HISTORIA DEL SUELO Y SU IMPORTANCIA EN EL SUSTENTO DE LA VIDA

HISTORIA DEL SUELO Y SU IMPORTANCIA EN EL SUSTENTO DE LA VIDA 

Valentín Vásquez

Oaxaca, México

valeitvo@yahoo.com.mx

Introducción

Las materias primas a partir de las cuales se genera el suelo, son las rocas que por acción del clima -principalmente por la humedad atmosférica y cambios de temperatura- se transforma en minerales de naturaleza inorgánica; así como los organismos vivos, cuyo metabolismo, produce la materia orgánica que, luego es transformada en humus que al fusionarse con los componentes derivados de las rocas dan origen al suelo.

Las condiciones para el origen de la vida que antecede al suelo fueron: las rocas que constituyen la corteza terrestre, las cuales aparecieron en los primeros 500 millones de años de existencia de la Tierra, período en el que también se generaron los océanos, como resultado del enfriamiento de nuestro planeta, lo cual dio origen a la condensación del vapor de agua de la atmósfera, para formar las nubes, cuya precipitación duró millones de años. La humedad atmosférica y los cambios de temperatura, alteraron física y químicamente a las rocas terrestres, procesos que produjeron la liberación de sus componentes químicos minerales que se depositaron en los océanos, que se mezclaron con los minerales de las fuentes hidrotermales de los mares; así como una atmósfera reductora -rica en hidrógeno y ausencia de oxígeno libre-, en la que predominaban vapor de agua, metano y amoniaco. Además, existía suficiente energía aportada por la radiación solar complementada por la generada por fuentes hidrotermales en los océanos. 

Una vez presentes las condiciones para la aparición de la vida, los gases atmosféricos con el concurso de la energía solar, interaccionaron químicamente con el agua de lluvia y al precipitar se depositaron en los océanos, en los que se encontraban disueltos los elementos químicos derivados de las rocas, con los que reaccionaron químicamente para formas compuestos orgánicos simples -azúcares, aminoácidos, nucleótidos, etc.-, que luego se combinaron para formar moléculas más complejas, como fueron proteínas, ácidos nucleicos y fosfolípidos. Las nuevas moléculas orgánicas, principalmente los fosfolípidos interaccionaron con el agua, que por su naturaleza química dieron origen a la primera membrana, con la que aparece la célula procariota, dando origen a la vida primitiva hace 3500 millones de años. Con la célula procariota apareció el metabolismo, rasgo esencial que permite definir a la vida como un proceso contradictorio –anabolismo vs catabolismo-, que transforma la materia y la energía que aporta el medio para su desarrollo.

El metabolismo de la vida primitiva era heterótrofo, ya que el océano rebozaba de gran de cantidad de alimento orgánico, producto de la síntesis química natural a partir de compuestos inorgánicos con la participación de la energía, principalmente la solar.

Después de 1000 millones de años, la población bacteriana procariota aumentó exponencialmente, con lo que el alimento orgánico se agotó, entonces, surgió el metabolismo autótrofo, principalmente la fotosíntesis, desarrollada por las cianobacterias, consistente en la combinación del agua y minerales aportados por el océano y el bióxido de carbono aportado por la atmósfera, que con el aporte de la energía del Sol, elaboraron sus propios alimentos orgánicos y, además, liberaron oxígeno. Este en su inicio se combinó químicamente con los metales disueltos en el océano, principalmente el hierro por ser el más abundante, proceso de oxidación que duró millones de años y una vez consumido, el oxígeno molecular se liberó a la atmósfera.

El oxígeno emitido al aire fue letal para la vida primitiva de metabolismo anaeróbico, adaptada a un ambiente en ausencia de oxígeno, pero algunos microorganismos respondieron con un metabolismo aeróbico más eficiente energéticamente.

El oxígeno libre en la atmósfera fue crucial en el desarrollo de formas de vida más complejas, de tal forma que después de otros 1000 millones de años, originó hace 1500 millones de años a las células eucariotas más complejas que sus antecesoras procariotas.

Con la célula eucariota se desarrollaron formas de vida pluricelulares, que después de la glaciación global que produjo la Tierra “bola de nieve”, hace unos 600-700 millones de años, aparecieron formas de vida más complejas, particularmente la fauna de Ediacara en los océanos.

Posteriormente aparecieron los animales que desarrollaron esqueletos resistentes en sus estructuras, que favorecieron su conservación, dando origen a la Eón Fanerozoico –vida visible-, que inicio con la Era Paleozoica, hace 550 millones de años.

La vida seguía siendo acuática, hasta que en el período Ordovícico (490-440) hace unos 450 millones de años, probablemente, por la acción de la tectónica de placas, los océanos se transformaron en continentes, por lo que la vida acuática tuvo que evolucionar en un ambiente continental terrestre, particularmente, las algas, que en su evolución dieron origen a las plantas vasculares.

