DIALÉCTICA MATERIALISTA EN LA SÍNTESIS CIENTÍFICA EN EL SIGLO XXI

Valentín Vásquez

San Andrés Ixtlahuaca, Oaxaca, México

Valentin02111956@gmail. com

 

Introducción

La dialéctica materialista al estudiar las leyes generales que rigen el movimiento de la materia en el universo, constituye el fundamento teórico que orienta los descubrimientos científicos e las ciencias particulares y los generaliza (sintetiza) y, como lo general está parcialmente contenido en los conocimientos, es posible la deducción lógica. Respecto a la contraparte de la deducción: la inducción: esta se mueve de los resultados empíricos obtenidos por las ciencias particulares para elevarlos a principios generales.

Así pues, el concurso de la dialéctica materialista como ciencia filosófica, es indispensable para ordenar, sistematizar y generalizar o sintetizar los conocimientos fragmentarios de las ciencias particulares. En este sentido, las verdades parciales de las ciencias particulares se elevan a la categoría a un mayor grado de generalización y síntesis, siendo así, un peldaño más en el logro de verdades más integras (concretas) en la esfera del pensamiento lógico. En suma, cuando las leyes de la dialéctica materialista se hacen conscientes en la mente de los investigadores y se convierten en un faro que ilumina el proceso de investigación para el logro de nuevos conocimientos científicos, de lo contrario el proceso del conocimiento se mueve a “ciegas” en el complejo mundo de la ciencia.

Este escrito, es un intento de generalizar o sintetizar los descubrimientos más importantes de la Física, Química y Biología alcanzados hasta principios del siglo XXI.

 

1. Marco de referencia dialéctico materialista

El marco de referencia dialéctico materialista está integrado por tres leyes universales de la dialéctica materialista, expuesta entre 1839 y 1886 por grandes pensadores alemanes, entre los que destacan: Ludwig Feuerbach, Karl Marx y Friedrich Engels, quienes invirtieron la dialéctica idealista del gran pensador también alemán, Friedrich Hegel, para depurarla de su “misticismo religioso” y transformarla en materialismo dialéctico (materia en movimiento) cuyas leyes son las siguientes:

1.1.  Ley de la contradicción

Esta ley establece que en el universo todos los procesos son contradictorios tanto en lo material como en su expresión mental (pensamiento). Esta ley es la más importante, ya que la contradicción es la que mueve a la materia y al pensamiento, lo que permite definir a la dialéctica como la ciencia de la contradicción.

1.2.  Tránsito recíproco de la cantidad vs la cualidad

Esta ley es un caso particular de la anterior ley de la contradicción y concibe que en el universo todos los procesos materiales y mentales, se desarrollan en forma gradual (cantidad) y al rebasar cierto rango (medida) se produce un cambio repentino (brusco) cono conocido como salto con el que aparece una nueva cualidad (nuevo proceso). Los cambios cuantitativos (graduales) son acumulativos, mientras no se rebase un límite (medida) y el salto implica la aparición de un nuevo proceso material o mental.

1.3.  Ley de la negación de la negación

Esta ley es la síntesis de las dos anteriores, ya que en el proceso dialéctico la contradicción implica la eliminación de dos adversarios; es decir, se trata de una doble negación para retornar al punto de partida, pero a un nivel superior. De esta ley se deduce que en el universo: todos los procesos son cíclicos y se mueven en espiral, porque no vuelven exactamente al punto de partida. Además, establece que el movimiento (cambio o transformación) de la materia y el pensamiento es de lo simple a lo complejo.

Las tres leyes universales de la dialéctica materialista, son el fundamento teórico de todas las ciencias particulares, ya que lo universal o general está parcialmente contenido en lo particular. Es decir, que todo objeto es la unidad contradictoria de lo general vs lo singular, puesto, que lo particular es solo un eslabón intermedio entre ambos y son fundamentales para el estudio de los procesos materiales y mentales específicos, de todas las ciencias particulares.

Posteriormente en el siglo XX, Lenin hizo otras aportaciones para enriquecer a la dialéctica materialista (materialismo dialéctico), particularmente en su obra: Materialismo y empiriocriticismo (1908) argumenta que definir un concepto es elevarlo a otro de mayor generalidad: por ejemplo, el carbono es un átomo y el átomo es materia, pero para definir el concepto de materia, no se puede seguir el mismo criterio, porque no hay otro concepto de mayor generalidad. En este caso, solo se puede definir a la materia recurriendo a su contraparte: la conciencia. En este sentido la materia puede ser definida como todo lo que existe, a excepción de la conciencia y viceversa. Pero Lenin, no siguió el criterio lógico descrito y definió a la materia como la realidad objetiva que existe independiente de la conciencia que la refleja mentalmente. Esta argumentación es la que utilizó para polemizar con los físicos idealistas de su época que plantearon que la “materia había desaparecido”, con el descubrimiento del electrón en 1897 y demostrarles que la materia como realidad objetiva que existe independiente de la conciencia, seguía siendo válida, por tratarse de una verdad absoluta, resultado de la síntesis de verdades relativas aportadas por la Física, a pesar de que en el siglo XX, se descubrieron otras partículas atómicas: protones, neutrones y quarks.

Es evidente, que, sin el concurso de la dialéctica materialista o materialismo dialéctico, las ciencias particulares en general y la Física en particular se mueven sin “rumbo” en su quehacer científico.

 

2. Física y química

Rodríguez Quintero (2026) documenta que los protones y los neutrones están constituidos por unidades elementales que fueron denominadas como quarks. Son los quarks los que sienten la fuerza fuerte, portada por los gluones (partículas elementales, específicamente bosones sin masa ni carga eléctrica, que actúan como mediadores de la fuerza nuclear fuerte), que mantiene los núcleos ligados y, aunque no pueden ser vistos, constituyen el sustrato elemental de la materia visible.

Se ha alcanzado por el momento, una etapa más en el viaje iniciado por los filósofos atomistas griegos (Leucipo, Demócrito y Epicuro) que imaginaron que el átomo era el elemento último componente de la materia. Hoy se sabe que la realidad es más compleja y que además de protones y neutrones, se estructura de tres parejas de quarks y otras tres parejas formadas, cada una, por un letón neutro y uno cargado. Todas estas partículas elementales interactúan por medio de la fuerza débil, intercambiando tres tipos de bosones W⁺, W^- y Z⁰, o, si poseen carga, por medio de la fuerza electromagnética, intercambiando fotones.

Solo los quarks interaccionan entre sí a través de la fuerza fuerte, intercambiando gluones. Como resultado de la acción fuerte, los quarks se presentan únicamente en forma de combinaciones de dos y tres quarks, los hadrones. De todos los hadrones, solo dos, formados por la pareja de quarks más ligera, se hallan en la naturaleza de forma estable: protón y neutrón. Con estos se obtienen todos los núcleos, estables e inestables, que podemos encontrar, y junto con el leptón cargado más ligero, el electrón, se forman todos los átomos neutros que constituyen a toda la materia, incluyéndonos a nosotros mismos.

Herrera (2016) escribe que, en 1993, Leon Lederman, físico estadounidense, escribió con Dick Teresi La partícula de Dios, un libro de divulgación científica en la que relata brevemente la historia de la física de partículas, comenzando con lo griegos para llegar hasta 1993. El título de este libro se referís al Higgs que en ese tiempo no había sido observado y que escaba a todo intento de verlo. Pero, ¿Qué es el Higgs? Es el campo que faltaba en la tabla de partículas elementales que describe la estructura de la materia. Representa el nivel de profundidad al que se ha llegado en la búsqueda las partículas elementales, de las que se forma toda la materia del universo.

El Higgs descubierto en 2012, se caracteriza por que interacciona con todos los campos de materia y de fuerza que presentan una resistencia al movimiento, es decir, que tienen masa. Los campos de fuerza del fotón y del gluón no tiene masa porque el campo de Higgs no interacciona con ellos. El campo de Higgs permea todo el espacio y cuando toma un valor más bajo de energía, éste es negativo, de tal manera que si uno quisiera anular al campo de Higgs en alguna región sería necesario inyectar energía para lograrlo.

El Higgs es el responsable de dar a las partículas una resistencia al movimiento, pero además podría estar relacionado con la inflación (expansión) cósmica.

Hacyan (2019) explica que, en enero de 2016, un equipo compuesto por más de 1000 científicos y técnicos anunció que, después de un análisis minucioso y comparación con modelos teóricos, tenían la primera evidencia clara de haber detectado una onda gravitacional que había llegado a la Tierra en septiembre del 2015.

Según el autor descrito, la propiedad fundamental de una onda de cualquier tipo -luz, sonido, ola marina, etc.-es transportar energía sin transportar materia.

En resumen, el autor, dice, que “tomando en cuenta que, en la teoría de Einstein, el espacio-tiempo se curva, las ondas gravitacionales se pueden interpretar como… ¡olas en el espacio-tiempo!: unas olas que se propagan a la velocidad de la luz. Algo semejante a las olas en el mar, producidas por el viento o un tsunami, que se propagan a una velocidad de algunos metros por segundo.

¿Cómo se manifestaría la presencia de una onda gravitacional? Siendo olas del espacio, la forma más directa sería por la vibración de algún cuerpo material al paso de la onda, como un corcho que flota en las olas del mar. Pero las olas gravitacionales son extremadamente débiles, ya que la fuerza de la gravedad es muchísimo más débil que la electromagnética.

Si la fuerza de gravedad es tan extremadamente débil con respecto a la electromagnética, ¿por qué es la fuerza dominante a escala astronómica? Por la simple razón de que la gravedad es atractiva y las masas siempre se suman y atraen entre sí, mientras que las cargas eléctricas son tanto positivas como negativas, por lo que la fuerza eléctrica puede ser atractiva, repulsiva o simplemente nula si las cargas se cancelan mutuamente, que es lo que sucede a gran escala. En todos los cuerpos macroscópicos en el universo, en planetas, estrellas o galaxias, hay un balance perfecto entre cargas eléctricas positivas y negativas. La Tierra contiene tantos protones como electrones y su carga eléctrica neta es cero; en cambio las masas de sus protones y electrones se suman para dar una gran masa total que no se anula. Dicho de otro modo, sólo hay masas positivas.

Queda claro, pues, que las ondas gravitacionales que se puedan detectar tendrían que ser generadas por el movimiento de cuerpos astronómicos. En cambio, basta agitar electrones en un pequeño circuito eléctrico para producir ondas electromagnéticas. Evidentemente, no se pueden producir ondas gravitacionales en la Tierra como se producen ondas de radio: sólo podríamos detectar las que provienen del cosmos, como fue lo que sucedió en septiembre de 1915.

 

3. Biología

Margulis y Sagan (1986) escribieron que “la transición biológica entre bacterias y células con núcleo, es decir, entre procariontes y eucariontes es tan repentina que no puede ser explicada en modo alguno por cambios graduales en el tiempo. La división entre bacterias y aquellas células nuevas es realmente la más espectacular que se da en toda la biología. Vegetales, animales, hongos y protistas están basados en el diseño nuclear de la célula, distinción que refleja la herencia común de estos organismos. Juntos, estos grupos forman el superreino de los eucariontes, que difiere radicalmente del mundo bacteriano o superreino de los procariontes (reino Morera). Las nuevas células, que no eran simplemente bacterias más avanzadas, eran mayores y más complejas. Presentaban canales tortuosos de membranas internas, incluyendo la que envolvía el núcleo. En su citoplasma flotaban orgánulos primorosamente empaquetados que utilizaban oxígeno y eran capaces de reproducirse.

Algunos de los eucariontes unicelulares o protistas, como algas que dejaron estructuras orgánicas fósiles, también poseían suspendidos en su citoplasma, paquetes portadores de clorofila capaces de realizar fotosíntesis. Estos componentes celulares fotosintéticos, llamados plástidos, coexistían en las algas o células planctónicas con los componentes utilizadores de oxígeno, las mitocondrias. Igual que las mitocondrias, los plástidos podían autorreproducirse por división directa, a pesar de estar formando parte de una célula protista mayor. Es muy posible, que los plástidos y las mitocondrias representen bacterias que quedaron atrapadas dentro de otras bacterias. La súbita y generalizada aparición de estructuras orgánicas en el registro fósil da fe del gran éxito de las nuevas células, que eran probablemente comunidades entrelazadas de células dentro de otras células, surgidas hace unos 1400 millones de años. Adoptando la forma del primer plancton marino de este mundo, las nuevas células flotaban y se reproducían en la superficie de los antiguos mares. Algunas de ellas murieron y quedaron sepultadas bajo las extrañas formas esféricas y poligonales convirtiendo en fósiles.

Las nuevas células parecen haber sido confederaciones bacterianas. Cooperaron entre ellas y centralizaron las funciones formando un nuevo de gobierno celular. Aquellos advenedizos tenían una organización cada vez más centralizada y sus diversos orgánulos celulares acabaron integrados a una nueva unidad biológica.

