Los errores de GAIA: cuando la biosfera metió la pata

Cuando en  1969 el siempre genial  Lovelock  propuso la idea de que nuestro Planeta se comporta como un  superorganismo al que podría calificarse de vivo, poco imaginaba el buen hombre la que iba a liar. O quizás sí, pues en el transcurso de los años ha demostrado ser persona en extremo perspicaz y, como veremos,  con denostado regusto por la polémica.

La idea hoy formalmente conocida como "Hipótesis Gaia" basa sus planteamientos en la existencia a escala planetaria de numerosos mecanismos de autorregulación que afectarían a la temperatura global, composición atmosférica, salinidad de los océanos, y decenas de variables más.

Considerados en conjunto, todos estos mecanismos otorgan a la biosfera una especie de capacidad de regulación de la "habitabilidad" del planeta que en nada se diferencia de la homeostasis que para sí exhibe cualquier ser vivo. Esto es; la capacidad de responder a cambios en el medio ambiente para mantener estables nuestras constantes vitales (temperatura corporal, composición interna, presión arterial, etc) y que es considerada una de las propiedades distintivas de lo que denominamos "vida". Por tanto de alguna forma el planeta podría considerarse un gigantesco organismo, del que animales y plantas serían sus células y mares y atmósfera sus sistemas circulatorios. Su por entonces vecino el escritor Willian Golding (autor de El Señor de las Moscas) le sugirió bautizara a tal organismo con el nombre de la diosa griega de la tierra GAIA.


Según relata en su primer libro Gaia: una nueva visión de la vida en la Tierra (1979) la  idea de ese tipo de propiedades se le ocurrió cuando el Jet Propulsion Laboratory le solicitó asesoramiento para establecer criterios que permitieran la detección de vida en Marte dentro del programa de sondas viking de  la NASA (1965). Lovelock cayó en la cuenta de que ni tan siquiera era preciso enviar una sonda, pues la existencia de vida se manifiesta a escala planetaria alterando profundamente su estado de equilibrio físico-químico.

Un ejemplo: en la atmósfera terrestre coexisten gases como el oxígeno y metano, este último se oxida en presencia del primero y, a las concentraciones terrestres, tiene una esperanza de vida inferior a los diez años. Su elevada presencia en la atmósfera (0.000179% ) es consecuencia inequívoca de su constante emisión por parte de la biosfera. Por tanto bastaría con buscar atmósferas químicamente inestables para asegurar la presencia de vida. Según Lovelock, como Marte y el resto de planetas del Sistema Solar presentan atmósferas en completo equilibrio químico, deben tratarse de planetas  biológicamente muertos. Afirmó que continuar lanzando sondas y más sondas en busca de vida en el Sistema Solar, y esterilizadas además, es una pérdida de tiempo y dinero.

No obstante hoy día con el descubrimiento de numerosos organismos extremófilos se piensa que, si bien ese criterio es un valioso indicador de vida, lo contrario no tiene por que ser cierto, pues la vida no necesariamente debe ser global, y quizás pueda subsistir restringida a microambientes especialmente adecuados (fumarolas, subsuelo, capas fluidas internas, etc.). También se ha descubierto que algunas atmósferas planetarias no están completamente en equilibrio químico, como las de Venus, Marte y Titán.

Es importante entender que  la hipótesis de GAIA fue planteada como una propiedad emergente de un sistema complejo sometido a múltiples mecanismos de autorregulación en el seno de un proceso de coevolución constante. Pero la idea de poder considerar al  planeta como un ser vivo tal cual, caló rápidamente en las hordas de la New Age. Éstos vieron la oportunidad perfecta para resucitar la ancestral creencia animista de una "madre tierra", contra la que ya me he posicionado en alguna ocasión. De esta forma el superorganismo Tierra fue elevado a los altares con el rango de deidad a la que además un científico ya había bautizado con nombre apropiado. Hoy dia el Gaianismo cuenta por miles los creyentes de esta especie de secta neopagana de la new age y por millones los que apoyan sus creencias animistas aprovechando estos supuestos.

Sin embargo ocurre que como todo sistema sometido a un proceso evolutivo al azar, esto es, sin una dirección preestablecida, y por dejarlo claro, sin un "diseño inteligente", las posibilidades de "meter la pata" son grandes.  Richard Dawkins sugirió que la vida, o mejor dicho "otras vidas", pudieron surgir  anteriormente en nuestro mismísimo planeta, y desaparecer exterminadas fruto del intenso bombardeo meteorítico del periodo Hadeense. Hasta podría darse el caso de que alguna de esas biogénesis subsistiera aún en las entrañas de la Tierra. De igual forma es posible que algunas de estas vidas se "autoextinguiera" fruto de un mal paso evolutivo. Desgraciadamente esto nunca lo sabremos, y es mera conjetura, lo que sí sabemos a ciencia cierta es que esta nuestra "vida" (la del ADN y un extraño regusto por las moléculas quirales), ha estado varias veces  a punto de irse al garete por uno de estos traspiés evolutivos.