Con la vida terrestre aparece propiamente el suelo, puesto, que las plantas tuvieron que anclarse en tierra firme, por lo que desarrollaron raíces, que con su fuerza mecánica fragmentaron la roca y con su metabolismo la alteraron bioquímicamente también; así como la materia orgánica acumulada en su área de influencia, sirvió de alimento a microorganismos, que al metabolizarla la convirtieron en humus que al fusionarse con los minerales derivados de la roca, principalmente las arcillas, dieron origen al suelo.

Así pues, la vida y su metabolismo fue el otro actor esencial en la formación del suelo, ya que al igual que sin roca, sin vida no hay suelo. Tanto las rocas como los productos metabólicos de los organismos vivos, constituyen los materiales parentales, a partir de los cuales se forma el suelo, bajo la acción del clima.

Si el suelo se deriva del intemperismo físico-químico y biológico de la roca, sus productos son: compuestos minerales inorgánicos y sustancias orgánicas generadas por el metabolismo de los organismos vivos, por consiguiente, el suelo puede definirse en una primera aproximación como un complejo orgánico-mineral, que se estructura en horizontes.

La vida representa un cambio cualitativo de la materia inorgánica a la materia viva, cambio, resultado de transformaciones cuantitativas graduales que se acumularon durante mil millones de años, desde que la Tierra apareció hace 4500 millones de años hasta hace 3500 millones de años.

Si la materia viva es esa misma materia inorgánica transmutada cualitativamente, entonces, el suelo, se convirtió en medio que aporta nutrientes para el metabolismo de nueva vida.

Como la planta vive del agua y los nutrientes aportados por el suelo, que al metabolizarlos genera muchos desechos orgánicos, que sirven de alimento a muchos microorganismos que viven en el suelo, principalmente microorganismos, que son esenciales en el reciclaje de los componentes del suelo, con lo que hacen posible la continuidad de la vida. Es evidente pues, que el suelo es el sustento de la vida de la vida continental.

1. Composición química de la planta y del cuerpo humano

El metabolismo como rasgo esencial definitorio de la vida en general y de la vida terrestre continental en particular, en su movimiento genera la estructura o anatomía de los organismos vivos; en consecuencia, en el ambiente terrestre continental las plantas que se desarrollaron a partir de las algas, en un principio con tallos desnudos, tuvieron que desarrollar hojas para realizar la fotosíntesis, así como raíces para anclarse en las rocas y para absorber el agua y las sales minerales, que se elevaron por el xilema para alcanzar las hojas, en las que por medio de la energía solar el agua es disociada en hidrogeno y oxígeno. El hidrógeno se combinó químicamente con el bióxido de carbono, para formar la glucosa y, después formar el resto de sustancias vitales al combinarse con los minerales aportados por el suelo y, el oxígeno molecular fue liberado a la atmósfera.

El metabolismo autótrofo produjo una transformación cualitativa revolucionaria de la materia inorgánica en materia viva, al elaborar los compuestos que la planta requería para sus necesidades metabólicas y el excedente sirvió de alimento para los microorganismos que se instalaron en la rizósfera, la cual sirvió de hábitat para los mismos y su desecho metabólico, el humus, se fusionó con los componentes minerales inorgánicos derivados de la roca, principalmente las arcillas, para formar ese complejo orgánico mineral que se estructura en horizontes y que hoy lo conocemos como suelo.

Los microorganismos que viven en el suelo, con su metabolismo autótrofo y heterótrofo, son esenciales por el reciclaje que realizan de los componentes inorgánicos minerales del suelo, que de esta forma sustentan la vida vegetal y ésta sustenta la vida heterótrofa de los animales en general y de la especie humana en particular.

Tanto la arcilla como el humus son coloides, es decir partículas muy pequeñas que han desarrollado nuevas cualidades, destacando una elevada superficie específica y carga eléctrica, predominantemente negativa, la que condiciona la adsorción de iones cargados positivamente, como calcio, potasio, magnesio, hierro, etc.; todos cruciales para el metabolismo de las plantas. En este sentido, ahora se puede definir al suelo como un sistema de naturaleza coloidal, en el que los coloides orgánico-minerales (arcillas y humus) constituyen la fase dispersa que interacciona con el agua que constituye la fase continua del sistema.

El suelo como totalidad desarrolla coloides tanto de carga negativa, como de carga positiva, por consiguiente, desarrolla una propiedad química esencial: la capacidad de intercambio iónico, que se define como la capacidad que tiene el suelo de intercambiar iones entre la fase sólida (arcillas, humus y sesquióxidos de hierro y aluminio) con el agua, propiedad fundamental de los suelos en la que se basa su fertilidad natural para sustentar a las plantas.

Los elementos químicos principales que los medios (suelo y aire) aportan para el metabolismo de los vegetales, se muestran en el siguiente cuadro.

Cuadro 1. Composición química del tejido vegetal

En el cuadro anterior, se observan los elementos químicos que constituyen el tejido vegetal. En total son dieciséis, los cuales son aportados por el medio ambiente (aire y suelo) y, con el concurso de la energía aportada por el Sol, se combinan químicamente, para transformarse en compuestos orgánicos en las plantas.