Cualquier tipo de célula o tiene núcleo o carece de él; no se da un término medio. La brusquedad de su aparición en el registro fósil, la total discontinuidad entre formas vivas con y sin núcleo y la enigmática complejidad de los orgánulos internos capaces de autorreproducirse hacen pensar que las nuevas células se formaron por un proceso fundamentalmente distinto de la mutación simple o de la transferencia genética bacteriana. El trabajo científico de la pasada década nos ha convencido de que este proceso fue la simbiosis. Procariontes independientes penetraron en el interior de otros para digerir los desechos de la célula que los albergaba; sus productos de desecho eran utilizados, a su vez, como alimento de la célula huésped. Como resultado de esta íntima participación conjunta se establecieron relaciones permanentes: las células de las siguientes generaciones eran células adaptadas a la vida en el interior de otras células. Con el tiempo, estas poblaciones de bacterias que habían evolucionado conjuntamente se convirtieron en comunidades de microorganismos con una interdependencia tan arraigada que llegaron a ser, a efectos prácticos, organismos individuales estables (protistas). La vida había dado otro paso más hacia adelante, hacia el sinergismo de la simbiosis, dejando atrás en entramado de la libre transferencia genética. Se mezclaron organismos separados, creando nuevas unidades que eran superiores a la suma de sus componentes.

La teoría endosimbiótica que explica el origen de las células eucariotas no es nueva. Los biólogos de fines del siglo pasado, utilizando el recién inventado microscopio compuesto, observaron inclusiones de aspecto bacteriano en células vegetales y animales y creyeron que podían ser, o podían haber sido en el pasado, bacterias. Ya en 1893 el biólogo alemán A. Schimper propuso la idea de que las partes fotosintéticas de las células vegetales podían de cianobacterias (o algas azules, como se les llamaba en aquel tiempo). Durante la primera cuarta parte del presente siglo, el anatomista estadounidense Ivan Wallin y el biólogo ruso Konstantin Mereschovsky llegaron, independientemente, a la misma conclusión. En 1910 Mereschovsky, publicó una visión esencialmente moderna sobre el origen de las células eucarióticas a partir de varios tipos de bacterias.

El desarrollo de la genética moderna destacó la importancia del núcleo de la célula eucariota, y en el siglo XX ha sido normal rechazar las teorías de la simbiosis entre células, tachándolas de ridículas y absurdas. Sin embargo, cuando fue posible analizar el DNA, pronto se vio que esta suposición presentaba una debilidad importante: no podía explicar la presencia de DNA en ciertos orgánulos, ni por qué este DNA era parecido al de las bacterias y distinto del contenido en el núcleo.

Una de las ideas más arraigadas es que la evolución es una lucha sangrienta en la que sólo sobrevive el más fuerte. Darwin se habría sorprendido al ver el mal uso que se hacía de sus ideas. El utilizó la frase de Spencer “supervivencia del más apto” refiriéndose no a fuertes músculos, hábitos depredadores o al látigo del patrón, sino al hecho de dejar más descendencia. El mejor, en lenguaje evolutivo, significa el más fecundo. No importa tanto el castigo de la muerte, que es inevitable, como la propagación de la vida, que podría no darse. Se ha hablado mucho más de la competencia, en la que el fuerte es el que vence, que de la cooperación. Pero determinados organismos aparentemente débiles a la larga han sobrevivido al formar parte de colectivos, mientras que los llamados fuertes, que no han aprendido nunca el truco de la cooperación, han ido a parar al montón de desechos de la extinción evolutiva.

Si la simbiosis es tan frecuente e importante en la historia de la vida como parece, habrá que reconsiderar la biología desde el principio.

La historia de la primitiva fase puramente procariota se conserva de manera especial en tres tipos de estructuras intracelulares. Las mitocondrias, los plástidos (cloroplastos) y los undulipodios (cilios y flagelos para la movilidad). Sin ellos no existirían nuestro mundo interior, el mundo que nos rodea ni la insignificante interfase entre estos dos mundos que conocemos como vida humana.

 Con toda complejidad, la célula procariota es una entidad muy sencilla entre las formas de vida; una membrana que rodea algo de citoplasma salpicado por centenares de ribosomas; por el centro, flotando, un cordón libre de DNA, casi puro que almacenas unos 4000 genes. La célula con núcleo, por el contrario, es mayor, más compleja, está sembrada de mitocondrias y plástidos y se mantiene unida por una estructura reticular y por el citoplasma que se mueve alrededor de todas sus estructuras. El DNA del núcleo, en gran parte repetitivo, se encuentra enrollado de manera apretada en los cromosomas que están contenidos en un núcleo limitado por una membrana. Con la capacidad de juzgar y comprender un hecho nos da la visión posterior del mismo, las células eucariotas ahora parecen el producto de la fusión de distintos organismos. Igual que en las empresas constituidas por seres vivos, algunas de etas fusiones empezaron como una tentativa hostil de un organismo para dominar a otro. Pero a lo largo de centenares de millones de años llegaron a estar tan bien armonizadas, tan entrelazadas, que fueron necesarios el microscopio electrónico y el análisis bioquímico para acabar con la ilusión de que la armonía existente entre las distintas partes celulares se había dado siempre.

El primer componente de la empresa celular que proporcionó pistas sobre su origen fue la mitocondria. Presente en casi todas las células con núcleo, está limitada por una membrana proporcionaba a la célula que lo rodeaba abundante energía proveniente del oxígeno del aire. Debido a la presencia de las mitocondrias, todos los seres vivos de la Tierra formados por células con núcleo tienen metabolismos extraordinariamente semejantes. Dejando de lado el metabolismo fotosintético monopolizado por plantas y algas (que es prácticamente idéntico al de las cianobacterias), el metabolismo eucariótico es el mismo en sus detalles fundamentales. Las bacterias, por el contrario, presentan una gama mucho más amplia de variaciones metabólicas que los eucariontes. Se permiten extrañas fermentaciones [oxidación anaeróbica], producen gas metano, “comen” nitrógeno en forma gaseosa directamente del aire, producen energía a partir de glomérulos de azufre, precipitan hierro y manganeso al respirar, queman hidrogeno utilizando oxígeno para producir agua, crecen en agua en ebullición y en aguas con elevadas concentraciones de sales, almacenan energía utilizando el pigmento rojo rodopsina, y así sucesivamente. Como grupo, las bacterias obtienen su alimento y energía con métodos muy ingeniosos, utilizando todo tipo de fibra vegetal y residuos animales como producto inicial. Si esto no fuera así viviríamos sobre un montón cada vez mayor de basura. Nosotros, en cambio, utilizamos sólo uno de muchos diseños metabólicos para la producción de energía, a saber, el de la respiración aeróbica, la especialidad de las mitocondrias.

En las células eucarióticas los restos de moléculas nutritivas fermentadas en el citoplasma, tales como alcoholes y ácido láctico, entran a la mitocondria y pasan por un ciclo de reacciones que implican la intervención de oxígeno y el mismo tipo de cadenas de electrones que se encuentran en las bacterias aeróbicas. Estas reacciones en el interior de las mitocondrias producen la mayor parte de ATP necesario para la mitocondria y el resto de la célula. La oxidación de las moléculas nutritivas origina dióxido de carbono y agua como producto residual.

Las mitocondrias han mantenido muchos misterios respecto a su condición anterior de organismos libres. Aunque se encuentran en el exterior del núcleo de la célula, poseen su propio aparato genético, incluyendo su propio DNA, RNA mensajero, RNA de transferencia y ribosomas encerrados en las membranas mitocondriales. Como el DNA bacteriano, el suyo no está compactado en forma de cromosomas y, a diferencia del cromosoma que se encuentra en el núcleo de la célula en que vive, no está recubierto por ninguna capa de histona (proteína). Las mitocondrias ensamblan proteínas en ribosomas que son muy semejantes a los ribosomas de las bacterias.

Como la mayor parte de las bacterias, y diferencia de la complicada reproducción de las nucleadas, las mitocondrias se dividen en dos para reproducirse, normalmente en momentos distintos cada una e independientemente de la reproducción del resto de la célula.

Todo lo anterior sugiere la explicación de que las mitocondrias fueron en un tiempo pasado bacterias que acabaron ocultándose de manera simbiótica en el interior de células bacterianas mayores. En suelos húmedos del proterozoico o en un tapete microbiano con bacterias verdes o cianobacterias en el que burbujeaban increíbles cantidades de oxígeno contaminante por toda la superficie, forzando a todos los seres vivos a su alrededor, surgió un tipo de bacteria que podía respirar oxígeno por la integración de mitocondrias en su interior.

Quizás unos 100 millones de años después de que las mitocondrias quedaran integradas en las células eucariotas, un nuevo de organismos se unió a ellas en el citoplasma de ciertas células se trató de los plástidos (cloroplastos). Los antepasados de los plástidos (los órganos fotosintéticos de las células con núcleo probablemente fueron ingeridos por eucariontes. Esos antepasados de ser las cianobacterias que se encuentran en todas partes, los mismos seres vivos que, con tanto éxito, tejieron los tapetes microbianos y construyeron los estromatolitos. Ingeridas de manera rutinaria, algunas de estas bacterias resistieron la digestión en el interior de sus hospedadores con sus pigmentos captadores de luz aún activos.

Actualmente, encerrados en el interior de todas las plantas y de muchos protistas, los plástidos llenan la biósfera de nutrientes y oxígeno, una contribución mucho mayor que ninguna otra que hayan podido hacer todos los mamíferos de la Tierra juntos. Los plástidos fabrican alimentos a partir de agua, dióxido de carbono y luz solar.

Los plástidos verde llamados cloroplastos de las plantas y algas verdes son mayores e incluso más parecidos a bacterias que las mitocondrias. Tienen también su propio DNA y RNA mensajero. Sus ribosomas también son del mismo tamaño que los de las bacterias. Como en el caso de las mitocondrias, los plástidos se encuentran aislados del resto de la célula por una membrana. Su DNA, al igual que el DNA bacteriano, carece de la histona que se encuentra mezclado con el DNA de los cromosomas. También se divide directamente en dos, como las bacterias. Y el DNA, RNA y proteínas que producen estos orgánulos son extraordinariamente semejantes a los de las bacterias, especialmente a los de las cianobacterias.

Los nuevos eucariontes se habían diversificado, y ahora algunos tenían dos mecanismos básicos: la respiración y la fotosíntesis. Los que además adquirieron la capacidad de nadar fueron prácticamente imparables y en su expansión hacia ambientes compatibles cada vez más lejanos. No es sorprendente que, en forma de algas y fitoplancton, empezaran a dominar los océanos y otros lugares húmedos del mundo. Lo cierto es que siguieron evolucionando hasta el punto de dejar el agua, ocupar la tierra y acabar siendo las plantas primigenias del macrocosmos.

Respecto a la esencia de la vida, los autores citados, escriben que la vida, ese sistema acuático de macromoléculas basadas en el carbono, es autopoyesis reproductiva, es decir se trata de un sistema capaz de mantenerse y reproducirse por sí mismo. La visión autopoyética es circular. La vida es una máquina metabólica que no sólo se reproduce, sino que almacena información intensamente y la utiliza para poder resistir su propia desintegración.

Para James Lovelock, la mejor representación de la vida en la Tierra, es un sistema ambiental que se auto mantiene y la denominó Gaia, vocablo griego para desinar a la Diosa griega de la Tierra. Se trata de un superorganismo constituido por toda la vida en la Tierra, mantiene la composición del aire y la temperatura de la superficie del planeta, regulando las condiciones para la permanencia de la vida. El medio ambiente de nuestro planeta es producto de la vida y es controlado por ella, en la misma proporción que la vida es producto del medio ambiente y está influenciada por él. Según la idea de Lovelock, la hipótesis Gaia, la biota terrestre, en la cual está incluida la especie Homo sapiens, autopoyética: reconoce, regula y crea las condiciones necesarias para su continua supervivencia.

Capra (1996) en lo concerniente a la hipótesis Gaia, cita a Lovelock:

“La atmósfera terrestre es una extraordinaria e inestable mezcla de gases y, sin embargo, yo sabía que se mantenía constante en su composición durante largos períodos de tiempo. ¿Podría ser que la vida sobre la Tierra no sólo estuviese haciendo la atmósfera, sino que además la estuviese regulando, manteniéndola en una composición constante y a un nivel favorable para los organismos?

El proceso de autorregulación es la clave de la idea de Lovelock. Sabía por los astrofísicos que el calor del Sol se ha incrementado en un 25% desde el inicio de la vida sobre la Tierra y que, a pesar de dicho aumento, la temperatura en la superficie de la Tierra se ha mantenido constante, a un nivel confortable para la vida, durante estos cuatro mil millones de años. ¿Y si la Tierra fuese capaz de regular su temperatura -se preguntó- así como otras condiciones planetarias (la composición de su atmósfera, la salinidad de los océanos, etc.) , al igual que los organismos vivos son capaces de autorregularse y mantener constante su temperatura corporal y otras variables vitales? Lovelock se dio cuenta de que su hipótesis equivalía a una ruptura radical con la ciencia convencional:

Considerad la teoría Gaia como una teoría alternativa a la creencia convencional que ve a la Tierra como un planeta muerto, hecho de rocas inanimadas, océanos y atmósfera, meramente habitado por vida. Considerarlo como un sistema real incluyendo toda su vida y todo su entorno, íntimamente acoplados para formar una entidad autorreguladora.