Como lo oyen, por si no tuviéramos suficiente con tanta extinción por un meteorito, supervolcán, megatsunami, llamaradas solares, supernovas, agujeros negros, y todas esas cosas que los científicos gustan de inventar para reventarnos nuestra plácida siesta a la hora del documental de sobremesa, ahora nos llegan con que el Planeta puede suicidarse en un mero descuido. Si es que, es que....en fin, ya puestos veamos algunos ejemplos  a los que voy a denominar.... los "CUANDOCASIS" (léase con voz trémula y grave). Los cuales, además de demostrar la falta de rumbo preconcebido en el sistema GAIA, de paso van a permitir comentar varios de estos mecanismos de homeostasis que decíamos.


CUANDO CASI NOS ASFIXIAMOS: nuestra actual biosfera está basada en la fotosíntesis oxigénica, un invento de las cianobacterias en el que el agua, al recibir los fotones solares, actúa de donante primario de electrones para la síntesis de la molécula energética por excelencia, el ATP, liberando oxígeno (O₂) como subproducto. Posteriormente el ATP es aprovechado para la síntesis de todo tipo de compuestos orgánicos. Sin embargo son posibles otros tipos de fotosíntesis como la anoxigénica, propia de sulfobacterias en las que el agua no actúa como dador primario de electrones sino el sulfuro de hidrógeno (H₂S) y en lugar de liberar oxígeno acumulan azufre. Las variaciones son grandes y algunas sulfobacterias sustituyen a su vez el H₂S por materia orgánica, como el ácido láctico. Existen también las que no usan la luz y emplean la energía derivada de reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos reducidos para la síntesis de ATP (quimiosíntesis).

Tampoco es necesario respirar oxígeno y muchos organismos como los metanógenos, un tipo de arqueobacterias, respiran CO₂ y exhalan metano (CH₄), otros respiran ácido acético, formiato, metanol, metilamina, sulfuro de dimetilo, etc. Todo este rollo es para dejar claras dos cosas; que la “curiosidad” por experimentar los efectos de todo tipo de sustancias no es exclusiva del género humano, y dos, que son posibles múltiples biosferas.

De hecho, durante los primeros 1000 m.a. de existencia triunfaba la fotosíntesis anoxigénica y la metanogénesis. La consecuencia directa fue una atmósfera muy distinta de la actual, con casi total ausencia de oxígeno y abundancia de metano. En aquellos tiempos la vida, enteramente unicelular, transcurría plácidamente en el seno de mares y océanos, la tierra firme y sus radiaciones era zona prohibida. Pero he aquí que hace entre 3500-2700 m.a. surgió la fotosíntesis oxigénica y el oxígeno, hasta entonces ausente, comenzó a liberarse de forma masiva. Al principio toda la producción era consumida en la oxidación de minerales como el hierro, muy abundante en rocas silicatadas. Pero al cabo de unos cientos de millones de años, a principios del Proterozoico (2400 m.a.), este sumidero se quedó pequeño y la Tierra recibió su primer aliento de aire fresco; el oxígeno comenzó a acumularse en atmósfera y mares. Este crucial momento recibe nombre propio y es conocido como el Gran Evento de Oxigenación, la crisis del oxígeno o la catástrofe del oxígeno pues ocurrió lo inevitable.

El oxígeno resultó ser un potente veneno para los organismos anaerobios, toda la biosfera anaerobia con las múltiples formas de vida a que mil millones de años de evolución dieron lugar, sus increíbles rutas metabólicas, sus adaptaciones a ambientes singulares, todas fueron extinguidas, "gaseadas" para ser precisos. Por contra, los organismos tolerantes al oxígeno proliferaron y se adueñaron del mundo; una nueva biosfera, la oxigénica, se instauró. Los escasos supervivientes del antiguo orden quedaron relegados a microambientes como sedimentos inundados, lagos anóxicos y, hoy día, el estómago de rumiantes. Ciertamente esto del oxígeno no fue un buen invento, al menos a ojos de los millones de especies que se extinguieron.



CUANDO CASI NOS HELAMOS (I):

Llenar la atmósfera de un planeta de oxígeno tuvo no obstante sus ventajas, por un lado se hizo posible su respiración, mucho más eficiente en términos energéticos que la fermentación. Y por otro, conforme su concentración atmosférica aumentaba, el oxígeno reaccionó en la alta atmósfera generando moléculas de O₃. Se había creado la capa de ozono. Ésta, tenía la propiedad insospechada de actuar como cubierta protectora contra la radiación ultravioleta procedente del espacio, con lo que se producían menos mutaciones y radicales libres, el metabolismo era más estable. Los organismos podían ser más longevos y aspirar o locuras tales como tomar el sol en la superficie del mar, pensar en tener un núcleo (que ya tenían edad), ser pluricelulares y, en fin, cosas de esas que a los procariotas les da por hacer si se les concede el tiempo y medios adecuados.