Los vegetales constituyen el primer eslabón en la cadena alimenticia trófica, que sirven de alimento a los animales de metabolismo heterótrofo. Como la especie humana también es de metabolismo heterótrofo, por consiguiente, al igual que los animales, no tiene la capacidad de elaborar sus propios alimentos, en consecuencia, depende del aporte de los mismos, de las plantas y de los animales.

En el cuadro que sigue se ilustra la cualidad y la cantidad de los elementos químicos del cuerpo humano.

Cuadro 2. Composición química del cuerpo humano

   

Es evidente en el cuadro anterior, la existencia de una coincidencia entre la composición química de los vegetales y la del cuerpo humano, lo cual es razonable, ya que la especie humana, así como los animales dependen de las plantas para su alimentación.

2. Origen de los elementos químicos

Pero de ¿Dónde se originan los elementos químicos que integran la composición química de las plantas y de los animales, particularmente de la especie humana? Para responder a esta interrogante, hay que remontarse a las estrellas, pues, es en ellas en las que se sintetizaron los elementos químicos, que posteriormente, interaccionaron químicamente, para dar origen al Sol y su "familia" de planetas, luego a la vida en la Tierra y finalmente a la especie humana.

La importancia de las estrellas en la producción de elementos químicos se observan en la siguiente imagen.

Imagen 1. Elementos químicos de la tabla periódica y su origen

En la imagen anterior, se observa que el hidrógeno y el helio son generados durante el Big Bang y son los principales componentes químicos de las estrellas de primera generación, que dependiendo de su tamaño producirán diferentes elementos químicos. En este sentido, si se trata de estrellas relativamente pequeñas, como nuestro Sol de color amarillo, solo generarán carbono, nitrógeno, oxígeno, neón y azufre. El resto de elementos químicos naturales más pesados son sintetizados por estrellas grandes y supernovas. Adicionalmente, se aprecia, que el Litio, Berilio y Boro, son producidos por la acción de los rayos cósmicos de naturaleza estelar; así como los elementos químicos artificiales sintetizados por el hombre.

En lo que respecta a nuestro Sol está en su primera fase de desarrollo, en la que utiliza el hidrógeno como combustible, que al fusionarlo se transforma cualitativamente en helio y en radiación solar que nos llega y es la fuente de energía para la fotosíntesis. Cuantitativamente cada segundo nuestro Sol quema 564 millones de toneladas de hidrógeno para convertirlas en 560 millones de toneladas de helio y 4 millones de toneladas energía solar.

Como el hidrógeno del Sol es finito, en unos 4500 millones de años se agotará, entonces nuestra estrella se comprimirá por la fuerza de gravedad, lo que causará aumento de temperatura, que según Ruíz (2017) será de alrededor de 100 millones de grados centígrados, suficientes para que entre en reacción el helio y por fusión se transformará cualitativamente en carbono y energía que enviará para otros procesos, porque la vida en la Tierra se extinguirá –si es que todavía existe-, ya que el incremento de la temperatura hará que nuestro Sol se expanda y se convierta en una gigante roja, que absorberá a los planetas más cercanos –Mercurio y Venus- y la Tierra quedará tan cerca, a tal grado que la temperatura será muy elevada, con lo que los océanos hervirán y con ello la vida tal como se conoce en nuestro planeta se extinguirá. El Sol una vez agotado su helio, una vez más se contraerá y nuevamente su temperatura crecerá, pero dada su relativa pequeñez, no será suficiente para fusionar el carbono, que requiere 600 millones de grados centígrados. A partir de este momento nuestra estrella se irá extinguiendo hasta convertirse en una “enana” blanca –“cadáver” del Sol- que previamente habrá expulsado al exterior sus materiales externos, para integrarse en las nubes cósmicas, que por fuerzas de atracción iniciarán otro ciclo en la formación de nuevas estrellas. Por consiguiente, la síntesis de elementos químicos más pesados: desde el oxígeno hasta el hierro, será necesaria la participación de estrellas de tamaño mediano, que sucesivamente se irán comprimiendo para generar las temperaturas de fusión, primero los 600 millones de °C que requiere la fusión del carbono para generar oxígeno y, luego temperaturas de miles de millones de °C, para producir la fusión de elementos químicos más pesados hasta el hierro. Después del hierro, ya no se libera energía, por lo que a partir del cobalto y hasta el uranio, se sintetizan por la explosión violenta de estrellas muy grandes (supernovas), que al aumentar las temperaturas hasta miles de millones de °C, hacen posible la producción de los elementos mencionados.

Así pues, son las estrellas las que sintetizan los elementos químicos que van desde litio hasta el uranio y con ello aparece propiamente la cosmoquímica y su posterior transformación en geoquímica –química de la Tierra- y bioquímica –química de la vida-.