Por aquel entonces, Lovelock no tenía ni idea de cómo la Tierra podía regular su temperatura y la composición de su atmósfera, exceptuando que sabía que los procesos autorreguladores involucrar organismos de la biósfera. Tampoco sabía que organismos producían que gases. Al mismo tiempo, no obstante, la microbióloga norteamericana Lynn Margulis estaba estudiando los mismos procesos que Lovelock necesitaba comprender: la producción y eliminación de gases por diversos organismos, incluyendo especialmente la miríada de bacterias del suelo terrestre.

Los antecedentes científicos y las respectivas áreas de experiencia de Lovelock y Margulis resultaron ser una combinación ideal. Margulis estaba en condiciones de aclarar a Lovelock muchas cuestiones en relación con los orígenes biológicos de los gases atmosféricos, mientras que Lovelock aportaba conceptos de química, termodinámica y cibernética a la emergente teoría Gaia. Así, los dos científicos pudieron desvelar gradualmente una compleja red de bucles de retroalimentación -supusieron– era la responsable de la autorregulación del planeta.

La capacidad primordial de estos bucles de retroalimentación consiste en vincular sistemas vivos con sistemas no vivos. No podemos ya pensar en rocas, animales y plantas separadamente. La teoría Gaia demuestra que existe una íntima relación entre las partes vivas del planeta (plantas, animales y microrganismos) y las no vivas (rocas, océanos y atmósfera).

Según la teoría Gaia, el exceso de dióxido de carbono en la atmósfera es absorbido y reciclado en un extenso bucle de retroalimentación que incluye la erosión de las rocas como elemento clave.

En el proceso de erosión de las rocas, éstas se combinan con el agua de lluvia y con el dióxido de carbono para formar compuestos químicos, llamados carbonatos. El dióxido de carbono es pues retirado de la atmósfera y disuelto en soluciones líquidas. Estos son procesos puramente químicos, que no requieren la participación de organismos vivos.

Los carbonatos son luego arrastrados a los océanos donde unas minúsculas algas, imperceptibles a simple vista los absorben para construir sus delicadas cáscaras de carbonato cálcico. Así, el dióxido de nitrógeno que estaba en la atmósfera acaba convertido en cáscaras de estas diminutas algas. Estas, además, absorben directamente dióxido de carbono del aire para la fotosíntesis.

Cuando las algas mueren, sus cáscaras de carbonato de calcio precipitan al fondo de los océanos, donde forman sedimentos masivos de piedra caliza (otra forma de carbonato cálcico). Debido a su enorme peso, estos sedimentos de caliza se hunden gradualmente en el manto terrestre donde se funden, llegando incluso a desencadenar los movimientos de las placas tectónicas. en realidad, parte del dióxido de carbono contenido en las rocas fundidas será reenviado a la atmósfera por los volcanes para iniciar otra vuelta en el gran ciclo de Gaia.

El ciclo entero -que vincula volcanes, erosión de rocas, bacterias del suelo, algas oceánicas, bacterias del suelo, algas oceánicas, sedimentos de caliza y de nuevo volcanes- actúa como un gigantesco bucle de retroalimentación que contribuye a la regulación de la temperatura. A medida que el Sol aumenta su temperatura, la acción de las bacterias se ve estimulada, con lo que el proceso de erosión de las rocas se incrementa, lo que significa también una mayor absorción del dióxido de carbono de la atmósfera y el consecuente enfriamiento del planeta. Según Lovelock y Margulis, similares ciclos de retroalimentación -que comprenden plantas y rocas, animales y gases atmosféricos, microorganismos y océanos- regulan el clima de la Tierra, la salinidad de los océanos y otras importantes constantes planetarias.

La teoría contempla la vida de un modo sistémico, uniendo geología, microbiología, química atmosférica y otras disciplinas, cuyos especialistas no están acostumbrados a comunicarse entre sí. Lovelock y Margulis desafiaron los conceptos establecidos de que éstas son disciplinas separadas, que las fuerzas de la geología marcan las condiciones para la vida sobre la Tierra y que los animales y plantas son meros pasajeros que hallaron, por pura casualidad, las condiciones adecuadas para su evolución. Según la teoría Gaia, es la vida la que crea las condiciones aptas para su propia existencia.

Cuando las plantas absorben materia inorgánica del medio para producir compuestos orgánicos y éstos circulan a través del ecosistema para servir de alimento de los procesos de producción de estructuras más complejas, toda la red se regula a través de múltiples bucles de retroalimentación. Continuamente mueren componentes individuales de la red alimentaria, que son descompuestos y reemplazados por los procesos de transformación de la red.

La Tierra está cubierta con una fina película de organismos vivos –la biósfera- que profundiza en los océanos unos diez mil metros y asciende otro tanto en la atmósfera. Así pues, la parte viva de Gaia no es más que una delgada capa que rodea al globo.

Al igual que la corteza del árbol protege su fina capa de tejido vivo, la vida sobre la Tierra está rodeada por la capa protectora de la atmósfera, que nos resguarda de la radiación ultravioleta y de otras influencias perjudiciales, manteniendo al mismo tiempo del planeta en el punto justo necesario para el florecimiento de la vida. Ni la atmósfera sobre nuestras cabezas, ni las rocas bajo nuestros pies, están vivas, pero ambas han sido considerablemente moldeadas y transformadas por los organismos vivos, exactamente igual que la corteza y la madera del árbol. Tanto el espacio exterior como el interior de la Tierra son parte del medio de Gaia.

Según la teoría Gaia, la atmósfera de la Tierra está creada, transformada y mantenida por los procesos metabólicos de la biósfera. Las bacterias juegan un papel crucial en dichos procesos, influyendo en la proporción de reacciones químicas y actuando, así como equivalente de las enzimas en una célula. La atmósfera es semipermeable -al igual que la membrana de una célula- y forma parte de la red planetaria.

El sistema Gaia es también claramente autogenerador. El metabolismo planetario convierte sustancias inorgánicas en orgánicas y materia viva, restituyéndolas después al suelo, a los océanos y al aire.

Finalmente, el sistema Gaia es evidentemente autoperpetuante. Los componentes de los océanos, suelo y aire, así como los organismos de la biósfera, son continuamente reemplazados por los procesos planetarios de producción y transformación.

Así pues, parece que la evidencia del sistema Gaia como red autopoiética es irrefutable.

La confianza de Margulis en la idea de una red planetaria autopoiética se basa en tres décadas de trabajo de vanguardia en microbiología. Para comprender la complejidad, diversidad y capacidad de organización de la red de Gaia, resulta absolutamente indispensable una profunda comprensión del microcosmos, es decir, de la naturaleza, extensión, metabolismo y evolución de los microorganismos.

La vida sobre la Tierra apareció hace aproximadamente tres mil quinientos millones de años. Durante los primeros dos mil millones, el mundo vivo consistió únicamente de microrganismos. En los primeros mil millones de evolución, las bacterias -la forma más básica de vida- cubrieron el planeta con una intrincada red de procesos metabólicos y empezaron a regular la temperatura y la composición química de la atmósfera, algo que fue favorable para la evolución de formas superiores de vida.

Las plantas, los animales y los seres humanos son los recién llegados a la Tierra, habiendo emergido del microcosmos, hace menos de mil millones de años. Incluso hoy, los organismos vivos visibles funcionan sólo gracias a sus bien desarrolladas conexiones con la red de vida bacteriana. “Lejos de haber dejado atrás a los microorganismos en alguna escalera evolutiva”, escribe Margulis, “estamos rodeados y compuestos a la vez por ellos. Debemos a nosotros mismos y a nuestro entorno como un mosaico evolutivo de vida micro cósmicas”

Durante la larga historia de la evolución de la vida, se ha extinguido más del 99% de todas las especies que han existido, pero la red bacteriana ha sobrevivido, perseverando en su regulación de las condiciones aptas para la vida sobre la Tierra, como lo había hecho a lo largo de los tres mil millones de años precedentes.

Miríadas de bacterias que habitan en el suelo, las rocas y los océanos, así como en el interior de todas las plantas, animales y seres humanos, regulan continuamente la vida sobre la Tierra.

Margulis (2001) explica que, para entender los sistemas biológicos es importante precisar que la reducción es equivalente a la adición de átomos de hidrogeno, mientras que la oxidación equivale a sustraerlos. Por ejemplo, en las bacterias fijadoras de nitrógeno, el nitrógeno se reduce a amoniaco (NH₃) mientras que la fuente de hidrogeno se oxida.

Desde el siglo XIX, cuando empezaron a ser observadas con claridad por el microscopio, se sospechaba que las cianobacterias habían evolucionado a partir de las bacterias anaeróbicas fotosintéticas y, hoy en día hay bastantes hechos que apoyan esta conjetura. En 1975 un grupo de microbiólogos israelíes estuvo trabajando en el lago Solar, en el desierto del Negev. Es éste un pequeño lago artificial en donde el agua caliente, a diferencia de lo que ocurre en la mayoría de lagos, es la más profunda. En el curso de sus estudios descubrieron el organismo filamentoso Oscillatoria limnetica. Esta hermosa cianobacteria, cuyo nombre responde a su movimiento por deslizamiento, resultó ser un fósil viviente, un eslabón perdido entre las bacterias anaeróbicas fotosintéticas del azufre y las cianobacterias: si se haya en un ambiente donde la concentración de sulfhídrico es alta y la de oxígeno baja actúa como bacteria anaeróbica fotosintética y en vez de utilizar el agua como donante principal de hidrogeno en la fotosíntesis, revierte a su forma ancestral y utiliza el sulfhídrico. Después del descubrimiento de Oscillatoria limnetica los científicos descubrieron rápidamente que muchas otras cianobacterias pueden revertir al “modo anaeróbico” de fotosíntesis si se las coloca en las condiciones apropiadas. Pero a diferencia de los fotosintetizadores anaeróbicos las cianobacterias tienen dos clases de centros de reacción, y esto es lo que les permite romper las moléculas de agua para obtener hidrogeno.

La innovación que aportaron las cianobacterias consistió en un nuevo tipo de centro de reacción y de las enzimas y proteínas asociados, llamado fotosistema II.

Todas las plantas, algas y cianobacterias, es decir todos los fotosintetizadores que liberan oxígeno, contienen estos dos fotosistemas enlazados. No se conoce ningún organismo que contenga sólo el fotosistema II, aunque todos los fotosintetizadores anaeróbicos contienen sólo el fotosistema I, lo que sugiere que éste evolucionó primero y que la fotosíntesis oxigénica evolucionó sólo después de que el fotosistema I funcionara bien. Los fotosistemas combinados ganaron más moléculas de ATP que el fotosistema I solo y así las cianobacterias son fotosintetizadores más eficientes que sus antepasados anaeróbicos. Precisamente esta eficiencia y el acceso a la más importante fuente de hidrogeno del planeta (el agua) serían las causas de que las cianobacterias alcanzaron un desarrollo espectacular. Una vez combinados los átomos de hidrogeno del agua con el dióxido de carbono para formar compuestos orgánicos, las cianobacterias eliminan las moléculas de oxígeno residuales. La acumulación de los desechos de estos microorganismos constituyó el comienzo de la revolución del oxígeno.

Aunque existen ciertas variaciones de detalle entre las distintas especies de microorganismos, la respiración aeróbica puede describirse como una combustión controlada que rompe moléculas orgánicas y produce dióxido de carbono y agua, compuestos poco energéticos. La energía liberada se aprovecha para producir ATP. La fermentación [respiración anaeróbica] de una molécula de azúcar [glucosa] produce dos moléculas de ATP; la respiración aeróbica de la misma molécula de azúcar hasta 36 moléculas de ATP. Es evidente la mayor eficiencia energética de la respiración aeróbica.

Las cianobacterias fueron probablemente los primeros organismos que usaron oxígeno en la respiración, oxígeno producido por ellas mismas y con el cual tenían que hacer algo. Se diferencias de otros organismos aeróbicos en que solamente respiran en la oscuridad, aparentemente porque utilizan la misma maquinaria molecular para la cadena de transporte de electrones respiratoria y la cadena de transporte de electrones fotosintética; los componentes compartidos no se pueden utilizar simultáneamente en ambas vías y por lo tanto, como la fotosíntesis se produce en la luz, la respiración ha de producirse en la oscuridad. En las algas y en las plantas, que evolucionaron más tarde, los dos procesos pueden darse al mismo tiempo porque se producen en diferentes partes de la célula, la fotosíntesis se produce en los cloroplastos mientras que la respiración consume el oxígeno excretado en las mitocondrias.

Al generar oxígeno en la fotosíntesis y consumirlo en la respiración, las cianobacterias, literalmente, encontraron su lugar bajo el sol. Con la luz del sol, unas pocas sales que siempre se hallan en el agua, y dióxido de carbono en la atmósfera, podían producir todo lo que necesitaban; ácidos nucleicos, proteínas y vitaminas.

Finalmente, muchas cianobacterias coloniales o filamentosas conservaron la fijación del nitrógeno en su estrategia metabólica y desarrollaron grandes células llamadas heterocistos (otras células) que se especializaron en la fijación del nitrógeno atmosférico. Tales células no son una excepción al principio que establece que la fijación del nitrógeno sólo es posible en condiciones anaeróbicas, porque las espesas paredes de los heterocistos están diseñadas para excluir el oxígeno y no realizan fotosíntesis oxigénica. De hecho, basan su alimentación en las moléculas que difunden procedentes de las células fotosintéticas vecinas.

