Origen e Historia Evolutiva de la Vida

Formación de la Tierra y Condiciones Primitivas

La Tierra se formó hace unos 4,600 millones de años (Ma).

  • Su atmósfera primitiva contenía dióxido de carbono, vapor de agua, monóxido de carbono, hidrógeno y nitrógeno; probablemente también amoniaco, sulfuro de hidrógeno y metano.
  • Existía poco o nada de oxígeno libre. Esto era fundamental, ya que se requerían condiciones anaeróbicas para la formación de moléculas orgánicas complejas sin que se oxidaran rápidamente.
  • El ambiente era de alta energía: frecuentes tormentas eléctricas, erupciones volcánicas, bombardeo de objetos estelares e intensa radiación ultravioleta.
  • Además, había abundancia de minerales inorgánicos disueltos en los océanos primitivos y el factor crucial del tiempo (cientos de millones de años).
  • Se proponen diversas hipótesis sobre el origen de la vida, como la “sopa prebiótica” en aguas superficiales o el “mundo hierro-sulfuro” en fuentes hidrotermales submarinas.

Evidencias de Vida y Primeros Organismos

Las primeras evidencias de vida son indirectas y directas:

  • Pruebas geoquímicas (no fósiles): Isótopos de carbono en rocas de Groenlandia sugieren actividad biológica hace unos 3,800 Ma, aunque existe debate sobre si estas firmas químicas podrían ser producto de procesos geológicos abióticos.
  • Microfósiles: Estructuras celulares fosilizadas datadas en 3,500 Ma, encontradas en rocas antiguas de Pilbara (Australia) y Barberton (Sudáfrica), interpretadas como restos de procariotas primitivos.
  • Estromatolitos: Estructuras laminares formadas por la actividad de comunidades microbianas, principalmente cianobacterias fotosintéticas. Se conocen estromatolitos fósiles muy antiguos (más de 3,000 Ma) y existen ejemplos vivos en lugares como:
    • Bacalar (Quintana Roo, México)
    • Cuatro Ciénegas (Coahuila, México)
    • Laguna Alchichica (Puebla, México)
    • Shark Bay (Australia)

Escala del Tiempo Geológico

La inmensa historia de la Tierra se divide jerárquicamente en:

  1. Eones: Las mayores divisiones (Arcaico, Proterozoico, Fanerozoico).
  2. Eras: Subdivisiones de los eones (ej., Paleozoica, Mesozoica, Cenozoica dentro del Fanerozoico).
  3. Periodos: Subdivisiones de las eras (ej., Cámbrico, Jurásico, Paleógeno).
  4. Épocas: Subdivisiones de los periodos (ej., Pleistoceno, Holoceno dentro del Cuaternario).

Eón Arcaico

Abarca desde la formación de la Tierra (hace 4,600 Ma) hasta hace 2,500 Ma. Se caracteriza por la formación de las primeras cortezas continentales y océanos, y el origen de la vida procariota. Se conoce en menor medida porque sus rocas suelen estar profundamente enterradas o han sido transformadas por altas temperaturas y presiones (metamorfismo), aunque existen afloramientos importantes como en el Gran Cañón (Colorado, EE. UU.).

Desarrollo de la Vida y Cambios Atmosféricos

La Gran Oxidación

La invención de la fotosíntesis oxigénica por parte de las cianobacterias marcó un punto de inflexión. Estos organismos autótrofos comenzaron a liberar oxígeno como subproducto. Aunque se supone que los organismos heterótrofos (que consumen materia orgánica) surgieron antes, las pruebas fósiles directas son escasas.

Hace unos 2,300 Ma, la acumulación de oxígeno en la atmósfera (evento conocido como la Gran Oxidación o Catástrofe del Oxígeno) cambió drásticamente el ambiente terrestre, permitiendo la evolución de la respiración aerobia, mucho más eficiente energéticamente, que eventualmente ayudó a equilibrar la composición atmosférica.

Aparición de los Eucariontes

Evidencias geoquímicas (biomarcadores como los esteranos, lípidos complejos que las bacterias no producen) sugieren la presencia de los primeros eucariontes (organismos con células complejas y núcleo definido) hace unos 2,700 Ma. Las pruebas paleontológicas (fósiles celulares más grandes y complejos) datan de hace unos 2,200 Ma.

Endosimbiosis

La teoría de la endosimbiosis explica el origen de orgánulos clave en eucariontes: mitocondrias (centrales energéticas) y cloroplastos (sitios de la fotosíntesis). Se postula que estos orgánulos fueron originalmente bacterias de vida libre que fueron engullidas por otras células hospedadoras, estableciendo una relación simbiótica. Evidencias clave incluyen que mitocondrias y cloroplastos poseen su propio ADN (similar al bacteriano) y ribosomas. Actualmente, se observan fenómenos de endosimbiosis, como algas viviendo dentro de corales o bacterias dentro de protozoarios (incluso dentro de las termitas).