3. Origen del sistema solar

Como nuestro Sol y su "familia" de planetas contienen los 92 elementos químicos naturales, por consiguiente, es evidente, que nuestro Sol es una estrella de segunda generación –las de 1ª generación está formadas por hidrógeno y helio-, cuya materia que lo forma a él y a su "familia" de planetas, fue resultado de la explosión de estrellas grandes que sintetizaron los elementos químicos pesados y los diseminaron en el espacio. Después por acción de fuerzas gravitacionales de atracción los materiales cósmicos se comprimieron, hasta que las elevadas presiones y temperaturas de más de 10 millones de grados centígrados, hicieron posible la fusión del hidrógeno para formar helio y energía (calor), que con su repulsión contrarrestó a la fuerza de gravedad y en ese momento nuestro Sol empezó a brillar como una estrella, en la que los planetas que lo orbitaban se distribuyeron de acuerdo con su densidad: en las cercanías los planetas rocosos, más densos (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) y a mayor distancia, los planetas con elementos químicos más ligeros, principalmente hidrógeno y helio, que dada la lejanía, se encuentran congelados.

Un aspecto importante de nuestro planeta, es su posición espacial respecto al Sol: no se encuentra ni muy lejos, ni muy cerca, ubicación que permite la coexistencia del agua en sus tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso, con la predominancia del líquido almacenado en el océano global primitivo, el cual fue crucial para el origen de la vida.

La posición espacial del Sol y su “familia” de planetas, se presenta en la imagen que sigue.

Imagen 2. Distribución espacial del Sol y su “familia” de planetas

La Tierra, al igual que el Sol y el resto de los planetas se formó hace 4500 millones de años. Según Hazen (2015), el origen de nuestro planeta fue catastrófico, resultado de innumerables impactos de meteoritos y asteroides de diversos tamaños y su posterior fusión de sus materiales, hasta alcanzar una tamaño que permitió retener una atmósfera. La frecuencia de los impactos, así como una intensa actividad volcánica, se encontraba en estado de fusión, por las temperaturas –en su inicio de unos 5000 mil C°-, que posteriormente por enfriamiento se formó una corteza sólida superficial. Primero de naturaleza basáltica que cubrió todo el planeta. En seguida, dado el continuo enfriamiento, el vapor de agua se condensó para dar origen a las nubes, las cuales produjeron lluvias durante millones de años, para dar origen a un océano que cubría a la superficie terrestre. Como la corteza basáltica selló la superficie de nuestro planeta, por consiguiente, se acumuló el calor interno de la Tierra y con el concurso del agua líquida del océano, se produjo la fusión del basalto, que al interaccionar con el agua y los minerales disueltos, se transformó en una roca granítica, que al ser menos densa se elevó por encima de la corteza basáltica para dar origen a los continentes.

4. Origen de la vida

En los primeros 500 millones de años, de existencia de la Tierra, durante el Eón Hádico (4500-3800 millones de años), ya estaban dadas las condiciones necesarias, para el surgimiento de la vida, como se observa en la imagen siguiente.

Imagen 3. “Ingredientes” de la vida

En la imagen anterior, es evidente que los ingredientes de la vida eran: presencia de energía solar abundante, atmósfera reductora -rica en hidrógeno y ausencia de oxígeno-, cuyos gases principales eran el vapor de agua (H2O), amoniaco (NH3) y metano (CH4); todos de efecto invernadero; continentes formados de roca granítica; y, océanos, los cuales se transformaron en verdaderos "laboratorios" en los que se sintetizaron una gran diversidad de moléculas orgánicas, esenciales para el origen de la vida.

El tránsito de la materia inorgánica a la materia orgánica y después a la materia viva, siguió el siguiente proceso:

La humedad atmosférica (el agua), mediante la energía aportada por el Sol, reaccionó químicamente con el metano y el amoniaco, para sintetizar compuestos orgánicos simples, que se depositaron en los océanos, en los que interaccionaron con los minerales aportados por los continentes y/o fuentes hidrotermales, que a través de la polimerización dieron origen a compuestos orgánicos más complejos: lípidos, particularmente, fosfolípidos; proteínas y ácidos nucleicos; compuestos, que al interaccionar con el agua de los océanos, principalmente, los fosfolípidos, dieron como resultado la formación de la membrana nuclear, con lo que apareció propiamente la primera célula procariota y, con ella la vida primitiva, hace 3500 millones de años, cambio cualitativo que implicó el inicio del Eón Arcaico (3500-2500 millones de años).

Con la vida primitiva surgió su rasgo esencial definitorio, que consiste en transformar la materia y energía que aportaba el medio para su desarrollo. En una condición de abundante alimento orgánico depositado en los océanos, producido en forma natural por procesos químicos, similares a los que formaron los compuestos orgánicos que dieron origen a la vida, por lo tanto, el metabolismo era heterótrofo, pues no era necesario elaborar el alimento; pero a medida que creció exponencialmente la población bacteriana, el alimento se agotó, por lo que tuvo que aparecer necesariamente el metabolismo autótrofo con las cianobacterias; primero a base de la combinación de sustancias inorgánicas, como el sulfuro de hidrógeno (Canfield, 2016) y después, con el agua aportada por el océano que se combinó químicamente con el bióxido de carbono, para producir glucosa y la liberación de oxígeno libre a la atmósfera, hace unos 2500 millones de años. La fotosíntesis, fue la respuesta metabólica a la falta de alimento orgánico y significó e inauguró un nuevo Eón: el Proterozoico (2500-550 millones de años).