Los tremendos cambios evolutivos que condujeron a la aparición de los animales y plantas tenían aún que producirse, pero las cianobacterias oxigénicas habían preparado ya el terreno para ello. Los animales, por ejemplo, no hubieran podido aparecer antes que el oxígeno y los alimentos producidos fotosintéticamente, de los que son totalmente dependientes. Sin embargo, la preparación del terreno en sí misma no era suficiente. Ni los animales ni las plantas hubieran podido evolucionar hasta que el tipo de célula del que están hechos, la célula eucariota, hiciera su aparición.

Respecto al origen de las células eucariotas, la autora cree que varios microorganismos se unieron, primero por casualidad y, después, formando asociaciones más estables. Con el paso del tiempo y conforme la presión evolutiva favorecía dichas uniones simbióticas, los microorganismos simbiontes llegarían a estar unidos permanentemente en un nuevo tipo de célula formada por componentes interdependientes entre sí. Según esta teoría tres tipos de orgánulos (mitocondrias, plástidos y undulipodios) vivieron anteriormente como procariontes independientes, idea que explicaría el porqué de la diferencia de materiales genéticos.

La autora considera que el núcleo de las células eucariotas surgió para proteger al material genético (DNA) de la reacción oxidante del oxígeno. Las membranas de los eucariontes, al igual que las de los procariontes, se componen de proteínas y lípidos, pero las membranas de los eucariontes contienen además una serie de lípidos que no se encuentran en la mayoría de los procariontes. Entre estos se encuentran los compuestos por varios anillos fusionados denominados esteroides. Los esteroides requieren oxígeno para su síntesis, de modo que, utilizando pequeñas cantidades de este gas para sintetizar esteroides, las células eucariotas podían mantener el oxígeno lejos de su material genético. La necesidad de esta segregación explicaría por qué los esteroides se seleccionaron inicialmente. Más adelante le serían útiles a la célula eucariota de muchas otras maneras. Por ejemplo, debido a que las membranas eucarióticas contienen esteroides que “lubrican” las proteínas de las membranas, tales membranas son flexibles, se rompen y fusionan fácilmente, forman vesículas y envuelven orgánulos.

Cualquiera que fuera su origen, la membrana nuclear tuvo probablemente una influencia directa en el desarrollo de los cromosomas que son complejos de ADN y proteínas densamente enrollados. Los grupos fosfato de las cadenas de del ADN tienden a ionizarse negativamente y a repelerse unos a otros. Por lo tanto, podría esperarse que el ADN no tolerara un empaquetamiento denso. Sin embargo, el fluido del núcleo tiene una concentración de iones sodio notablemente superior al del resto de la célula y los iones de sodio positivos tiende a neutralizar los grupos fosfato que de otro modo se repelerían mutuamente. De esta manera, el ambiente especial encerrado en la membrana nuclear puede haber favorecido la formación de cromosomas. Actualmente, en la mayoría de los eucariontes la carga negativa de las moléculas de DNA es neutralizada por la carga positiva de las proteínas cromosómicas denominadas histonas.

Todas las enzimas respiratorias de los eucariontes se hallan en las mitocondrias, que son potentes generadores de ATP, por lo tanto, la evolución de las mitocondrias incrementó la eficiencia de la generación de energía en el interior de la célula.

A diferencia de los procariotas, que pueden fermentar muchos compuestos orgánicos diferentes e incluso extraer energía de ciertos compuestos inorgánicos, todos los eucariontes respiradores obtienen la energía de forma muy parecida. Normalmente el metabolismo empieza en el citoplasma, donde moléculas alimenticias, como la glucosa, son fermentadas formando ácido pirúvico. Las moléculas de ácido pirúvico se transforman en un compuesto denominado acetil coenzima A, que penetra en las mitocondrias. En el interior de las mitocondrias tiene lugar una serie de reacciones conocida por ciclo del ácido cítrico o de Krebs. Algunas de estas reacciones rompen las moléculas orgánicas liberando dióxido de carbono. En consecuencia, los eucariotas liberan dióxido de carbono como producto residual de la respiración.

Durante el ciclo de Krebs, se transfieren átomos de hidrogeno procedentes de pequeños compuestos de carbono, a una cadena de transporte de electrones formada por la misma clase de compuestos, citocromos y otros, que forman la cadena de transporte de electrones en las bacterias aeróbicas. Las cadenas de transporte de electrones de los eucariontes son todas sorprendentemente parecidas. En todas ellas, el aceptor final de electrones es el oxígeno, que después de recibir los electrones, se reduce a agua.

Conforme el oxígeno de la atmósfera aumentaba, surgieron microorganismos no ya fotosintéticos, sino únicamente respiradores, que dependían enteramente del oxígeno para su metabolismo. Es probable que las bacterias aeróbicas con sistemas respiratorios parecidos a los de las mitocondrias, entablaron una asociación, primero casual, después más estable y finalmente permanente, con bacterias anaeróbicas de mayor tamaño. En algún momento los hospedadores se hicieron completamente dependientes de sus anteriores enemigos y los hospedados renunciaron a su vida libre, convirtiéndose en las primeras mitocondrias. Las mitocondrias son, por lo tanto, células en el interior de otras células. Conforme hospedador y hospedado se hacían más dependientes uno del otro, evolucionaron hasta producir la célula eucariota moderna.

Las investigaciones realizadas en muchos laboratorios han demostrado que las mitocondrias de todos los organismos contienen los componentes esenciales de los sistemas de replicación bacterianos. Las mitocondrias tienen su propio DNA, RNA mensajero, RNA de transferencia y ribosomas. Todos ellos envueltos por las membranas mitocondriales.

Una vez que las células eucariotas estuvieron bien integradas con sus hospedadores, algunas de las células eucariotas adquirieron un nuevo endosimbionte, un procarionte fotosintético, añadiendo de esta manera la fotosíntesis al repertorio de reacciones generadoras de energía de los eucariontes. Dichos simbiontes llegaron a ser completamente dependientes de los hospedadores al igual que las bacterias convertidas en mitocondrias, y con el tiempo, evolucionaron convirtiéndose en plástidos, orgánulos pigmentados rodeados por una membrana que se encuentran en todos los eucariontes fotosintéticos.

Los primeros eucariontes fotosintéticos fueron probablemente algas. Con el término alga, que se traduce simplemente como “plantas acuáticas”, se describe más una forma de vida que un grupo de organismos relacionados entre sí. Con este término se ha hecho referencia tradicionalmente a la mayoría de organismos acuáticos que viven mediante la fotosíntesis y liberan oxígeno.

Los plástidos poseen su propio DNA y RNA y pueden sintetizar parte de las proteínas que forman sus membranas. El DNA de los genes de los plástidos se parece al DNA de las células procariotas; es una molécula circular no revestida por las proteínas (histonas) que cubren el DNA de las eucariotas.

La teoría simbiótica del origen de los plástidos propone que la fotosíntesis fue adquirida muchas veces, y en forma ya desarrollada y refinada, por varios tipos de células heterotróficas con núcleo, es decir protozoss (el término para los protistas no fotosintéticos). Tras adquirir procariontes fotosintéticos estos protozoos se convirtieron el algas móviles o inmóviles. Las algas móviles poseían la eficiencia, la rapidez de movimientos y la capacidad de desarrollo de los protozoos, junto a las reacciones fotosintéticas de los procariontes aeróbicos. Así mismo, de dos formas de generar ATP, mediante las reacciones lumínicas de la fotosíntesis y mediante la respiración. No es de extrañar que llegaran a dominar los océanos y otros ambientes acuáticos del mundo constituyendo el fitoplancton. En esta forma ha continuado tal dominación hasta el presente, y además, algunas algas verdes finalmente dieron lugar a las plantas terrestres.

El cuanto, a los undulipodios, Margulis dice que los cilios y flagelos de los eucariontes son tan parecidos entre sí y tan distintos de los flagelos bacterianos, mucho más pequeños y formados por un solo filamento, se ha sugerido que una terminología más apropiada debería reservar el término flagelo para los procariontes y utilizar el de undulipodios (pies ondulantes) para los eucariontes.

Se han encontrado trazas de RNA en el interior de los cinetosomas, hallazgo que parece apoyar el punto de vista de que los undulipodios se originaron a través de una unión simbiótica. La hipótesis es que descienden de bacterias de vida libre similares a las espiroquetas. Estas formaron asociaciones con protistas heterotróficos. Las espiroquetas se adhirieron a la superficie de sus protistas hospedadores con el fin de aprovechar el alimento excretado a través de la membrana externa de últimos. Al cabo del tiempo las espiroquetas, gracias a su movimiento ondulante, comenzaron a propulsar a sus hospedadores a través del medio acuoso. Este tipo de relaciones entre espiroquetas y hospedadores son bien conocidos en organismos que viven en la actualidad.

Fuere cual fuere la forma en que ocurrió la asociación de espiroquetas y protistas, la evolución de los undulipodios formados por microtúbulos constituyó un gran avance en el desarrollo de las células.

Gould (2004) dice que Goethe eligió la botánica para su estudio más extensivo y, probablemente, su contribución más lúcida a la ciencia. En este importante trabajo, Goethe aplicó a las plantas la misma visión que Geoffroy y Owen luego al tratar al tratar de reducir la gran complejidad t diversidad de la forma animal (al menos la vertebrada) al patrón generador único de un arquetipo vertebral. Para Goethe, la hoja representaba una forma arquetípica para todas las partes vegetales derivadas del tallo central (desde los cotiledones hasta los frutos, pasando por las hojas caulinares y los sépalos, pétalos, pistilos y estambres de las flores.

La síntesis común del sistema de Goethe -todo es hoja-no debería tomarse al pie de la letra como la reducción de toda la diversidad de partes vegetales a la forma de una hoja caulinar típica. Tal lectura contravendría el carácter platónico de los arquetipos en la teoría formalista. La “hoja” representa un principio generador abstracto, del que las hojas caulinares son la expresión menos alterada. Goethe escribe: “Deberíamos disponer de un término general para designar este órgano tan diversamente metamorfoseado y con el que comparar todas las manifestaciones de su forma. […] Podríamos afirmar de manera equivalente que un estambre es un pétalo contraído o que un pétalo es un estambre expandido; que un sépalo es una hoja caulinar contraída que tiende a cierto grado de refinamiento, o que una hoja caulinar es un sépalo expandido por el influjo por el influjo de una sabia elaborada” (1790).

En su ensayo, Goethe expresó el meollo de su sistema en un tono mesurado (1790): “los órganos vegetativos y florales de la planta, aunque en apariencia disímiles, se originan todos de un único órgano, a saber, la hoja”. En privado se mostraba más efusivo. “[He reducido] los múltiples fenómenos específicos en el magnífico jardín del universo a un principio general simple”. Ante amigos, como el filósofo J.G. Herder, podía francamente mostrarse exaltado: “La planta arquetípica, tal como yo lo veo, será la creación más maravillosa del mundo entero, y la naturaleza misma me envidiará por ello. Con este modelo y su llave de acceso, uno podrá inventar plantas […] que, aunque no tengan una existencia real , podrían tenerla, pues no serían meras imágenes pintorescas, ni visiones o ilusiones poéticas, sino organismos con una verdad y una lógica internas. La misma ley será aplicable a cualquier ser vivo”.

Probablemente en el arquetipo abstracto de Goethe se inspiró Hegel, para fundamentar su dialéctica idealista del concepto (Idea, Espíritu, Dios) como creador de la naturaleza, ya que tenía al poeta en una gran estima.

Respecto a la teoría de la evolución, Gould cita a Curtis y Barnes 81985):

“Aunque el registro fósil documenta muchas etapas importantes de la historia evolutiva, hay numerosos vacíos. […] Por supuesto, se han descubierto mucho más fósiles en los cien años pasados desde la muerte de Darwin. No obstante, se han encontrado menos ejemplos de cambio gradual de lo que podía esperarse. Hasta hace poco, la discrepancia entre el modelo de cambio filético y la pobre documentación de dicho cambio en buena parte del registro fósil mismo. Hace alrededor de una década, dos jóvenes científicos, Niles Eldredge, del Museo Americano de Historia Natural, Stephen Jay Gould de la Universidad de Harvard, aventuraron la propuesta radical de que, después de todo, el registro fósil podría no ser tan imperfecto. Tanto Eldredge como Gould se formaron en geología y paleontología de invertebrados, y a ambos les impresionaba la escasa evidencia de cambio filético en las especies fósiles que estudiaban. Típicamente una especie aparecía de manera abrupta en los estratos fósiles, duraba de 5 a 10 millones de años, y desaparecía con un aspecto no muy distinto del que tenía en primera instancia. Otra especie, emparentada pero distinta –“plenamente formada”-, tomaba su lugar, persistía sin apenas cambio y desaparecía de manera igualmente abrupta. Supongamos, argumentaron Eldredge y Gould, que estos largos períodos sin cambios (“estasis” es la palabra que usan) puntuados por vacíos no son defectos del registro, sino que son el registro, la evidencia de lo que realmente pasa”.

