Durante miles de millones de años, la Tierra fue un planeta sin bosques, sin praderas y sin algas visibles a simple vista. La vida existía, pero la superficie del planeta pertenecía a un mundo microscópico.

Entonces ocurrió algo extraordinario.

Una célula incorporó a otra célula capaz de aprovechar la luz solar. En lugar de destruirla, comenzó a vivir con ella. Con el tiempo, aquella antigua alianza transformó a la célula huésped y convirtió a su antiguo compañero en una estructura que hoy conocemos como cloroplasto.

De esa relación surgió una de las innovaciones evolutivas más importantes de la historia de la Tierra: la fotosíntesis eucariota, el proceso que permitió a determinados organismos eucariotas utilizar la energía de la luz para producir materia orgánica y que, millones de años después, estaría detrás de las algas, las plantas y buena parte de la vida que conocemos.

Pero ¿cuándo ocurrió?

Durante años, los científicos tuvieron dificultades para ponerle una fecha precisa. Uno de los fósiles más importantes para responder esa pregunta es Bangiomorpha pubescens, una antigua alga roja conservada en rocas del Ártico canadiense.

Cuando los investigadores consiguieron determinar con mayor precisión la edad de esas rocas, encontraron algo sorprendente: el organismo vivió hace aproximadamente 1.047 millones de años.

El descubrimiento proporcionó una de las mejores referencias fósiles para reconstruir la historia temprana de la fotosíntesis eucariota. También permitió estimar, mediante relojes moleculares, que la adquisición del aparato fotosintético por los eucariotas pudo haber ocurrido alrededor de 1.25 mil millones de años atrás.

Pero la historia no termina allí.

Investigaciones posteriores han planteado que el origen de los primeros plastidios podría ser incluso mucho más antiguo. Así, aquel fósil del Ártico no cerró definitivamente el misterio: abrió una ventana hacia una de las grandes transiciones evolutivas de nuestro planeta.

Cuando la fotosíntesis todavía no pertenecía a las plantas

La palabra fotosíntesis suele evocar inmediatamente una imagen: una hoja verde recibiendo la luz del Sol.

Pero la fotosíntesis es muchísimo más antigua que las plantas.

Mucho antes de que existieran árboles, flores o incluso algas eucariotas, determinados microorganismos ya habían desarrollado mecanismos para capturar la energía solar. Entre ellos se encontraban las cianobacterias, organismos capaces de realizar fotosíntesis oxigénica y liberar oxígeno como subproducto.

Aquella capacidad cambió progresivamente la química del planeta.

Durante una enorme parte de la historia terrestre, la atmósfera y los océanos presentaban condiciones muy diferentes de las actuales. La proliferación de organismos fotosintéticos comenzó a alterar esos ambientes y, finalmente, contribuyó a la acumulación de oxígeno libre.

La vida había encontrado una nueva fuente de energía.

Pero todavía faltaba una revolución.

La fotosíntesis podía ser realizada por células relativamente simples, pero las células eucariotas —mucho más complejas— terminarían incorporando esa capacidad dentro de su propia arquitectura celular.

El protagonista de esta transformación no fue una planta.

Fue una célula.

La aparición de los eucariotas

Los eucariotas son organismos cuyas células poseen un núcleo delimitado por una membrana y una compleja organización interna. En este enorme grupo se encuentran animales, plantas, hongos, algas y numerosos organismos unicelulares.

La evolución de los eucariotas representó una transformación fundamental en la historia de la vida.

Sin embargo, durante mucho tiempo existió una pregunta difícil de responder: ¿cómo consiguieron algunos eucariotas convertirse en organismos fotosintéticos?

La respuesta está relacionada con uno de los procesos más fascinantes de la biología evolutiva: la endosimbiosis.

La idea fundamental es sencilla de explicar, aunque sus consecuencias fueron extraordinarias.

Una célula ancestral incorporó una bacteria fotosintética. Pero aquella bacteria no fue destruida. En algún momento se estableció una relación simbiótica tan estrecha que ambas dejaron de funcionar como entidades completamente independientes.

