tipo de simbiosis es la aparición del cloroplasto, un compartimento esencial de las células de las plantas. Es en el cloroplasto donde se produce la fotosíntesis. Pensamos que es el producto de la simbiosis con células, quizás con algún tipo de arqueobacterias, porque podemos observar que conserva algunas de las características de bacterias capaces de fijar la luz. Los organismos más evolucionados como animales y plantas, que denominamos eucariontes, tienen todos células complejas con compartimentos especializados, como el núcleo celular, en el que se encuentra el ADN y su función de almacenar la información genética, la mitocondria, donde se produce la respiración, o el cloroplasto, que hace la fotosíntesis. Se considera que todos estos compartimentos son el resultado de la simbiosis entre organismos más sencillos.
En otro momento decisivo de la evolución, los organismos compuestos de una sola célula desarrollaron mecanismos de cooperación entre ellos, en los que, por ejemplo en situaciones de peligro, se agrupan y forman un conjunto de muchas células. Tanto las plantas como los animales que vivimos actualmente procedemos de organismos con núcleo para los que la asociación de células representó una ventaja. Que las células se agrupen en momentos en los que falta algún componente esencial o porque es un mecanismo de protección debe de haber sido muy favorable en algunos