“¿Cómo podría aparecer una nueva especie tan súbitamente? La respuesta la encontraron en el modelo de especiación alotrópica. Si las nuevas especies se forman principalmente a partir de poblaciones pequeñas en la periferia de la distribución geográfica de las especies, si la especiación procediera rápidamente (por “rápidamente” los paleontólogos entienden miles en vez de millones de años) y si la nueva especie venciera en la competencia con la vieja y conquistara su dominio geográfico, la pauta fósil sería la observada. […]

Nick (2008) respecto del origen de la vida, en una de sus lecciones de su obra, dice que es importante destacar que de la década de 1920-1930 Oparin y Haldane publicaron obras acerca del origen de la vida, en las que señalaron su origen químico en las condiciones de una Tierra, cuya atmósfera era reductora (ausencia de oxígeno molecular) en la que la que predominaban el hidrógeno y sus compuestos: el amoniaco (NH₃), el metano (CH4) y el vapor de agua (H₂O).

Una vez dicho lo anterior, el autor al explicar el experimento que Stanley Miller desarrolló en 1953: “Miller llenó un gran matraz de vidrio con agua y una mezcla de gases para simular lo que para él era la composición primordial de la atmósfera de la Tierra. Se cree gracias a la espectroscopía que los gases elegidos constituían la atmósfera de Júpiter, y se daba razonablemente por sentado que algunos también abundaban en la Tierra joven, a saber, el amoniaco, el metano y el hidrógeno. Miller hizo pasar chispas eléctricas por esta mezcla para simular rayos y aguardó. Al cabo de unos días, unas semanas, unos meses, tomó muestras y las analizó para determinar exactamente qué estaba cocinando. Y sus conclusiones superaron incluso sus imaginaciones más disparatadas.

Lo más sorprendente es que los aminoácidos contenidos en la sopa de Miller solían ser los mismos que los utilizados en la vida, y no otras sacados al azar de un gran depósito de estructuras potenciales. En otras palabras, Miller electrificó una mezcla simple de gases, y en ella cuajaron todos los componentes básicos de la vida. Fue como si hubieran estado esperando que les dieran la oportunidad de existir. De repente el origen de la vida parecía fácil.

Simulaciones más realistas de la atmósfera primigenia resultaron decepcionantes. Si hacemos pasar descargas eléctricas a través de una mezcla de dióxido de carbono y nitrógeno con trazas de metano y otros gases, la producción de moléculas orgánicas disminuye de manera deprimente. Apenas un aminoácido a la vista. La sopa primordial acabó siendo poco más que una curiosidad, aunque todavía una excelente demostración de que era posible fabricar moléculas orgánicas con medios sencillos en el laboratorio.

Las moléculas de la comida quieren de veras reaccionar con el oxígeno, pero por suerte no lo hacen espontáneamente, de lo contrario acabaríamos envueltos en llamas. Sin embargo, la llama de la vida, la combustión lenta que nos sustenta, es exactamente una de reacción de este tipo: el hidrógeno desprendido de los alimentos reacciona con el oxígeno para liberar toda la energía que necesitamos para vivir. En el fondo, toda la vida está sustentada por una reacción principal de un tipo similar: una reacción química que quiere producirse, y libera energía que puede ser utilizada para accionar todas las reacciones secundarias que constituyen el metabolismo. Toda esta energía, toda nuestra vida, se reduce a la yuxtaposición de dos moléculas en total desequilibrio entre sí, hidrógeno y oxígeno: dos cuerpos opuestos que conforman una feliz unión molecular con una abundante descarga de energía, que deja sólo un pequeño charco de agua caliente.

La idea de que replicantes como el ARN fueron los primeros fragmentos de vida, anterior a cualquier fuerza impulsora termodinámica, es, en palabras de Mike Russell, “como quitarle el motor a un coche y esperar que el ordenador regulador se encargue de la conducción”. Pero, si no procedía de una sopa, ¿de dónde procedía el motor?

La primera pista de una respuesta apareció a principios de la década de 1970, cuando se observaron columnas cada vez mayores de agua templada en la falla [geológica] de las Galápagos, no lejos de las islas Galápagos. Las islas cuya riqueza en otro tiempo sembró en la mente de Darwin la semilla del origen de las especies ofrecía ahora, muy apropiadamente, una pista del origen de la vida misma.

Durante años pasó poca cosa. En 1977, ocho años después el Alvin [sumergible de investigación] descendió a la falla en busca de las chimeneas hidrotérmicas marinas que probablemente originaban los penachos de agua templada, y como era de esperarse las encontró. De todos modos, aunque su existencia apenas causó sorpresa, la pura exuberancia de vida en las profundidades oscuras supuso una verdadera conmoción. Había gusanos de tubo gigantes, algunos de hasta dos metros y medo, mezclados con almejas y mejillones grandes. Si en las profundidades marinas no son infrecuentes los gigantes, su gran abundancia era pasmosa. Las densidades de población en las chimeneas de las profundidades marinas son comparables a las de los bosques ecuatoriales o los arrecifes de coral, pese a ser impulsadas por las exhalaciones de las chimeneas y no por el Sol.

Cuando el agua del mar se filtra hasta el magma de debajo de las fumarolas, se calienta muchísimo y se carga de minerales y gases, especialmente sulfuro de hidrogeno. Las bacterias sulfurosas pueden extraer hidrogeno de esta mezcla y unirlo al dióxido de carbono para formar materia orgánica. La reacción constituye la base de la vida en las chimeneas, permitiendo a las bacterias prosperar sin entrada directa del Sol. De todos modos, la transformación de dióxido de carbono en materia orgánica requiere energía, y para proporcionarla, las bacterias sulfurosas necesitan oxígeno. La reacción del sulfuro de hidrogeno con el oxígeno la libera energía que acciona el mundo de las chimeneas, y es equivalente a la reacción del hidrogeno y el oxígeno que acciona nuestra vida. Los productos son agua, como antes, pero también azufre elemental, el bíblico fuego del infierno que su nombre a las bacterias sulfurosas.

Wächtershäuser propuso, para el origen de la vida, un esquema químico que no se parecía a ninguna otra cosa. La energía liberada en la formación de piritas no basta para transformar el dióxido de carbono en materia orgánica por lo que a Wächtershäuser se le ocurrió que el monóxido de carbono era un intermediario más reactivo; de hecho, este gas se detecta en las chimeneas ácidas. También promovió otras reacciones orgánicas lentas con diversos minerales de hierro-azufre, que parecían tener extraños poderes catalizadores. Y encima, él y sus colegas consiguieron realizar muchas de estas reacciones teóricas en el laboratorio, con lo que se probó que no eran sólo verosímiles. Fue un tour de force que acabó con décadas de ideas sobre el origen de la vida y evocó un entorno infernal constituido por los ingredientes más inesperados, en esencia sulfuro de hidrogeno, monóxido de carbono y pirita de hierro.

Wächtershäuser y Russell coinciden en que las chimeneas hidrotérmicas son esenciales para el origen de la vida; pero, aparte de esto, donde uno ve negro, el otro ve blanco. Uno postula vulcanismo, el otro su antítesis; uno prefiere ácidos, el otro álcalis. Para ser ideas que a veces confunden, tiene muy poco en común.

La reacción del agua del mar con rocas procedentes del manto hace más que impulsar simplemente el implacable vulcanismo del planeta. También libera energía en forma de calor, junto con grandes cantidades de gases como el hidrogeno. El principal gas que emana es el hidrogeno, simplemente porque el agua de mar es sobre todo agua; pero hay cantidades más pequeñas de otros gases que recuerdan la mezcla de Stanley Miller, muy útiles para generar los precursores de moléculas complejas como las proteínas y el ADN. Así pues, el dióxido de carbono se transforma en metano; el nitrógeno regresa como amoniaco, y el sulfato es eructado como sulfuro de hidrogeno.

El calor y los gases vuelven a la superficie, donde se abren paso como el segundo tipo de chimeneas hidrotérmicas.

Difieren de las chimeneas negras en prácticamente todos los detalles. Lejos de ser ácidas, suelen ser muy alcalinas.

En un documento de 1994, Russell y sus colegas sugerían que:

La vida surgió de agregados cada vez mayores de burbujas de sulfuro de hierro que contenían una solución alcalina e hidrotérmica muy reducida. Hace cuatro mil millones de años, estas burbujas se hincharon hidrostáticamente en fuentes termales submarinas sulfurosas ubicadas a cierta distancia de los centros de extensión oceánicos.

Las palabras fueron visionarias, pues en aquella época aún no se había descubierto ningún sistema tal de chimeneas alcalinas vivas en las profundidades marinas. Después, con el inicio del nuevo milenio, científicos a bordo del sumergible Atlantis se tropezaron precisamente con esta clase de chimenea, a unos quince kilómetros de la dorsal atlántica, en una montaña bajo el agua que casualmente tenía el nombre de macizo Atlantis. Inevitablemente bautizada como Ciudad Perdida por la metrópolis mítica, las delicadas columnas blancas y los dedos de carbonato que alcanzaban la impenetrable negrura que el nombre fuera sorprendentemente adecuado.

En la Ciudad Perdida, la vida se crea a partir de la reacción del hidrogeno y el dióxido de carbono, la cual en realidad constituye la base de toda la vida en nuestro planeta. En la Ciudad Perdida, algo insólito, la reacción es directa, cuando en casi todos los demás casos es indirecta. El hidrogeno puro, en bruto, borbotando en forma de gas, es un regalo inhabitual en nuestro planeta, por lo que normalmente la vida se ve obligada a buscar suministros ocultos, unidos en fuertes enlaces moleculares a otros átomos, como sucede en el agua o el sulfuro de hidrogeno. Para arrancar el hidrogeno de estas moléculas y unirlo al dióxido de carbono hace falta energía, energía que en última proa instancia procede del sol en la fotosíntesis o del aprovechamiento de los desequilibrios químicos en el mundo de las chimeneas. Sólo en el caso del propio gas hidrogeno es espontánea la reacción, aunque también desesperadamente lenta. Sin embargo, desde una perspectiva termodinámica, la reacción es un almuerzo gratis por el que encima cobramos. En otras palabras, la reacción genera moléculas orgánicas directamente, y en seguida libera una cantidad considerable de energía que, en principio, puede ser utilizada para accionar otras reacciones orgánicas.

Así pues, las chimeneas alcalinas de Russell satisfacen los requisitos como creadores de vida. Son una parte esencial de un sistema que remodela la superficie del globo, lo que favorece su agitado vulcanismo. Están en permanente desequilibrio con los mares, haciendo burbujear una provisión continua de hidrogeno que reacciona con el dióxido de carbono para formar moléculas orgánicas. Constituyen un laberinto de compartimentos porosos, que retienen y concentran cualquier molécula orgánica producida, con lo que es mucho más probable el ensamblaje de polímeros como el ARN.

Así pues, hemos propuesto las chimeneas hidrotérmicas templadas en las profundidades marinas, que hacen borbotar gas hidrogeno en un mar saturado de dióxido de carbono, como escenario más probable del origen de la vida.

Si Martin y Russell están en lo cierto, los antepasados remotos de las arqueas estaban realizando el mismo conjunto de reacciones en un entorno casi idéntico, hace 4000 mil millones de años, en los albores de la vida. De todos modos, la reacción del hidrogeno con el dióxido de carbono no es tan sencilla como suena, pues las dos moléculas no se combinan de forma espontánea. Son más bien “tímidas”, y un catalizador debe convencerlas de que bailen; y también necesitan una pequeña entrada de energía para ponerse en marcha. Solo entonces se unen realmente, al hacerlo liberan bastante más energía. El catalizador es muy simple. Las enzimas que catalizan actualmente la reacción contienen en sus núcleos pequeñas agrupaciones de hierro, níquel y azufre con una estructura muy parecida a un mineral hallado en las chimeneas. Esto da a entender que las células primordiales simplemente incorporaron un catalizador ya existente, rasgo que indica la gran antigüedad de la vía, pues no conlleva la evolución de proteínas sofisticadas. Tal como dijeron Martin y Russell, la vía tiene raíces rocosas.

La fuente de energía necesaria para poner las cosas en marcha, al menos en el mundo de las chimeneas, resulta ser las propias chimeneas. Lo revela un producto de reacción inesperado: una forma reactiva de vinagre conocida como acetil tioéster. Se forman acetil-tioésteres porque el dióxido de carbono es muy estable y resiste el ataque del hidrogeno, pero es muy vulnerable a los “radicales libres” más reactivos de carbono o azufre hallados en las chimeneas. De hecho, la energía necesaria para convencer al dióxido de carbono de que reaccione con el hidrogeno procede de las propias chimeneas en forma de radicales libres reactivos, los cuales dan origen a los acetil-tioésteres.

Las bacterias no pueden eludir esta ecuación: ninguna puede crecer gracias a la reacción directa del hidrogeno con el dióxido de carbono usando sólo ATP. Y sin embargo crecen mediante el ingenioso método de quimiósmosis, propuesto por el químico Peter Mitchell, premio Nobel en 1978. El premio por fin acabó con décadas de encarnizadas disputas. En la actualidad, sin embargo, con la perspectiva de otro milenio, vemos que el descubrimiento de Mitchell está entre los más importantes del siglo XX. No obstante, incluso los pocos investigadores que durante largo tiempo defendieron la importancia de la quimiósmosis se las ven t las desean para explicar por qué un mecanismo tan extraño debe ser omnipresente en la vida. Como el código genético es común a todas las clases de vida, y parece haber sido una propiedad del último antepasado común universal, LUCA.