Generaciones después, la antigua bacteria se había convertido en un plastidio.

En las plantas y algas verdes, el plastidio fotosintético es el cloroplasto.

La célula había adquirido, en cierto sentido, una nueva forma de alimentarse.

El cloroplasto: una antigua bacteria convertida en orgánulo

El cloroplasto moderno todavía conserva pistas de su pasado.

Una de las evidencias más importantes de su origen endosimbiótico es que los cloroplastos poseen ADN propio. Su material genético no es idéntico al del núcleo de la célula que los contiene y conserva características que recuerdan a las bacterias.

Además, los cloroplastos presentan otras características compatibles con un origen bacteriano.

La explicación evolutiva más aceptada es que un antiguo eucariota incorporó una cianobacteria capaz de realizar fotosíntesis oxigénica. La relación fue inicialmente simbiótica y, con el paso de enormes periodos de tiempo, muchos genes de aquella bacteria fueron transferidos al núcleo de la célula huésped.

La antigua bacteria dejó de ser una célula independiente.

Se convirtió en parte de la célula.

Este acontecimiento recibe el nombre de endosimbiosis primaria y constituye uno de los grandes puntos de inflexión de la evolución eucariota.

Pero ponerle fecha es mucho más complicado.

Bangiomorpha pubescens: una fotografía fósil de un mundo perdido

En 1990, investigadores descubrieron en rocas del Ártico canadiense unos fósiles particularmente interesantes.

El organismo fue denominado Bangiomorpha pubescens.

A primera vista podría parecer un fósil más entre los innumerables restos de organismos que se han conservado en las rocas de la Tierra. Sin embargo, su importancia era extraordinaria.

Su morfología presenta una notable semejanza con las algas rojas modernas, pertenecientes al grupo de los rodófitos.

Si la interpretación es correcta, Bangiomorpha representa uno de los ejemplos más antiguos conocidos de un eucariota con características compatibles con una vida fotosintética.

Eso convierte al fósil en una pieza excepcional.

No estamos observando simplemente una forma de vida antigua.

Estamos observando una posible representación de un momento en el que la fotosíntesis ya formaba parte de la biología de los eucariotas.

El problema era saber exactamente cuándo vivió.

Un fósil antiguo con una edad incierta

Las primeras estimaciones colocaban la edad de Bangiomorpha pubescens dentro de un intervalo extraordinariamente amplio.

Las cifras propuestas oscilaban aproximadamente entre 720 millones y 1.200 millones de años.

Para la vida cotidiana, una diferencia de cientos de millones de años parece imposible de imaginar.

Para la historia evolutiva, sin embargo, puede cambiar completamente nuestra interpretación.

Si Bangiomorpha hubiera vivido hace 720 millones de años, pertenecería a un mundo muy diferente del que existía 1.200 millones de años atrás.

La edad exacta también afecta a los llamados relojes moleculares, herramientas utilizadas para estimar cuándo se separaron o aparecieron determinados linajes evolutivos.

Por eso era fundamental conseguir una datación más precisa.

La respuesta estaba escondida en las rocas que rodeaban al fósil.

Una expedición al Ártico

Para determinar la edad de las capas geológicas asociadas con Bangiomorpha, un equipo de investigadores de la Universidad McGill viajó a una región remota de la isla de Baffin, en el Ártico canadiense.

El trabajo de campo no tenía nada de sencillo.

Los investigadores tuvieron que instalar un campamento en un entorno escarpado y trabajar con condiciones meteorológicas difíciles. Incluso durante el verano ártico, las tormentas y los fuertes vientos podían convertir el trabajo de campo en una tarea complicada.

Su objetivo no era simplemente encontrar más fósiles.

Necesitaban estudiar las rocas situadas alrededor de la capa que contenía Bangiomorpha.

En particular, recolectaron muestras de pizarra negra, una roca sedimentaria que podía contener información geoquímica útil para establecer la edad de los estratos.

La clave estaba en los elementos químicos atrapados en aquellas rocas.