La vida primitiva se originó en una ambiente anaeróbico, es decir, en ausencia de oxígeno, ya que en una atmósfera aeróbica, el oxígeno hubiera inmediatamente oxidado a los primeros compuestos orgánicos, con lo que la aparición de la vida hubiera sido imposible.

Durante 1000 millones de años el oxígeno producto de la fotosíntesis fue liberado primero al océano y por tratarse de un elemento químico muy reactivo, se combinó con los elementos metálicos disueltos en los océanos, principalmente el hierro, para formar óxidos de hierro. Una vez agotada la oxidación de los metales disueltos en los océanos, tuvo que liberarse a la atmósfera en su forma molecular (O2).

La presencia del oxígeno en la atmósfera y su disolución en los océanos fue crucial para el desarrollo de vida más complejo. Antes de su aparición, el metabolismo era anaeróbico, en las nuevas condiciones, el oxígeno resultaba letal para la vida anaeróbica, por lo que muchas bacterias se extinguieron y otras se refugiaron en ambientes anaeróbicos. Otras se vieron obligadas a evolucionar y desarrollaron un metabolismo aeróbico, más eficiente energéticamente que su antecesor, ya que produce 36 moléculas netas de ATP por cada molécula de glucosa oxidada, contrastando con el metabolismo anaeróbico, que por cada molécula de glucosa genera 2 moléculas de ATP, según lo documenta Asimov (1985).

El oxígeno fue crucial para el desarrollo de organismos más complejos, como fue el origen de la célula eucariota, hace unos 1500 millones de años. Con la célula eucariota, aparecen los organismos pluricelulares y al final del Eón Proterozoico, surgió la fauna de Ediacara, en la que probablemente influyó el enfriamiento del planeta, al producirse su congelación, lo que se conoce como Tierra “bola de nieve” hace unos 650 millones de años. De no ser por la tectónica de placas, que generó una intensa actividad volcánica, que rompió la cubierta de hielo que envolvía al planeta, tal vez la vida se hubiera extinguido, pero los volcanes la rescataron, principalmente, por la emisión de grandes cantidades de vapor de agua y bióxido de carbono, ambos de efecto invernadero que calentaron al planeta y lo volvieron a la normalidad.

Después del episodio de la Tierra “bola de nieve” de nieve aparecieron formas de vida más complejas, con estructuras esqueléticas duras a base de minerales resistentes (compuestos principalmente de calcio y silicio)  que favorecieron su preservación, dando origen a un nuevo Eón: el Fanerozoico (550-0 millones de años), cuyas eras son: la Paleozoica (550-250 millones de años), la Mesozoica (250-65 millones de años) y la Cenozoica (65-0 millones de años).

5. Origen del suelo

La Era Paleozoica inició hace unos 550 millones de años con la “explosión cámbrica”, caracterizada por una gran diversidad de formas de vida complejas, en cuya formación fue crucial el oxígeno liberado a la atmósfera por la fotosíntesis, ya que la vida animal tiene como rasgo fundamental, la movilidad espacial, la cual es imposible en ausencia de oxígeno. Además, el oxígeno se incorporó estructuralmente a las nuevas formas de vida para darles mayor estabilidad. En esta era, probablemente por la tectónica de placas, los océanos se cerraron por el choque de placas continentales y se convirtieron en tierras continentales. En estas nuevas condiciones, en el período Ordovícico (490-443 millones de años), según Erickson (1992), hace aproximadamente unos 450 millones de años, la concentración de oxígeno en la atmósfera generó el suficiente nivel de ozono en la capa superior de la troposfera, para proteger la vida terrestre de los dañinos rayos ultravioleta procedentes del Sol y, por primera vez, las plantas alcanzaron y colonizaron tierra firme. Los líquenes, una simbiosis entre algas y hongos, que viven cada uno de los productos del metabolismo del otro, fueron probablemente los primeros en aventurarse sobre la superficie continental. Posteriormente fueron seguidos por los musgos y las hepáticas. El siguiente paso importante fue el desarrollo de un sistema vascular, que condujera el agua desde las raíces a las partes superiores de la planta. La estructura proporcionó a las plantas una fuerza que les permitió mantenerse erguidas. Los primeros musgos, helechos, equisetos -colas de caballo-, fueron las primeras plantas en hacer uso de este sistema. Se desarrollaron verdaderas raíces que permitían a las plantas sobrevivir en tierra seca aprovechando la humedad aportada por la lluvia.