En líneas muy generales, la quimiósmosis es el movimiento de protones a través de una membrana (de ahí el parecido el parecido con el nombre de ósmosis, el movimiento de agua a través de una membrana). En la respiración, lo que sucede es esto. Los electrones se desprenden de los alimentos y pasan por una cadena de portadores hasta el oxígeno. La energía liberada en varios puntos se utiliza para bombear protones a través de una membrana: el resultado es un gradiente de protones a un lado y al otro de la misma. La membrana funciona un poco como una presa hidroeléctrica. Igual que el agua que baja de un embalse acciona una turbina para generar electricidad, en las células el flujo de protones a través de turbinas proteínicas de la membrana acciona la síntesis de ATP. Este mecanismo fue una sorpresa total: en vez de tener una sencilla reacción entre dos moléculas, se intercaló un extraño gradiente de protones.

Si Martin y Russell están en lo cierto y las formas más tempranas de vida surgieron de esta reacción, la vida sólo pudo abandonar las chimeneas de las profundidades marinas mediante quimiósmosis.

Recordemos que las chimeneas hacen burbujear fluidos alcalinos en un mar que se está volviendo ácido debido al dióxido de carbono disuelto. Los ácidos se definen en términos de protones: un ácido es rico en protones; un álcali pobre. Así, hacer borbotear líquidos alcalinos en mares ácidos genera un gradiente natural de protones. En otras palabras, las células de las chimeneas alcalinas de Russell son quimiosmóticas de manera natural. El propio Russell señaló esto hace muchos años, y la comprensión de que las bacterias no podían abandonas las chimeneas sin quimiósmosis fue uno de los frutos de su colaboración con Martin, que estudiaba la energía de los microbios.

La vida no podía dejar las chimeneas hasta haber aprendido cómo aprovechar su propio gradiente su propio gradiente quimiosmótico, pero sólo podía utilizar el gradiente genes y ADN. Parece ineludible: en su criadero rocoso, la vida debe de haber desarrollado un sorprendente grado de sofisticación.

Esto dibuja un extraordinario retrato del último antepasado común de todas las formas de vida en la Tierra. Si Martin y Russell tiene razón -y yo creo que la tienen-, ese antepasado no era una célula de vida libre, sino un laberinto rocoso de células minerales, revestido de paredes catalizadoras compuestas de hierro, azufre y níquel, y activado por gradientes naturales de protones. La primera vida fue una roca porosa que fue generando moléculas complejas y energía hasta llegar a los genes y el ADN.

Nick (2008) en otra lección de su obra, acerca de la fotosíntesis habla de que el oxígeno es la clave de la vida planetaria. Siendo sólo un producto de desecho, es realmente la molécula que fabrica un mundo. Resulta liberado por la fotosíntesis tan deprisa que acaba colmando la capacidad para absorberlo. Al final, todo el polvo y el hierro de las rocas, todo el azufre de los mares y el metano del aire, todo aquello que puede ser oxidado es oxidado, y se vierte oxígeno libre en el aire y los océanos. Una vez allí, el oxígeno pone fin a la pérdida de agua del planeta. El hidrogeno, cuando es liberado del agua, inevitablemente se encuentra con más oxígeno antes de conseguir llegar al espacio. Reacciona con rapidez para formar otra vez agua, que ahora llueve desde el cielo, lo que detiene la pérdida de los mares. Y cuando el oxígeno se acumula en el aire, se forma un escudo de ozono, que reduce la virulenta de los rayos ultravioleta y hace que el mundo sea un sitio más habitable. El oxígeno no sólo salva la vida al planeta: infunde vigor a toda la vida, y hace que ésta florezca. Las bacterias pueden vivir perfectamente sin oxígeno, tienen una habilidad sin parangón en electroquímica: son capaces de hacer reaccionar juntas prácticamente todas las moléculas para obtener un poco de energía. Sin embargo, la suma total de energía que pueden obtener de la fermentación, o en la reacción entre dos moléculas como el metano y el sulfato, es desdeñable en comparación con el poder de la respiración mediante oxígeno (literalmente quemar alimentos con oxígeno), oxidándolo totalmente hasta convertirlo en dióxido de carbono y vapor de agua. Ninguna otra cosa puede suministrar la energía necesaria para satisfacer las demandas de la vida multicelular. Los animales, las plantas, todos dependen del oxígeno durante al menos parte de su ciclo vital.

La depredación aumenta el tamaño de los animales, impulsando una carrera armamentista entre depredadores y presas. Los caparazones luchan contra los dientes, el camuflaje engaña al ojo, y el tamaño intimida tanto al cazador como al cazado. Con el oxígeno, por tanto, la depredación es provechosa; y a los depredadores el tamaño les resulta provechoso. Así, el oxígeno genera organismos grandes, no sólo viables, sino también probables.

También ayuda a construirlos. La proteína que procura a los animales su resistencia a la tensión es el colágeno, la principal proteína de todos los tejidos conectivos, tanto calcificada en los huesos como “desnuda” en los ligamentos, los tendones, el cartílago o la piel. El colágeno es con mucho la proteína más abundante en los mamíferos, constituyendo un 25% del total de las proteínas corporales. Fuera de los vertebrados, también es el componente crítico de conchas, cutículas caparazones y tejidos fibrosos de todas clases -la “cinta y el pegamento” del conjunto del mundo animal-. El colágeno se compone de algunos elementos esenciales poco corrientes que requieren oxígeno libre para formar enlaces cruzados entre fibras proteínicas adyacentes, lo cual proporciona a la estructura global una elevada resistencia a la tensión. El requisito de oxígeno libre viene a decirnos que los animales grandes, protegidos con conchas o esqueletos fuertes, sólo pudieron evolucionar cuando los niveles de oxígeno atmosférico fueron lo bastante elevados para sustentar la producción de colágeno, un factor que quizá contribuyó a la brusca aparición de animales grandes en los registros fósiles a principios del período cámbrico, hace 550 millones de años, poco después de un gran aumento general del oxígeno atmosférico.

La necesidad de oxígeno para la producción de colágeno parece no ser más que un accidente: si no colágeno, ¿Por qué no otra cosa sin el requisito del oxígeno libre? ¿El oxigeno es necesario para proporcionar resistencia o es sólo un ingrediente aleatorio que se incorporó casualmente y luego ya se quedó para siempre como parte de la receta? En realidad, no lo sabemos, pero es llamativo que las plantas superiores también precisen oxígeno libre para formar su soporte estructural mediante el fortísimo polímero denominado lignina, que da a la madera su resistencia flexible. La lignina se forma de una manera caprichosa, utilizando oxígeno libre para construir enlaces cruzados entre cadenas, muy difíciles de romper, razón por la cual la madera es tan fuerte y tarda tanto en pudrirse. Si elimináramos la lignina de la madera de los árboles, éstos se desplomarían, incapaces de aguantar su propio peso siquiera en la más ligera brisa.

La sede de la fotosíntesis, es el cloroplasto y se observa en todas las células fotosintéticas de todas las plantas y las algas. Los cloroplastos son omnipresentes y están obviamente relacionados entre sí.

Comparten una historia secreta. La pista acerca de su pasado reside en su tamaño y su forma: parecen bacterias que viven que viven dentro una célula huésped más grande. Esta insinuación de ascendencia bacteriana se ve confirmada por la existencia de anillos de ADN independientes en todos los cloroplastos. Estos anillos de ADN se copian cada vez que los cloroplastos se dividen, y pasan a los descendientes igual que sucede en las bacterias. La secuencia detallada de letras en el ADN cloroplástico no sólo corrobora el vínculo con las bacterias, sino que también señala con un dedo acusador a los parientes vivos más cercanos: las cianobacterias. Por último, aunque no por ello menos importante, el esquema Z de la fotosíntesis en las plantas, junto con sus cinco partes componentes, se prefigura exactamente (aunque con una maquinaria más simple) en las cianobacterias. En resumen, no hay duda de que los cloroplastos fueron antaño cianobacterias de vida libre.

En otro tiempo llamadas erróneamente, “algas azul verdosas”, las cianobacterias son el grupo conocido de bacterias que pueden descomponer el agua mediante la forma “oxigénica” de la fotosíntesis. Exactamente cómo algunas de ellas acabaron viviendo en una célula huésped más grande es un misterio envuelto en la mortaja del tiempo geológico. Sin duda pasó hace más de 1000 millones de años, pero cabe supones que algún día simplemente fueron tragadas, sobrevivieron a la digestión y a la larga resultaron útiles para su célula huésped. Ésta, impregnada de cianobacterias, pasó a fundar dos imperios, las algas y las plantas, pues actualmente todas ellas se definen por su capacidad para vivir del sol y el agua gracias al aparato fotosintético heredado de sus huéspedes bacterianos.

Así, la búsqueda del origen de la fotosíntesis se convierte en la búsqueda del origen de las cianobacterias, las únicas bacterias que han hallado la solución al problema de la escisión del agua. Y éste es uno de los relatos más controvertidos, y de hecho aún no resuelto, de la biología moderna.

Los estromatolitos vivos son cúpulas en proceso de mineralización que crecen acumulando capas, de hasta un metro más o menos de altura, que se forman mediante prósperas comunidades de bacterias que recubren las enterradas capas minerales. Al final, toda la estructura se vuelve roca sólida, a menudo asombrosamente bella en una sección transversal. Normalmente las capas exteriores, vivas, de los estromatolitos modernos bullen de cianobacterias, de modo que esas formas antiguas constituían una prueba más de la aparición temprana de las cianobacterias. Por si había una duda, Schpf pasó a demostrar que estos fósiles supuestos contenían restos de carbono orgánico, de una clase que parecía diagnóstico de vida, y de vida no sólo antigua sino fotosintética. En general, decía, las cianobacterias, o algo que se les parecía mucho, ya habían evolucionado en la Tierra hace unos 3500 millones de años, unos cuantos de cientos de millones de años después de que el gran bombardeo de asteroides dejara un sello en los primeros años del planeta, o sea poco después de la formación del propio sistema solar.

No resulta fácil reconciliar la evolución temprana de las cianobacterias -probablemente eructando oxígeno como producto de desecho, como en la actualidad- con los primeros signos geológicos de oxígeno en la atmósfera, bastante más de mil millones de años después. Y, ya más en serio, la complejidad del esquema del esquema Z que la mayoría de los biólogos se mostraron contrarios a la idea de la fotosíntesis oxigénica hubiera podido evolucionar tan deprisa. Las otras formas de fotosíntesis, al ser más sencillas, parecían concordar con una gran antigüedad. En términos generales, por tanto, se aceptaba que eran bacterias, tal vez bacterias fotosintéticas, pero había dudas sobre si eran realmente cianobacterias.

En resumen, el fotosistema I cogió un pigmento muy sencillo, la porfirina, y asoció su química espontánea accionada por la luz a reacciones que, de todos modos, tienen lugar en células bacterianas. El resultado fue una forma primitiva de fotosíntesis que podía utilizar la luz para arrancar electrones de fuentes “fáciles”, como el hierro o el sulfuro de hidrogeno, y pasarlos al dióxido de carbono al dióxido de carbono para generar azúcares. De modo que estas bacterias usan la luz para fabricar alimentos.

¿Y que hay del fotosistema II? Las bacterias que lo utilizan se valen de la luz para hacer un truco totalmente distinto. Esta forma de fotosíntesis no produce materia orgánica, sino que más bien transforma la energía lumínica en energía química, de hecho, electricidad, que puede emplearse para accionar la célula. El mecanismo es muy simple. Cuando un fotón alcanza la molécula de clorofila, un electrón es enviado a un nivel superior de energía, como antes, donde es capturado por una molécula cercana. A continuación, este electrón pasa “enrachado” de portador en portador por una cadena de transporte de electrones, liberando un poco de energía cada vez hasta regresar a un nivel energético inferior. Parte de la energía liberada en este proceso es capturada para producir ATP. Por último, el agotado electrón es devuelto a la misma clorofila de la que salió, con lo que completa el circuito. Resumiendo, la luz hace saltar un electrón a un nivel superior de energía y, mientras éste cae en cascada hasta nivel “de reposo”, la liberación de energía es capturada como ATP, una forma de energía que la célula puede utilizar. Es sólo un circuito eléctrico que funciona con luz.

¿Cómo llegó a surgir un circuito así? De nuevo la respuesta es “mezclando y emparejando”. La cadena de transporte de electrones es más o menos la misma que la utilizada para respirar, que, evolucionó en las chimeneas, simplemente fue tomada prestada para un objetivo apenas nuevo. En la respiración, los electrones son arrancados de la comida y, a la larga, pasan a formar agua. La energía liberada se utiliza para genera ATP. En esta forma de fotosíntesis sucede exactamente lo mismo: electrones de alta energía pasan por una cadena, no hacia el oxígeno sino hacia una forma “codiciosa” (oxidante) de clorofila. Cuanto más puede la clorofila “tirar de” electrones (es decir, cuanto más cerca está del oxígeno en el sentido químico), más eficiente es la cadena, absorbiendo electrones y extrayendo su energía. La gran ventaja es que no hace falta combustible, ni comida, al menos para suministrar energía (hace falta para sintetizar moléculas orgánicas nuevas).