Eón Proterozoico (2,500 Ma – 542 Ma)

Este eón, que significa “vida temprana”, estuvo poblado principalmente por procariotas y los primeros eucariontes unicelulares y coloniales. Hacia el final del Proterozoico, aparecen las primeras formas de vida pluricelular compleja.

Periodo Ediacárico (aprox. 635 – 542 Ma)

Nombrado por las colinas de Ediacara al sur de Australia, este periodo alberga los fósiles más antiguos conocidos de organismos pluricelulares macroscópicos. La “Fauna de Ediacara” incluye formas de cuerpo blando, a menudo con simetrías extrañas (radiales, bilaterales primitivas, fractales), cuya relación con los animales modernos es objeto de debate. La mayoría de estos linajes se extinguieron antes del siguiente periodo.

Eón Fanerozoico (542 Ma – presente)

Significa “vida visible”. Se caracteriza por la abundancia de fósiles de organismos complejos con partes duras (conchas, esqueletos).

Era Paleozoica (542 – 251 Ma; ~291 Ma de duración)

La “era de la vida antigua”, marcada por una gran diversificación animal y la colonización del medio terrestre. Se divide en seis periodos:

Cámbrico
  • Conocido por la “Explosión Cámbrica”, un evento de rápida diversificación evolutiva donde aparecen la mayoría de los filos animales modernos. Este evento pudo ser impulsado por factores ambientales (aumento del oxígeno, cambios químicos en el océano) y biológicos (desarrollo de partes duras, nuevas interacciones ecológicas como la depredación).
  • Surge una gran diversidad de formas marinas: esponjas, cnidarios (corales primitivos), equinodermos (crinoideos, estrellas de mar primitivas), moluscos (caracoles, bivalvos, cefalópodos primitivos), braquiópodos, artrópodos (incluyendo los icónicos trilobites) y los primeros cordados (incluyendo pequeños peces sin mandíbulas).
Ordovícico
  • Gran parte de los continentes estaban cubiertos por mares someros cálidos.
  • Gran diversificación de la vida marina (el “Gran Evento de Biodiversificación Ordovícica”). Aparecen cefalópodos gigantes (algunos nautiloideos de concha recta alcanzaron varios metros), los primeros arrecifes de coral robustos, y se diversifican los peces sin mandíbulas (ostracodermos).
  • Se encuentran las primeras evidencias de plantas terrestres (esporas).
Silúrico
  • Diversificación de los peces sin mandíbulas y aparición de los primeros peces con mandíbulas (gnatóstomos).
  • Colonización significativa del medio terrestre por plantas vasculares primitivas (similares a pequeños helechos) y los primeros animales de respiración aérea (artrópodos como milpiés y arácnidos primitivos) que probablemente se alimentaban de detritos vegetales.
Devónico
  • Conocido como la “Edad de los Peces” debido a la gran diversificación de peces con mandíbulas, que les permitían masticar, morder y explorar nuevos nichos ecológicos.
  • Dominan los placodermos acorazados, tiburones primitivos y dos linajes principales de peces óseos: los de aletas lobuladas (sarcopterigios, como el celacanto, ancestros de los tetrápodos) y los de aletas radiadas (actinopterigios, antecesores de la mayoría de los peces modernos).
  • En el Devónico superior, aparecen los primeros tetrápodos (vertebrados de cuatro patas), anfibios primitivos grandes (como Ichthyostega y Acanthostega) que aún retenían fuertes lazos con el agua.
  • Aparecen los primeros insectos (sin alas).
  • Gran expansión de las plantas vasculares: se forman los primeros bosques con helechos arbóreos, licopodios, equisetos y progimnospermas (plantas con madera y esporas, precursoras de las plantas con semilla).
Carbonífero
  • Nombrado por los extensos bosques pantanosos ecuatoriales que dieron origen a los grandes depósitos de carbón actuales.
  • Radiación adaptativa de los anfibios, que eran diversos y dominantes en muchos ecosistemas acuáticos y semiacuáticos.
  • Surgimiento de los reptiles a partir de un linaje de anfibios. La clave fue el desarrollo del huevo amniota, que permitía la reproducción fuera del agua. Los primeros reptiles divergen en dos linajes principales:
  • Saurópsidos: Darán origen a tortugas, lagartos, serpientes, cocodrilos, dinosaurios y aves.
  • Sinápsidos: Conducirán a los reptiles mamiferoides del Pérmico y Mesozoico, y finalmente a los mamíferos.
  • Se originan y diversifican grupos importantes de insectos, incluyendo formas gigantes (posiblemente debido a mayores niveles de oxígeno atmosférico) como libélulas (Meganeura) con envergaduras de hasta 70 cm y cucarachas primitivas.
Pérmico
  • El clima global se vuelve más seco y frío con la formación del supercontinente Pangea.
  • Diversificación de los reptiles (tanto saurópsidos como sinápsidos), que dominan la vida terrestre, con formas carnívoras y herbívoras.
  • Aparición y diversificación de los terápsidos (un grupo avanzado de sinápsidos), que incluyen a los ancestros directos de los mamíferos y muestran características cada vez más mamiferoides (dientes diferenciados, posible endotermia).
  • Expansión y dominio de comunidades vegetales adaptadas a climas más secos, con la dispersión de coníferas y la aparición de cicadáceas y ginkgos.