En forma parecida se expresan Margulis y Sagan (1995) al escribir que las algas crecían en aguas poco profundas e iluminadas por la luz solar. De vez en cuando esas zonas se secaban y las algas que podían mantener húmedo su interior, mientras el exterior permanecía seco se encontraban en situación ventajosa desde el punto de vista evolutivo. Sobrevivieron y se multiplicaron para convertirse en los primeros vegetales: formas que apenas se alzaban de la superficie, sin tallos ni hojas, parecidas a los modernos musgos y hepáticas, que no podían soportar su propio peso fuera del agua. Las algas se convirtieron en plantas terrestres conservando el agua en su interior. Hacerse terrestre significaba desarrollar una estructura tridimensional completamente distinta de las primeras formas que permanecían recostadas sobre la superficie. Al usar el oxigeno de la atmósfera liberado por la fotosíntesis, las plantas primitivas desarrollaron un material para la pared celular llamado lignina. Esta lignina, combinada con la celulosa, es lo que da fuerza y flexibilidad a árboles y arbustos. Esa robustez llevó al desarrollo del sistema vascular, que transportaba el agua elevándola desde las raíces y haciendo descender los compuestos orgánicos, desde los extremos de las ramas que se habían modificado para dar origen a las hojas primitivas. Cuando los microorganismos se expandieron y dieron origen a plantas más desarrolladas de tierra firme, en forma de hermosas plantas, los microorganismos invisibles se encontraban por todas partes. La resistencia a la sequía, la producción de lignina y la conquista de tierra firme, probablemente implicaron simbiosis entre microbios y plantas.

Así surgieron las plantas vasculares autótrofas, cuyos elementos químicos los aportaba el agua almacenada en la porosidad existente, entre los minerales derivados del intemperismo físico-químico de las rocas, que luego eran transportados por el xilema a las hojas, en las que por medio de la energía solar se combinaban con el bióxido de carbono aportado por la atmósfera y producían glucosa y la emisión de oxígeno molecular a la atmósfera. Específicamente el proceso fotosintético consistía en la ruptura de la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno molecular por la acción de la energía solar. Con la participación de la radiación solar, el hidrógeno se combinaba con el bióxido de carbono para formar la glucosa y liberación de oxígeno molecular a la atmósfera. La fotosíntesis no solo producía carbohidratos, estos, después se combinaban con el resto de sales minerales disueltas en el agua, para formar los compuestos orgánicos que las plantas requerían para su metabolismo. El excedente se acumulaba en la superficie y, por la acción de la infiltración descendían al interior y añadían a los materiales orgánicos producidos por el metabolismo de las raíces. En el área de influencia de las raíces, conocida como rizósfera, se acumulaba la materia orgánica, en la que servía de alimento de los microorganismos, principalmente bacterias que con su metabolismo produjeron el humus, el cual se fusionaba con los minerales provenientes de las rocas, principalmente las arcillas, para dar origen a un complejo orgánico-mineral de naturaleza coloidal, que interacciona con el agua en el que se encuentra disperso. Es así como surge propiamente el suelo en el período Ordovícico de la Era Paleozoica, hace unos 450 millones de años. Es decir, el suelo es relativamente reciente en comparación con la prolongada historia geológica de nuestro planeta datada en 4500 millones de años.

Así pues, fue la vida la que produjo el "salto" cualitativo, para que los materiales minerales derivados de la meteorización físico-química de la roca, se convirtieran en suelo.

El intemperismo físico-químico y biológico que transformó la roca en suelo, se presenta en la siguiente imagen.

Imagen 4. Meteorización físico-química y biológica de la roca

La meteorización físico-química que fragmenta y altera cualitativamente las rocas antecedió a la vida y fue una de sus condiciones para su origen. Pero una vez que apareció la vida y se extendió en los continentes hace unos 405 millones de años, a través de su metabolismo alteró biológicamente la roca y con la humificación de la materia orgánica produjo el humus, que se fusionó con los minerales derivados de la roca, para dar origen al suelo. En suma, el suelo es el resultado de la meteorización física, química y bioquímica de la roca, tal como se muestra en la imagen anterior.

La secuencia de las etapas por las que pasa la roca y la materia orgánica, para formar el suelo se presenta en la siguiente imagen.

Imagen 5. Sucesión o movimiento (tiempo) de la roca al suelo

En la imagen arriba mostrada, son evidentes las etapas, por las que pasa la roca para convertirse en suelo. El proceso inicia con la roca que es alterada física y químicamente. La meteorización física o mecánica consiste en la fragmentación de la roca principalmente por los cambios de temperatura. Su disminución, si desciende a 0ºC produce la congelación de la humedad atmosférica en el interior de las grietas o fisuras generando su fragmentación en partículas cada vez más pequeñas, del tamaño de gravas, arenas y arcillas. La meteorización biológica es producto del metabolismo, específicamente de sus productos químicos que actúan sobre la roca y la transforman en materia orgánica, que luego es humificada por los microorganismos, para dar origen al componente orgánico del suelo y su secuencia vertical de horizontes A-B-C. El horizonte A superficial, es esencialmente de naturaleza orgánica, ya que se forma en el área de influencia de la rizósfera, en la que se concentran los microorganismos que a través de su metabolismo de la materia orgánica generan el humus; el horizonte B, se caracteriza porque es de naturaleza mineral, principalmente formado por arcillas y sesquióxidos de hierro y aluminio; finalmente el horizonte C, que es la roca “madre” alterada mecánicamente que sobre yace a la roca de la que se forma el suelo.