Pero el oxígeno es un ávido oxidante del metano, hasta entonces el principal gas de efecto invernadero. Conforme disminuía el metano en la atmósfera, la temperatura global descendía y aumentaban las cubiertas de hielo y nieve, las cuales reflejaban la luz solar enfriando a su vez más el planeta. Superado un porcentaje de cubierta helada, se generó un efecto de albedo descontrolado y los mantos polares crecieron hasta encontrarse en el ecuador. Es posible que en aquella época nuestro planeta surcara el espacio como una inmensa bola blanca cubierta por una gruesa capa de hielo y temperaturas medias de -50ºC. Hipótesis popularmente conocida como "Tierra bola de nieve" (Snowball Earth), y más técnicamente como glaciaciones huronianas. Se cree que fue el mayor impacto que jamás soportó la Tierra, la vida misma estuvo muy cerca de desaparecer por completo. Con esas condiciones tan sólo pudo subsistir en mínimos reductos como fuentes termales y fumarolas negras oceánicas.

Afortunadamente, con el tiempo las emisiones volcánicas de CO₂ generaron un nuevo efecto invernadero que sacó al planeta de esa "blanca era" y GAIA retomó el mando del planeta. Había surgido una nueva era, la del clima gobernado por el dióxido de carbono. Controlar este tipo de ambientes no debió resultar sencillo pues que se sepa durante el Huroniense se dieron al menos tres episodios más de Tierra Bola de Nieve. Posteriormente hace unos 750 m.a. se sucedieron otros cuatro eventos de glaciación global, aunque con dispar intensidad y muy influidos por otros factores como la particular disposición ecuatorial de lo continentes en aquella época. Está claro que esto de dar con la combinación adecuada de organismos y gases para generar una atmósfera térmicamente adecuada fue por tanteo y error, y no por un buen diseño original.

CUANDO CASI NOS HELAMOS II: cuando las concentraciones de oxígeno alcanzaron niveles cercanos al 20%, cosa que pudo suceder hace unos 500 m.a., los organismos pudieron pensar en ser más grandes. A tales concentraciones el oxígeno difundía hasta su interior sin problemas. Con el tamaño se hicieron necesarias estructuras de sostén o esqueletos. Los primeros esqueletos fueron calcáreos, tipo conchas, y aprovechaban para su síntesis parte del carbono procedente del CO2. Al morir, sus esqueletos carbonatados caían al fondo oceánico donde se acumulaban generando importantes capas de sedimentos que con el tiempo eran subducidas en la corteza terrestre, fundidas y al alcanzar las dorsales oceánicas, el carbono era devuelto a la atmósfera con las emisiones volcánicas. Conformando así un ciclo de captura-liberación de CO2 de unos 100.000 años de duración, que permitía un control aceptable del clima a escalas temporales largas. La cosa esta del clima parecía por fin controlada.

Sin embargo, como sin duda ya habrá descubierto el lector, GAIA es una inqueta alquimista, y hace unos 420 millones de años ideó un nuevo tipo de esqueleto. Esta vez su base era una sustancia revolucionaria denominada lignina, resistente y longeva, que actuaba como cubierta externa a la membrana celular de las plantas. Surgieron así las plantas vasculares, capaces de crecer en vertical en tierra firme. Fue todo un éxito, por fin la zona emergida pudo ser conquistada de forma masiva, y las plantas vasculares evolucionaron en una explosión de vida sin precedentes. Esto supuso la acumulación de ingentes cantidades de madera, para la que, por otra parte, no existían todavía organismos capaces de degradarla. La consecuencia práctica es que el ciclo del CO2 quedó desbalanceado, pues gran parte del CO2 atmosférico acabó secuestrado en forma de enormes depósitos de carbón (de ahí el nombre del periodo Carbonífero). Una vez más la Tierra experimentó las consecuencias de carecer de un efecto invernadero adecuado y una nueva edad de hielo y extinción se cernió sobre la vida.

CUANDO CASI NOS   AHOGAMOS:  Ya sé que en esto de las extinciones masivas todos las asociamos de inmediato a la de hace 65 m.a. con el dichoso meteorito y los desprevenidos dinosaurios. Pero si le preguntan a un paleontólogo por una gran extinción éste les referirá casi con seguridad al episodio del Permo-Triásico de hace 251 m.a. durante el cual desaparecieron el 95% de las especies marinas y aproximadamente el 70% de las terrestres. El impacto sobre la vida fue tan brutal que tardó cuatro millones de años en recuperarse. Se han postulado diversas causas pero recientemente una ha tomado ventaja, se trataría de un venganza..."la venganza del lado oscuro".