Extinción Masiva del Pérmico-Triásico (hace 251 Ma)

El final del Paleozoico está marcado por el evento de extinción más severo de la historia de la vida. Se estima que extinguió más del 90% de las especies marinas y más del 70% de los géneros de vertebrados terrestres en un periodo geológicamente corto (posiblemente decenas o cientos de miles de años). Las causas probables incluyen masivas erupciones volcánicas en Siberia (las “Siberian Traps”), que liberaron enormes cantidades de gases de efecto invernadero, causando calentamiento global extremo, acidificación oceánica y anoxia (falta de oxígeno) en los mares.

Era Mesozoica (251 – 66 Ma; ~185 Ma de duración) – La Edad de los Reptiles

Tras la extinción pérmica, la vida se recuperó lentamente y los reptiles se convirtieron en los vertebrados dominantes en tierra, mar y aire.

  • Durante este periodo aparecen la mayoría de los órdenes modernos de insectos.
  • Los moluscos (caracoles, bivalvos, ammonites) y equinodermos (erizos de mar) aumentan en número y diversidad.
  • Las gimnospermas (coníferas, cicadáceas, ginkgos) dominaron los paisajes terrestres hasta mediados del Cretácico, cuando comenzaron a diversificarse las plantas con flores (angiospermas).
Triásico
  • Los reptiles supervivientes experimentan una gran radiación adaptativa:
  • Terrestres: Incluyen diversos grupos de arcosaurios (el linaje que incluye cocodrilos, pterosaurios y dinosaurios), así como los últimos terápsidos (cinodontos, cada vez más parecidos a mamíferos) y los primeros dinosaurios hacia el final del periodo.
  • Voladores: Aparecen los pterosaurios, los primeros vertebrados voladores.
  • Marinos: Surgen y se diversifican grandes grupos de reptiles marinos adaptados a la vida acuática, como los ictiosaurios (con forma similar a delfines) y los plesiosaurios (de cuello largo o corto).
  • Aparición de los primeros mamíferos verdaderos, derivados de terápsidos cinodontos. Eran probablemente animales pequeños, nocturnos e insectívoros, que coexistieron con los dinosaurios.
Jurásico y Cretácico
  • Consolidación y dominio de los grandes grupos de reptiles. Se diversifican cocodrilos, lagartos, serpientes y tortugas.
  • Dinosaurios: Se convierten en los vertebrados terrestres dominantes. La visión científica sobre ellos ha cambiado drásticamente: ya no se consideran simplemente ectotermos lentos, sino animales activos, posiblemente con metabolismos elevados (endotermia en muchos casos) y conductas complejas (cortejos, cuidado parental, vida en manadas, caza en grupo). Se dividen en dos grandes linajes:
    • Saurisquios (“cadera de lagarto”): Incluyen a los terópodos (carnívoros bípedos, desde pequeños como Compsognathus hasta gigantes como Tyrannosaurus, Giganotosaurus y Carcharodontosaurus) y a los saurópodos (herbívoros cuadrúpedos gigantes de cuello largo, como Diplodocus, Brachiosaurus y Argentinosaurus).
    • Ornitisquios (“cadera de ave”, aunque evolucionaron independientemente de las aves): Todos herbívoros, a menudo con picos córneos. Incluyen grupos diversos como los tireóforos (dinosaurios acorazados como Ankylosaurus y estegosaurios), marginocéfalos (ceratopsios como Triceratops y paquicefalosaurios) y ornitópodos (como los hadrosaurios o “dinosaurios pico de pato”).
  • Aves: Aparecen a finales del Jurásico, evolucionando a partir de pequeños dinosaurios terópodos del linaje saurisquio. Archaeopteryx (aprox. 150 Ma) es uno de los fósiles de transición más famosos, mostrando una mezcla de características reptilianas (dientes, garras en las alas, larga cola ósea) y avianas (plumas). Durante el Cretácico, las aves se diversificaron notablemente (ej., Confuciusornis, Sinornis, Enantiornithes, Hesperornithes). Las aves modernas (Neornithes) también tienen su origen en el Cretácico.
  • Plantas con flores (Angiospermas): Aparecen a principios del Cretácico y se diversifican rápidamente, convirtiéndose en dominantes en muchos ecosistemas hacia el final del periodo.
Extinción Masiva del Cretácico-Paleógeno (K-Pg) (hace 66 Ma)