6. Importancia del suelo en la vida vegetal

Las arcillas y el humus, principales componentes del suelo son partículas coloidales muy pequeñas, que han adquirido nuevas propiedades que las diferencian cualitativamente de sus materiales de origen –rocas y materia orgánica-, destacando una elevada superficie específica y carga eléctrica, propiedades fundamentales de las que dependen la fertilidad de los suelos.

El complejo coloidal arcillo-húmico y su importancia en la fertilidad del suelo se observa en la imagen que sigue.

Imagen 6. Complejo coloidal arcillo-húmico del suelo

 En la imagen se pone en evidencia el origen de los coloides del suelo. Las arcillas son derivadas de la meteorización de las rocas y el humus es generado por el metabolismo microbiano de la materia orgánica. Ambos se fusionan mediante elementos químicos metálicos positivos (calcio, magnesio, hierro y aluminio), dada la carga eléctrica negativa de los coloides. La carga negativa de los coloides arcillo-húmicos, es fundamental para la fertilidad del suelo como se observa en la imagen, ya que permite retener cationes positivos (calcio, magnesio, potasio, hierro, etc.), todos nutrientes que son absorbidos por las plantas para su metabolismo.

En las regiones tropicales de clima cálido húmedo, las lluvias abundantes y las elevadas temperaturas, degradan rápidamente las rocas y la materia orgánica en sus componentes químicos que son lixiviados por el agua más allá de la rizósfera, fuera del alcance de las raíces de las plantas y luego transportados por los escurrimientos y finalmente depositados en los cuerpos de agua continentales y en el océano. El intenso lavado principalmente de calcio, magnesio y potasio; reduce la fertilidad del suelo, ya que únicamente resisten el lavado el hierro y el aluminio, elementos que producen la hidrólisis del agua y su consecuente acidificación. En estas condiciones se formas sesquióxidos de hierro y aluminio de cargas positivas, que tienen la capacidad de retener iones negativos (fosfato, sulfato y nitrato).

En síntesis, el suelo como totalidad, dada su naturaleza coloidal, desarrolla una propiedad química fundamental: la capacidad de intercambio iónico, que consiste en la capacidad del suelo de intercambiar iones entre su fase solida (arcillas, humus y sesquióxidos de hierro y aluminio) y el agua, para hacerlos disponibles para la nutrición de las plantas.

La importancia del suelo para sustentar la vida vegetal se presenta en la siguiente imagen.

Imagen 7. Importancia del suelo para sustentar vida vegetal

En la imagen se aprecia que los medios que aportan nutrientes para la planta, son el suelo y el aire (atmósfera).

De los 16 elementos químicos que la planta requiere para su metabolismo, el suelo aporta 14: macronutrientes: hidrógeno, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre; micronutrientes: cloro, hierro, manganeso, zinc, boro, cobre y molibdeno. El aire solo aporta dos: el carbono y el oxígeno, contenidos en el bióxido de carbono.

En la imagen es evidente que el suelo aporta macronutrientes y micronutrientes, que cuantitativamente rebasan  en mucho, al bióxido de carbono que aporta la atmósfera, compuesto que solo contiene carbono y oxígeno.  Es decir, cuantitativa y cualitativamente el suelo es más importante en su aporte de nutrientes al metabolismo de los vegetales. Pero aún hay más, el agua junto con los minerales asciende a través del xilema y llega a las hojas, en las que existen los cloroplastos en los que está contenida la clorofila, en cuya estructura está un átomo central de magnesio que aporta el suelo, molécula esencial para la fotosíntesis, proceso foto-químico en que la energía del Sol disocia la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno molecular. El hidrógeno se combina químicamente con el bióxido de carbono aportado por la atmósfera, para producir la glucosa y el oxígeno molecular es liberado al aire. Es decir, el suelo, además, de aportar macro y micro-nutrientes, también aporta hidrógeno al metabolismo de las plantas. Especial mención merece el oxígeno liberado por la fotosíntesis, que aunque está en la atmósfera, se origina del agua del suelo, el cual es fundamental para la respiración, proceso catabólico, sin el cual no hay vida. Esto reafirma la importancia del suelo como sustentador de la vida vegetal que, a partir de la imagen descrita, puede ser definido como el medio que aporta agua y nutrientes para el metabolismo de las plantas.


7. Metabolismo heterótrofo

Hasta ahora se ha fundamentado la importancia del suelo en el metabolismo vegetal, pero no se ha analizado el metabolismo heterótrofo de los animales y de la especie humana. Como los animales dependen para su alimentación de las plantas y las plantas dependen de los minerales aportados por el suelo, por consiguiente, la composición química  de los animales, debe ser similar a la de las plantas. En el mismo sentido cabe opinar de la especie humana, que depende de los vegetales y de los animales para su metabolismo, entonces, su composición química debe ser parecida al de las plantas.