Así, como conclusión general, podemos decir que las formas más simples de fotosíntesis se parecen a un mosaico. Ambas formas enchufan un nuevo transductor, la clorofila, en la maquinaria molecular existente. En un caso, esta maquinaria convierte dióxido de carbono en azúcares; en el otro, produce ATP. Como sucede con la clorofila, en la Tierra joven seguramente se formaron espontáneamente pigmentos similares de porfirina, y la selección natural hizo el resto. En cada caso, pequeños cambios en la estructura de la clorofila alteran la longitud de onda de la luz absorbida, así como las propiedades químicas. Todos estos cambios modifican la eficiencia de los procesos que ocurren de manera espontánea, bien que al principio de forma menos económica. El resultado natural es una forma “tacaña codiciosa” de la clorofila para la síntesis de ATP en algunas bacterias libres y sin compromiso y un tipo “timador callejero” de clorofila para fabricar azúcares en bacterias que viven cerca de provisiones de sulfuro de hidrogeno o hierro. Peo aún nos queda la pregunta más importante: ¿Cómo acabó todo esto unido en el esquema Z de las cianobacterias para descomponer el combustible el combustible primordial, el agua? La respuesta escueta es que no lo sabemos con seguridad.

Según Allen, muchas bacterias activan y desactivan genes en respuesta a cambios de su entorno, esto es, en sí mismo, sabiduría popular común. Uno de los cambios ambientales más importantes es la presencia o ausencia de materias primas. Por lo general, las bacterias no desperdician energía fabricando proteínas nuevas para procesar materia prima si ésta no está cerca; cierran la fábrica hasta nuevo aviso. Así pues, se imagina un entorno fluctuante. Las condiciones varían según las mareas, las corrientes, la época del año, la actividad hidrotérmica, etc. el factor crítico es que las hipotéticas bacterias de Allen deben poseer los dos fotosistemas, como las cianobacterias actuales, pero a diferencia de éstas sólo utilizan uno cada vez. Cuando está presente el sulfuro de hidrogeno, las bacterias activan el fotosistema I, que usan para producir materia orgánica a partir del dióxido de carbono. Pueden incorporar esta materia orgánica nueva para crecer, reproducirse, etc. pero cuando cambian las condiciones y los estromatolitos se quedan sin materia prima, estas bacterias cambian fotosistema II. Ahora dejan de fabricar materia orgánica nueva (no crecen ni se producen más), pero pueden mantenerse a sí mismas utilizando luz del sol para generar directamente ATP hasta que vengan tiempos mejores. Cada fotosistema tiene sus ventajas, y, cada uno evolucionó siguiendo una serie de pasos simples.

Pero ¿Qué pasa si la chimenea hidrotermal deja de funcionar, o corrientes cambiantes originan alteraciones prolongadas en el entorno? Ahora las bacterias han de basarse casi todo el tiempo en el circuito de electrones del fotosistema II.

Actualmente, ni el hierro ni el manganeso se encuentran en concentraciones elevadas en el agua de los mares, pues éstos están completamente oxidados; pero en tiempos remotos abundaban. Es decir, en otros tiempos los mares estaban llenos de manganeso.

¿Cómo puede las bacterias sacar electrones del fotosistema II? He aquí la genialidad de la hipótesis de Allen. El fotosistema II se encuentra abarrotado de electrones, mientras que el fotosistema I está sin hacer nada por falta de electrones. Lo único que han de hacer las bacterias es inutilizar el interruptor que impide a los dos fotosistemas estar activos a la vez, sea fisiológicamente o mediante una mutación simple. ¿Qué pasa después? Los electrones entran en el fotosistema II procedentes de átomos de manganeso oxidados. A continuación, se les hace saltar a un nivel superior de energía mientras la forma “tacaño codicioso” de la clorofila absorbe un rayo de luz. Desde aquí pasan a la cadena de transporte utilizando la liberación de energía para generar un poco de ATP. Y luego una desviación. En lugar de volver a un paralizado fotosistema II, son rescatados por el activo fotosistema I, sediento como está de nuevos electrones. Ahora los electrones son enviados de nuevo a un nivel elevado de energía, mientras la forma “timador callejero” de la clorofila absorbe un rayo de luz. Y, naturalmente, desde aquí los electrones pasan al dióxido de carbono para fabricar materia orgánica nueva.

En resumen, al principio había un único fotosistema, que seguramente se valió de la luz solar con el fin de extraer electrones del sulfuro de hidrogeno, que combinó al dióxido de carbono para formar azúcares. En algún momento, el gen quedó duplicado, quizá en un antepasado de las cianobacterias. Los dos fotosistemas se separaron conforme a usos diferentes. El fotosistema I siguió haciendo exactamente lo que había hecho antes, mientras que el fotosistema II se especializó en generar ATP partiendo de la luz solar y usando un circuito de electrones. Los dos fotosistemas se activan y desactivan según el entorno, pero nunca se activan los dos a la vez. Con el tiempo, no obstante, el fotosistema II tuvo un problema resultante de las propiedades de los circuitos de los electrones: cualquier aporte adicional de electrones del entorno atasca el circuito. Probablemente hubo entrada lenta y constante de electrones procedentes de átomos de manganeso, utilizados por las bacterias para protegerse de la radiación ultravioleta. Una solución era inactivar el interruptor, lo que permitiría a ambos sistemas funcionar a la vez. Entonces los electrones saldrían del manganeso y atravesarían los dos fotosistemas hasta llegar al dióxido de carbono, a través de una vía compleja que prefigura el enrevesado esquema Z en todos sus excéntricos detalles.

Ahora nos encontramos sólo a un paso de la fotosíntesis oxigénica en toda la extensión de la palabra. Se están extrayendo electrones del manganeso, no del agua. Así, ¿Cómo se produjo el cambio final? La sorprendente respuesta es que prácticamente no tuvo que cambiar nada.

El complejo productor de oxígeno es el cascanueces que rompe el agua “sólo” para desprender sus electrones uno a uno. Cuando se han sacado todos los electrones, se hace salir al mundo el valiosísimo desecho, el oxígeno. El complejo productor de oxígeno es realmente un componente del fotosistema II, pero se halla situado en el mismo extremo, de cara al mundo exterior, y da la sensación de estar “añadido”. Es increíblemente pequeño. El complejo es un grupo de cuatro átomos de manganeso y un solo átomo de calcio, mantenidos todos unidos por un entramado de átomos de oxígeno. Y eso es todo.

No sabemos si el complejo original productor de oxígeno era simplemente un trozo de mineral que acabó metido en el fotosistema II. Quizá diversos átomos de manganeso se ligaron al oxígeno en un entramado mientras eran oxidados por radiación ultravioleta, lo que iniciaría el crecimiento de un diminuto cristal in situ. Quizá la proximidad de este grupo a la clorofila, o a trozos contiguos de proteína, lo distorsionó un poco en cierto modo, optimizando su función. Pero sea cual sea el origen del grupo, tenemos una sensación clarísima de que allí hubo algo fortuito: está demasiado cerca de una estructura mineral para que sea producto de la biología. Como sucede con algunas otras agrupaciones de metales observadas en núcleos de enzimas, es casi seguro un atavismo de las condiciones presentes en una chimenea hidrotérmica hace miles de millones de años. El grupo de metales, la más preciosa de todas las joyas, estaba envuelto en una proteína y guardado en depósito por las cianobacterias para toda la humanidad.

Se formara como se formara, esta pequeña agrupación de átomos de manganeso, inauguro un mundo nuevo, no sólo para las bacterias que lo atraparon al principio, sino para toda la vida de nuestro planeta. Una vez formado, el pequeño grupo átomos comenzó a descomponer el agua, los cuatro átomos oxidados de manganeso combinando su avidez natural por arrancar electrones, liberando así oxígeno como desecho. Estimulada por la continua oxidación del manganeso debida a la radiación ultravioleta, al principio la descomposición del agua habría sido muy lenta. Pero tan pronto el grupo se asoció a la clorofila, los electrones empezaron a fluir. Al ir todo cada vez más deprisa a medida que la clorofila se iba adaptando a su tarea, el agua fue absorbida, escindida, sus electrones fueron arrastrados afuera, el oxígeno fue desechado. En otro tiempo un goteo, al final una inundación, este vivificador flujo de electrones del agua subyace a toda la exuberancia de la vida en la Tierra. Hemos de darle gracias dos veces: por ser la fuente primordial de nuestro alimento, y también por proporcionarnos todo el oxígeno que necesitamos para quemar este alimento a fin de mantenernos con vida.

También es la clave de la crisis energética mundial. No necesitamos dos ecosistemas, pues no tenemos ningún interés en fabricar materia orgánica. Sólo necesitamos los dos productos liberados del agua: oxígeno e hidrogeno. Si los hacemos reaccionar otra vez obtenemos toda la energía que hayamos precisado jamás, y el único desecho es el agua. En otras palabras, con este pequeño grupo de manganeso podemos utilizar la energía del sol para descomponer agua, y luego hacer reaccionar otra vez los productos para regenerar agua -la economía del del hidrogeno-. Se acabaron la contaminación, los combustibles fósiles, el efecto invernadero, el calentamiento global antropogénico…aunque si habría cierto peligro de explosiones. Si esta pequeña agrupación de átomos cambió hace mucho tiempo el carácter del mundo, conocer su estructura debería ser el primer paso para cambiar nuestro mundo actual. Mientras escribo esto, químicos de todo el mundo están compitiendo por sintetizar en el laboratorio este minúsculo grupo de manganeso o algo similar que funcione igual. Pronto lo conseguirán, sin duda. Y después no tardaremos mucho en aprender a vivir del agua y un poco de sol.

La célula es la unidad estructural y funcional de todos los organismos vivos y en general está formada por una membrana que la delimita de los medios externo e interno, para intercambiar materia y energía para el metabolismo, propiedad fundamental de toda célula que define propiamente a la vida. Respecto a la energía, los organelos encargados de producirla son las mitocondrias, conocidas como “centrales energéticas” de las células, que generan energía en forma de ATP.

Muchas células de plantas contienen cloroplastos, orgánulos responsables de la fotosíntesis. Como las mitocondrias, los cloroplastos eran en otro tiempo bacterias de vida libre (en este caso cianobacterias), que un antepasado común de todas las plantas y algas se tragó enteras. Por la razón que fuera, esta célula ancestral no pudo digerir la cena y por medio de una indigestión adquirió todo lo que precisaba para ser autosuficiente. De un trago, puso en marcha la serie compleja de episodios que en última instancia separan el mundo inmóvil de las plantas del dinamismo de los animales.

Hay incluso uno o dos casos de bacterias que albergan a otras bacterias más pequeñas en su interior -un descubrimiento enigmático, ya que no se conoce ninguna bacteria capaz de tragarse células por fagocitosis-. Hay la impresión de que las bacterias iniciaron su andadura por el sendero que conduciría a casi todos los rasgos de las células eucariotas, pero por alguna razón se detuvieron de golpe, incapaces de continuar con el experimento.

Las bacterias dominaron durante los primeros 3000 millones de años o así de vida (entre 4000 y 1000 millones de años atrás). Cambiaron su mundo por completo, pero ellas no cambiaron apenas. Las modificaciones ambientales producidas por las bacterias fueron impresionantes, de unas proporciones que a los seres humanos nos cuesta concebir. Por ejemplo, todo el oxígeno del aire deriva de la fotosíntesis, y al principio sólo de las cianobacterias. El “gran episodio de la oxidación”, cuando el aire y la superficie de los mares iluminada por el sol acabaron inundados de oxígeno, hace unos 2200 millones de años, transformó el planeta para siempre; sin embargo, el cambio no causó prácticamente impresión en las bacterias. Hubo simplemente un cambio en la ecología, hacia las bacterias que les gusta el oxígeno. Un tipo de bacterias resultó favorecido respecto al otro, pero todas siguieron siendo resueltamente bacterianas. Ocurre exactamente lo mismo en otros cambios enormes en las condiciones ambientales. Las bacterias fueron responsables de asfixiar las profundidades marinas de sulfuro de hidrogeno, durante la friolera de 2000 millones de años; no obstante, nunca dejaron de ser bacterias. Las bacterias se encargaron de oxidar el metano atmosférico, lo que generó una helada global, la primera “Tierra bola de nieve”; pero siguieron siendo bacterias. Tal vez el cambio más significativo de todos se debió al aumento de los seres eucariotas multicelulares complejos en los últimos 600 millones de años. Los eucariotas ofrecían nuevos modos de vida a las bacterias, como provocar enfermedades infecciosas; pero las bacterias son todavía bacterias. Una bacteria es lo más conservador que hay.

El árbol de la vida Woese era la sorprendente estrecha relación entre las arqueas (bacterias antiguas) y los seres eucariotas: ambos comparten un antepasado común relacionado sólo vagamente con las bacterias. En otras palabras, el antepasado común de los eucariotas y las arqueas se separó de las bacterias en una fase muy temprana de la evolución, y más adelante se dividió para formar las arqueas y los organismos eucariotas modernos. El árbol de Woese ha sido comprobado de nuevo por la bioquímica, al menos en varios aspectos importantes. Concretamente en sus procesos informativos esenciales, las arqueas y los seres eucariotas tienen mucho en común. Ambos envuelven el ADN con proteínas extraordinariamente parecidas (histonas), se replican y leen sus genes de una forma equiparable, y fabrican proteínas por medio de un mecanismo compartido, todo lo cual difiere de las bacterias en detalles. En estos aspectos, las arqueas equivalen a un eslabón perdido, en parte con un pie en cada lado del abismo entre las bacterias y los seres eucariotas. En esencia, las son afines a las bacterias en cuanto al aspecto y la conducta, pero poseen algunos rasgos asombrosamente eucariotas en el modo de manejar el ADN y las proteínas.