Al final del Cretácico, ocurre otra gran extinción masiva, famosa por acabar con los dinosaurios no avianos, pterosaurios, reptiles marinos grandes (plesiosaurios, mosasaurios), ammonites y muchos otros grupos. La causa principal aceptada es el impacto de un asteroide de unos 10 km de diámetro en la península de Yucatán (México), que formó el cráter Chicxulub (de ~180-200 km de diámetro). El impacto y sus consecuencias globales (tsunamis masivos, incendios globales, “invierno nuclear” por el polvo y aerosoles bloqueando el sol, seguido de efecto invernadero) causaron el colapso de las cadenas tróficas. A nivel global, se encuentra una capa de arcilla rica en iridio (elemento raro en la corteza terrestre pero común en asteroides) que marca este límite temporal (límite K-Pg).

Era Cenozoica (66 Ma – presente) – La Era de los Mamíferos y las Aves

Tras la extinción K-Pg, los mamíferos y las aves, que sobrevivieron al evento, experimentaron una espectacular radiación adaptativa, ocupando los nichos ecológicos dejados vacantes por los grandes reptiles.

  • Se subdivide tradicionalmente en los periodos Paleógeno (66-23 Ma) y Neógeno (23-2.6 Ma), seguidos por el Cuaternario (2.6 Ma – presente).
  • Las plantas con flores (angiospermas) se diversifican enormemente y dominan los ecosistemas terrestres.
Periodo Paleógeno (Paleoceno, Eoceno, Oligoceno)
  • Paleoceno: Recuperación de la vida tras la extinción. Radiación inicial de mamíferos, incluyendo los primeros de gran tamaño.
  • Eoceno: Clima global muy cálido (“Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno”), con bosques tropicales extendiéndose hacia latitudes altas. Gran diversificación de los mamíferos, con la aparición de la mayoría de los órdenes modernos (primates, cetáceos, perisodáctilos, artiodáctilos, carnívoros, roedores, etc.). También ocurre una importante radiación de las aves modernas. Existieron aves terrestres gigantes no voladoras, como Gastornis.
  • Oligoceno: Tendencia hacia un clima global más frío y seco. Aparición de muchas familias modernas de mamíferos. Surgen los primeros simios (catarrinos) en África. Paraceratherium (un pariente gigante extinto de los rinocerontes) se convierte en el mamífero terrestre más grande conocido, habitando Eurasia.
Periodo Neógeno (Mioceno, Plioceno)
  • Mioceno: Continúa el enfriamiento y la aridificación global, favoreciendo la expansión de pastizales y sabanas. Esto impulsa la evolución de mamíferos herbívoros adaptados a pastar (caballos, bóvidos, etc.) y sus depredadores. Diversificación de los simios; en África, aparecen los primeros homíninos (el linaje que conduce a los humanos).
  • Plioceno: Clima similar al actual, aunque con fluctuaciones. Evolución y diversificación de los homíninos bípedos en África, como Australopithecus. Hacia finales del Plioceno o principios del Pleistoceno (hace aproximadamente 2.5-2.8 Ma), surge el género Homo.
Periodo Cuaternario (Pleistoceno, Holoceno)
  • Pleistoceno: Caracterizado por ciclos de glaciaciones (“Edades de Hielo”) que afectaron drásticamente los climas y niveles del mar a nivel global. Desarrollo de una notable megafauna (mamuts, mastodontes, tigres dientes de sable, perezosos gigantes, gliptodontes, etc.) en varios continentes. Evolución del género Homo, con la aparición de especies como Homo erectus, Homo neanderthalensis y finalmente Homo sapiens (nuestra especie) en África, que luego se expande por todo el mundo.
  • Gran parte de la megafauna se extingue al final del Pleistoceno (hace unos 12,000-10,000 años), coincidiendo con el fin de la última glaciación y la expansión global de Homo sapiens. Las causas probables son una combinación de cambio climático rápido y presión cinegética humana.
  • Holoceno: Época actual (últimos ~11,700 años), un periodo interglacial relativamente estable. Caracterizada por el desarrollo de la agricultura, la civilización humana y su creciente impacto en la biosfera global (el Antropoceno).