Los elementos químicos de las plantas y el medio que los aporta, se presentan en el cuadro que a continuación se ilustra.

Imagen 3. Composición química del tejido vegetal y el medio que lo aporta

    Fuente: Internet (2017) complementado por Vásquez (2017).

En el cuadro mostrado, es evidente que el suelo es el principal medio que aporta nutrientes para el metabolismo de las plantas, pues de los 16 elementos que la planta necesita, el suelo aporta 14. El aire (atmósfera) solo aporta el carbono y el oxígeno, contenidos en el bióxido de carbono. Lo anterior refuerza una vez más, la importancia del suelo como sustento de la vida vegetal.

Para terminar este apartado es importante mostrar la composición química del cuerpo humano y el medio que lo aporta, la cual se presenta en el siguiente cuadro.

Imagen 4. Composición química del cuerpo humano y el medio que lo aporta

     Fuente: Herrera (2016) complementado por Vásquez (2017).     

En la imagen se observa que la composición química del cuerpo humano es muy similar a la de los vegetales, lo cual es lógico, ya que la especie humana depende de los vegetales para su alimentación y de los animales, que también dependen de las plantas para su nutrición. En lo referente al medio que los aporta, es evidente que el suelo es el que provee la mayor cantidad de los nutrientes y la atmósfera solo aporta el oxígeno y el carbono para el metabolismo de las plantas.

Mención especial merecen los elementos químicos traza, particularmente el hierro que aporta el suelo y que, al ser integrante de la hemoglobina, desempeña una función crucial en la captura del oxígeno en los pulmones y luego transportado por la sangre a todas las células, para el proceso de respiración esencial para la vida.

7. Conclusiones

Tanto la vida general como la especie humana en particular son “hijos” de las estrellas (soles), ya que en sus núcleos se sintetizaron los elementos químicos, que posteriormente por fuerzas contradictorias de atracción vs repulsión dieron origen al Sol y su "familia" de planetas.

La vida antecedió al origen del suelo, puesto que, tanto la roca como la materia viva, en su movimiento se transformaron en suelo. La roca por acción del clima se transformó física y químicamente, para liberar sus componentes minerales que se depositaron en los océanos, originados por la condensación y posterior precipitación del agua de lluvia, que aunados a la combinación de los gases (principalmente amoniaco y metano) con la humedad atmosférica y con el concurso de la energía solar y/o hidrotermal, dio origen a compuestos orgánicos simples y, luego al reaccionar con los minerales derivados de la roca produjo una gran variedad de sustancias orgánicas, que interaccionaron entre sí, se transformaron en compuestos orgánicos más complejos: proteínas, ácidos nucleicos y fosfolípidos, que al interaccionar con el agua de los océanos, principalmente los fosfolípidos, dieron origen a la membrana celular, con lo que apareció una nueva cualidad a partir de la materia inorgánica: la vida. Con la vida apareció el metabolismo, como rasgo esencial definitorio de la vida, el cual fue crucial para la transformación biológica de la roca, que junto con el intemperismo físico químico condicionaron la formación del suelo, hace aproximadamente 450 millones de años, en el período Ordovícico de la Era Paleozoica. Esto significa que sin vida no hay suelo y sin éste no hay vida.

Los minerales derivados de la roca y disueltos en la solución del suelo, son aportados para el metabolismo de las plantas y como de estas dependen los animales y la especie humana para su metabolismo; por consiguiente, el suelo es el que sustenta la vida, ya que es el que aporta la mayor cantidad de nutrientes (macro y micro); en total 14 elementos químicos, de 16 que necesitan los vegetales para su desarrollo. El aire (atmósfera) solo aporta el bióxido de carbono, en el que están contenidos el oxígeno y el carbono, dos nutrientes de 16.

Por tratarse de un complejo orgánico mineral, el suelo se ha convertido en sustentador de la vida autótrofa (vegetales) y la vida heterótrofa (animales y especie humana).

Si bien es cierto que a largo plazo -miles y/o millones de años-, el suelo se mueve cíclicamente, pero a corto y mediano plazo, se trata de un recurso finito, por consiguiente, hay que conservarlo y restaurarlo  para sustentar la vida en general y la vida humana en particular.

8. Bibliografía

Asimov Isaac.1985. Fotosíntesis. Editorial Orbis. S.A. Barcelona, España.

Canfield Donald. 2016. Oxígeno. Una historia de cuatro mil millones de años. Ediciones Culturales Paidós, S.A. de C.V. Barcelona, España.

Erickson Jon. 1992. La vida en la Tierra. Origen y evolución. McGraw-Hill/Interamericana de España. Madrid, España.

Margulis Lynn y Sagan Dorian. 1995. Microcosmos. Tusquets Editores, S.A. Barcelona, España.

Ruíz María Teresa. 2017. Hijos de las estrellas. Un maravilloso recorrido sobre los orígenes del universo y del ser humano. Penguin Random House Grupo Editorial, S.A. Ciudad de México.