La datación mediante renio-osmio

Para establecer la edad de las rocas, los investigadores recurrieron a una técnica conocida como datación renio-osmio (Re-Os).

El método aprovecha la desintegración radiactiva de un isótopo de renio para producir un isótopo de osmio a una tasa conocida.

Con las condiciones adecuadas, la proporción entre ambos elementos puede utilizarse como un reloj geológico.

La técnica resulta especialmente útil para determinados materiales sedimentarios ricos en materia orgánica y ha permitido establecer edades con una precisión que antiguas aproximaciones no podían ofrecer.

El resultado fue notable.

Las rocas asociadas con Bangiomorpha pubescens tenían una edad de aproximadamente 1.047 millones de años.

La cifra reducía considerablemente la incertidumbre existente.

El fósil no pertenecía a un pasado cercano a las primeras plantas terrestres.

Era mucho más antiguo.

Bangiomorpha había vivido más de mil millones de años atrás, cuando los ecosistemas de la Tierra eran completamente diferentes de los actuales.

¿Qué nos dice realmente Bangiomorpha?

Aquí conviene hacer una distinción importante.

Encontrar un fósil de aproximadamente 1.047 millones de años con características semejantes a las algas rojas modernas no significa que acabemos de encontrar al “primer antepasado de las plantas”.

Tampoco significa que Bangiomorpha sea el antepasado directo de todas las plantas actuales.

La evolución no funciona como una escalera perfectamente ordenada en la que cada fósil representa el siguiente peldaño hacia nosotros.

Es más parecido a un árbol gigantesco lleno de ramas, muchas de las cuales surgieron, evolucionaron durante millones de años y finalmente desaparecieron.

Lo que Bangiomorpha proporciona es algo diferente y quizá más valioso: una restricción temporal para reconstruir la historia de la fotosíntesis eucariota.

Si este organismo poseía características propias de un alga roja fotosintética, entonces la maquinaria evolutiva necesaria para sostener ese modo de vida debía existir, como mínimo, en ese momento.

El fósil se convierte así en una referencia para el reloj evolutivo.

El reloj molecular entra en escena

Los fósiles proporcionan puntos de referencia, pero no todos los acontecimientos evolutivos dejan un fósil reconocible.

Aquí entran en juego los relojes moleculares.

La idea general consiste en comparar diferencias genéticas entre organismos y utilizar modelos evolutivos para estimar cuánto tiempo pudo haber transcurrido desde que sus linajes compartieron un antepasado.

El método depende de múltiples supuestos y necesita ser calibrado con evidencias independientes.

Por eso un fósil bien fechado puede ser extraordinariamente importante.

La edad estimada para Bangiomorpha fue utilizada como punto de calibración para modelos moleculares destinados a reconstruir la historia temprana de la fotosíntesis eucariota.

El resultado publicado en 2017 situó el origen de la fotosíntesis eucariota aproximadamente 1.25 mil millones de años atrás.

La diferencia entre 1.25 mil millones de años y los 1.047 mil millones de años del fósil es importante.

No significa que los primeros eucariotas fotosintéticos aparecieran exactamente cuando apareció Bangiomorpha.

Significa que el fósil proporciona una referencia dentro de un proceso evolutivo que probablemente comenzó antes.

Una pregunta más difícil: ¿cuándo apareció el primer plastidio?

Aquí la historia se vuelve todavía más interesante.

La estimación de aproximadamente 1.25 mil millones de años fue una contribución importante, pero no debe interpretarse como la fecha definitiva del nacimiento del primer cloroplasto.

Los relojes moleculares dependen de los datos utilizados, de los modelos evolutivos y de los fósiles empleados para calibrarlos.

Además, los fósiles conservan únicamente una pequeña fracción de la historia de la vida.

Un organismo fotosintético pudo haber existido durante cientos de millones de años antes de que apareciera en el registro fósil un organismo que pudiéramos reconocer con suficiente seguridad.

Por eso la investigación continúa.