Respecto al origen de los organismos eucariotas, existen dos concepciones: un bando que considera que los seres eucarióticos proceden de cambio continuos graduales, y el otro, que sostiene que los prolongados procesos de cambios paulatinos se ven alterados por cambios repentinos y bruscos (evolución vs revolución).

Otro grupo propone que los seres eucariotas se originaron por cooperación en contraposición de la competencia darwiniana. Dan por supuesto que hubo cierto tipo de asociación entre dos o más células procariotas, que acabaron formando una comunidad de células muy unidas.

 

4. Discusión

En la Grecia antigua (siglos VII-VI), fueron los primeros filósofos naturalistas (Tales de Mileto, Anaxímenes, Anaximandro, Empédocles, etc.), quiénes reflexionaron acerca de la composición de la materia y con base en observaciones cuidadosas concluyeron: que el agua, la tierra, el aire y el fuego) eran los elementos que se combinaban para formar a los distintos tipos de materia.

La concepción naturalista de la materia continuo hasta la segunda mitad del siglo XVIII, cuando químicos principalmente, ingleses y franceses descubrieron que los elementos que daban origen a los tipos de materia, como lo concebían los pensadores griegos, en realidad eran compuestos químicos: el agua era la combinación de hidrogeno y oxígeno (H₂O), los sólidos terrestres, como el óxido de mercurio (Hg₂O) estaba formado por mercurio y oxígeno, el dióxido de carbono del aire (CO₂) estaba compuesto de los elementos químicos: átomos de carbono y oxígeno, etc. Con base a los nuevos descubrimientos que demostraron que lo elementos formadores de la materia como lo concebían los naturalistas griegos, en realidad se trataba de átomos, como quedó evidenciado en la obra de Antoine Lavoisier: Tratado elemental de química, obra que representó una verdadera revolución en la ciencia de la química, al echar por tierra la los elementos compuestos de los naturalistas griegos, con lo se sentaron las bases de la química moderna.

El desarrollo de la química continuo y a principios del siglo XIX, John Dalton, químico inglés rescató la conjetura atomista de los filósofos griegos y con base en los descubrimientos del siglo anterior estableció los pesos atómicos relativos de los átomos conocidos en su época.

Finalmente, en 1869, Dimitri Mendeléyev, ordenó y sistematizó con base en el peso relativo de los átomos conocidos en su tiempo, para crear la Tabla Periódica de los elementos químicos, hasta entonces conocidos, con lo que se produjo una nueva revolución en la ciencia química.

Así pues, se requirieron más de 2000 años de historia de los conocimientos químicos para sentar las bases de la química basada en la estructura atómica de la materia. Sin embargo, sólo en 80 años (1789-1869) se produjeron tres revoluciones químicas: la de Lavoisier, la de Dalton y la de Mendeléyev, después de la acumulación de más de dos milenios de años.

La otra concepción respecto a la estructura de la materia fue la concepción atomista. Su camino para entender la estructura de la materia ha sido prolongado: inició con los filósofos atomistas en los siglos V-III a.C. en la Grecia antigua con Leucipo, Demócrito y Epicuro, quienes, después de observaciones meticulosas conjeturaron que la materia estaba por estructurada por átomos, que al combinarse daban origen a toda la realidad en el mundo. Esta concepción fue continuada en la Roma antigua en el siglo I a.C. por Tito Lucrecio Caro, quien en su obra: De la naturaleza de las cosas, escribió que todo lo material estaba constituido por átomos.

Como se explicó anteriormente, esta concepción convergió con la naturalista para dar origen a la química como ciencia moderna en los siglos XVIII y prácticamente todo el XIX.

En lo relacionado, con la estructura del átomo concebido como la última partícula indivisible de la materia, permaneció sin cambios hasta finales del siglo XIX cuando se descubrió el electrón en 1897, así como sucesivos descubrimientos de otras partículas en el siglo XX: el protón alrededor de 1920, el neutrón en 1932 y los quarks en la década de los 60 de dicho siglo. Los descubrimientos de nuevas partículas continuaron en el siglo XXI: el bosón de Higgs en 2012, las ondas gravitaciones en 2015, leptones, etc.

Especial atención merecen las ondas gravitacionales descubiertas en 2015, cuya causa detonante es la gravedad, que, a pesar de tratarse de una fuerza atractiva débil, a escala macro cósmica se convierte en una fuerza muy potente debido a su carácter aditivo (sumativo), capaz de producir nuevas estrellas (soles) y galaxias. El nombre de ondas gravitacionales es muy desafortunado, por que se presta para concebirlas como portadoras sólo de energía y negarles su capacidad portadoras de materia. En realidad, se trata como toda onda: movimiento de partículas en forma ondulatoria de gravitones. Además, existen otros tipos de ondas: electromagnéticas, que no son más que el movimiento de fotones en forma ondulatoria, marinas causadas por la interacción de masas de agua oceánica, sonoras causadas por la interacción del aire, mecánicas causadas por movimientos tectónicos (terremotos y vulcanismo) que provocan ondas de choque en la corteza terrestre.

Conforme al marco de referencia dialéctico, que afirma que en el universo lo único que existe es materia en movimiento, por consiguiente, no se descartan nuevos descubrimientos de partículas atómicas. Nuevos descubrimientos de partículas atómicas seguramente serán posibles, pero, la concepción de la materia como realidad objetiva que existe independiente de la conciencia, seguirá siendo válida, por tratarse de una verdad absoluta, resultado de la síntesis de verdades relativas aportadas por la Física, a pesar de que, en el siglo XX, se descubrieron otras partículas atómicas: protones, neutrones y quarks y, en el siglo XXI se añadieron: bosón de Higgs, ondas gravitacionales, leptones, etc.

Respecto al origen de la vida: es resultado de 1000 millones de cambios cuantitativos (graduales) que desembocaron en la primera revolución biológica cuando la materia inorgánica, se convirtió en materia viva (célula procariota). Después de otros mil millones de años de cambios graduales, las cianobacterias, al agotarse los alimentos producidos naturalmente por la acción de las radiaciones del sol en las aguas superficiales de los océanos y en las orillas de las plataformas continentales y/o los alimentos producidos por las bacterias que tenían de hábitat en las zonas contiguas a las fuentes hidrotérmicas, también se agotaron, las cianobacterias desarrollaron la capacidad de aprovechar la luz solar, para romper las moléculas de agua de los océanos y combinar el hidrogeno con el dióxido de carbono para producir glucosa, que una vez combinada con el nitrógeno de la atmósfera del suelo y los minerales aportados por el mismo, se formaron los compuestos orgánicos básicos para el metabolismo de los primeros organismos vivos. Además, de la glucosa formada durante la fotosíntesis, también se produjo oxígeno molecular (O₂) como desecho metabólico, siendo la primera contaminación metabólica de alcance global, que fue letal para la vida bacteriana que le antecedió. Así pues, las cianobacterias produjeron otra revolución biológica que fue crucial para el desarrollo de organismos vivos más complejos.

El oxígeno liberado por la fotosíntesis de las cianobacterias, primero causó la oxidación de los metales en el océano, principalmente el hierro y, una vez consumido se liberó a la atmósfera. Al ser utilizado principalmente para la oxidación de los compuestos orgánicos (carbohidratos, proteínas y grasas) para generar energía y otras sustancias estructurales, hormonales, enzimáticas, etc. Además, el oxigeno fue crucial para formación de células más complejas, como es la eucariota con un núcleo en el que se almacena y se protege el material genético (DNA) y diversos organelos distribuidos en el citoplasma rodeado la membrana citoplasmática, que regula el intercambio de materia y energía con el medio ambiente externo e interno de la célula.

Otra función de oxígeno muy importante fue su participación en la formación de colágeno, la proteína más abundante en los organismos más complejos, que les da soporte mecánico y flexibilidad en sus movimientos mecánicos. Con el oxígeno fue posible también el desarrollo de organismos más grandes y complejos con esqueletos, caparazones y cuernos para protegerse de los depredadores. Es decir, el oxígeno hizo posible otra revolución biológica: el surgimiento de organismos más complejos (célula eucariota, plantas y animales).

En cuanto a los seres vivos desde la antigüedad griega hasta mediados del siglo XIX, siempre se concebía que los seres vivos eran inmutables, hasta que Darwin en 1859, publicó su obra: El origen de las especies, en la que argumentó que las especies vivas evolucionan en forma gradual (cuantitativa), sin sobresaltos o cambios bruscos o cualitativos que cuando ocurrían se debían a la insuficiencia de los registros fósiles y son resultado de la competencia en la que sólo sobreviven los más aptos.

No obstante, en la segunda mitad del siglo XX y a principio del siglo XXI hay evidencias de que también la cooperación ha sido fundamental para el desarrollo de formas de vida más complejas. Tanto la célula procariota, como la eucariota, así como los organismos multicelulares más complejos son el resultado de la endosimbiosis. Incluso el planeta Tierra es un superorganismo complejo (Gaia) regulado por la biósfera (esfera viva), principalmente por los microorganismos (microcosmos).

En síntesis, los organismos vivos se desarrollan como resultado de cambios evolutivos y revolucionarios, así como por competencia y colaboración.

 

5. Conclusiones

En el universo lo único que existe es materia en movimiento, por consiguiente, no se descartan nuevos descubrimientos de partículas atómicas. Nuevos descubrimientos de partículas atómicas seguramente serán posibles, pero, la concepción de la materia como realidad objetiva que existe independiente de la conciencia, seguirá siendo válida, por tratarse de una verdad absoluta, resultado de la síntesis de verdades relativas aportadas por la Física, a pesar de que, en el siglo XX, se descubrieron otras partículas atómicas: protones, neutrones y quarks y, en el siglo XXI se añadieron: bosón de Higgs, ondas gravitacionales, leptones, etc.

Las ondas gravitacionales descubiertas en 2015 provenientes del macrocosmos (galaxias y estrellas o soles), son la contraparte de los gravitones (partículas gravitacionales), es decir, se trata de partículas (gravitones) que se mueven en forma ondulatoria, porque no puede existir una onda sin su soporte material.

Los conocimientos químicos durante dos mil quinientos años se han movido en forma gradual (cuantitativa) y a saltos cualitativos (cambios repentinos o bruscos), es decir la química es la unidad contradictoria de la cantidad vs la cualidad y su transición recíproca genera el movimiento químico. La cantidad representa los cambios graduales prolongados que han desembocado en cambios cualitativos o revoluciones químicas.

La vida es el resultado de la acumulación gradual (cuantitativa) de 1000 millones de años para que se produjera un cambio cualitativo: la primera revolución biológica: la aparición de la célula bacteriana procariota hace 3500 millones de años.

La siguiente revolución biológica producida por las cianobacterias, después de otros 1000 millones de años de transformaciones graduales (cuantitativas) produjeron la fotosíntesis para producir sus propios alimentos con intermediación de la radiación solar como fuente de energía, así como la producción de oxígeno molecular que liberaron a la atmósfera como desecho metabólico, hace 2500 millones de años.

 La teoría de la evolución sólo considera los cambios evolutivos o graduales, pero en realidad el origen y desaparición de toda especie viva, es un cambio cualitativo o revolucionarios de los organismos vivos, es decir, el desarrollo biológico es la unidad contradictoria de la evolución vs la revolución.

La teoría de la evolución hace énfasis en la evolución a través de la competencia de la que sólo sobreviven los más aptos, pero en el presente milenio hay evidencias que la simbiosis ha sido crucial en la formación de seres vivos más completos: desde la célula procariota, célula eucariota, algas, plantas, animales, especie humana y el planeta Tierra como un todo funciona como un superorganismo (Gaia) que es regulado por la biósfera, principalmente los microorganismos (microcosmos).

En síntesis, la física, la química y la vida se mueven como resultado de sus contradicciones. Estas en su movimiento se anulan recíprocamente, para generar doble negación y retornar a su punto de partida, pero a un nivel superior, lo que significa que se trata de procesos que se mueven cíclicamente.

 

6. Referencias bibliográficas

Capra Fritjof. 1996.  La trama de la vida. Una nueva perspectiva de los sistemas vivos. Editorial Anagrama, S.A. (1998). Barcelona, España.

Gould Stephen Jay. 2004. La estructura de la teoría de la evolución. TusQuets Editores, S.A. Barcelona, España.

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Lane Nick. 2008. Los diez grandes inventos de la evolución. Editorial Planeta S.A. (2009). Barcelona España.

Margulis Lynn y Sagan Dorion. 1986. Microcosmos. TusQuets Editores, S.A. Barcelona, España.

Margulis Lynn. 2001. El origen de la célula. Editorial Reverte, S.A. Barcelona, España.

Rodríguez Quintero José. 2016. Quarks y gluones. Las entrañas de las partículas elementales. RBA Contenidos Coleccionables, S.A. Madrid, España.

Hacyan Shahen. 2019. Ondas gravitacionales. Las olas invisibles del universo. Fondo de Cultura Económica. Ciudad de México.