Ya he mencionado que tras la catástrofe del oxígeno las hordas de organismos anaerobios quedaron relegadas a determinados microambientes, parecían definitivamente desterrados pero como diría un viejo conocido:

"...frios y calculadores...observaban la tierra con ojos envidiosos mientras tramaban con lentitud sus planes contra nuestra raza.."                                                  (H.G: Wells; “La guerra de los mundos”)

Emisiones de sulfuro de hidrógeno (en verde)
en la costa de Namibia.

Citas aparte, desde los sedimentos marinos los organismos anaerobios liberan importantes cantidades de H₂S, que difunde hacia arriba, donde se encuentra con el oxigeno que difunde hacia abajo, estableciéndose así una frontera o quimioclina que separa ambos reinos. En aguas someras dicha quimioclina se sitúa al alcance de la luz solar y la fotosíntesis anoxigénica de sulfobacterias verdes y purpúreas resulta posible. Si por causas diversas la concentración de oxígeno disuelto disminuye, los bacterias anaerobias resultan favorecidas y comienzan a acumularse importantes cantidades de H₂S bajo la quimioclina, cuyo límite tiende a ascender. Superado cierto umbral crítico, la quimioclina puede romperse y el sulfuro de hidrógeno almacenado largos años ascender de forma repentina y liberarse a la atmósfera.

Escapes puntuales de este tipo resultan habituales en diversas regiones como en las costas de Namibia donde los remolinos verde-pálidos de sulfobacterias son visibles desde los satélites. Sin embargo hace 250 m.a. una potente actividad volcánica pudo generar un efecto invernadero, con el aumento de temperatura la solubilidad del oxígeno en la columna de agua disminuyó y se crearon la condiciones precisas para la rotura de la quimioclina a gran escala. Se estima que se liberó a la atmósfera una cantidad de H₂S 2000 veces superior a la habitual. Las consecuencias fueron fulminantes, los océanos se volvieron anóxicos, los seres terrestres se envenenaron con el gas y la capa de ozono quedó destruida. La venganza fue pues completa. 

Este tipo de extinciones han ocurrido de forma reiterada a lo largo de la historia, reciben el nombre eventos de anoxia oceánica. Son relativamente frecuentes y quedan perfectamente marcadas en los sedimentos por la huella del azufre producido por sulfobacterias, por lo que los geólogos las usan para la datación de estratos de forma análoga al paleomagnetismo. No estamos hablando por tanto de un evento inusual.


CUANDO CASI NOS DESTROZAMOS: con el tiempo, hace sólo cuatro millones de años, GAIA ve surgir un nuevo tipo de organismo que exhibe otra vez una propiedad original con potencial suficiente para cambiar el equilibrio de toda la biosfera. Esta vez no se trata de una nueva ruta metabólica,  ni de un compuesto químico, ni de una estructura de sostén. La propiedad en cuestión no interacciona directamente con las cubiertas fluidas, pero pronto comienza a repetirse la vieja historia. La composición atmosférica y salina de los océanos se modifica, toda la biosfera comienza a sufrir una nueva reestructuración, los ecosistemas sufren recesiones o proliferaciones en función de su adaptación al nuevo orden. En general los sistemas simples, más pobres en especies y con alta capacidad de regeneración resultan favorecidos. Esta vez se trata de una propiedad emergente de la red neuronal: la inteligencia autoconsciente. Surgida en el seno de un grupo de vertebrados tetrápodos, estel grupo en cuestión experimenta una pronta diversificación y un importante boom demográfico análogo al que en su momento ocurrió con las cianofíceas y plantas vasculares, aunque mucho más modesto en términos de biomasa. Nuestra especie ya ha iniciado "de facto" la eliminación del viejo orden.

Se está convirtiendo en costumbre terminar este tipo de escritos con una especie de apología del desastre, con lo que ahora tocaría el repaso a los males mundiales de la humanidad, que si contaminación, efecto invernadero, etc. Lo que dejaría un cierto regusto mesiánico que en nada va con el objetivo del escrito y que recuerden, no era otro, que desmitificar GAIA. Bastaría con darnos cuenta que esto de la inteligencia supone meramente un mecanismo regulador más, en una larga serie de ajustes por prueba y error, y que si el sistema GAIA, tiene alguna consciencia es meramente la nuestra. Por tanto si a alguien compete hacer un "diseño inteligente" es a nosotros. Ale, nos ha tocado.

(Este artículo se publica paralelamente en la comunidad Amazings y participa en los premios de divulgación científica Nikola Tesla)