Estudios filogenéticos y moleculares posteriores han propuesto escenarios en los que el origen de los plastidios primarios podría remontarse mucho más atrás, incluso a más de 1.5 mil millones de años y, en algunas reconstrucciones recientes, a intervalos cercanos a 2.1–1.8 mil millones de años.

Estas propuestas no eliminan la importancia de Bangiomorpha.

Al contrario.

Demuestran por qué los fósiles y la genética deben utilizarse conjuntamente para reconstruir acontecimientos que ocurrieron en un pasado tan remoto.

La ciencia no necesita que una primera estimación sea definitiva para que resulte extraordinariamente útil.

Necesita que cada nueva evidencia permita reducir la incertidumbre.

El misterio de los “mil millones aburridos”

La edad de Bangiomorpha también tiene implicaciones para una etapa particularmente intrigante de la historia terrestre conocida informalmente como el “Boring Billion”, o “los mil millones aburridos”.

El término se utiliza para describir aproximadamente el intervalo comprendido entre hace 1.800 y 800 millones de años, una época que durante mucho tiempo pareció presentar relativamente pocos cambios dramáticos en comparación con otros periodos de la historia de la Tierra.

No significa que durante mil millones de años no ocurriera nada.

Significa que, desde determinadas perspectivas geológicas y biológicas, el planeta parecía experimentar una estabilidad extraordinariamente prolongada.

Pero esa imagen ha comenzado a cambiar.

Los estudios geológicos y paleobiológicos han encontrado evidencias de que los océanos, la química ambiental y los ecosistemas de aquel periodo eran mucho más dinámicos de lo que sugería la antigua visión.

Y Bangiomorpha encaja perfectamente en esa nueva imagen.

Mientras el planeta parecía estar atravesando una etapa de relativa estabilidad, la evolución estaba experimentando transformaciones fundamentales a escala microscópica.

La evolución estaba trabajando en silencio

Imaginemos la Tierra de hace poco más de mil millones de años.

No había ciudades.

No había animales caminando sobre continentes.

No había bosques extendiéndose hasta el horizonte.

La mayoría de los ecosistemas eran invisibles para cualquier observador humano.

Los océanos estaban habitados por bacterias, arqueas y organismos eucariotas. Algunos organismos fotosintéticos capturaban energía procedente del Sol y transformaban dióxido de carbono y agua en materia orgánica.

Y, en algún lugar de ese mundo remoto, existían organismos como Bangiomorpha.

Desde nuestra perspectiva, aquel planeta podría parecer casi inmóvil.

Pero la evolución no necesita producir criaturas gigantescas para transformar la historia.

A veces una revolución comienza dentro de una célula.

La adquisición de un plastidio permitió que determinados eucariotas accedieran directamente a una fuente de energía extraordinariamente abundante: la luz solar.

Esa innovación abrió nuevas posibilidades ecológicas y evolutivas.

De las algas antiguas a las plantas

La historia de las plantas terrestres no comenzó cuando una primera planta apareció sobre un continente.

Comenzó mucho antes.

Los primeros linajes eucariotas fotosintéticos dieron lugar a una extraordinaria diversificación de organismos. Entre ellos se encuentran los grandes grupos de algas que forman parte de la historia profunda de los plastidios.

Las algas rojas representan uno de esos linajes.

Las algas verdes representan otro, y dentro de estas últimas se encuentra el linaje evolutivo que finalmente condujo a las plantas terrestres.

Las plantas modernas, por tanto, son el resultado final de una historia que conecta microbiología, endosimbiosis, evolución celular, ecología y geología.

Cuando observamos un bosque, estamos viendo la expresión tardía de un acontecimiento ocurrido a escala microscópica muchísimo tiempo atrás.

La hoja verde es, en cierto sentido, la descendiente remota de una antigua alianza entre células.

Una antigua alianza que cambió el planeta

La endosimbiosis no fue simplemente una curiosidad de la evolución celular.

Cambió las posibilidades energéticas de los eucariotas.

Los organismos capaces de realizar fotosíntesis pudieron producir materia orgánica utilizando energía solar. Eso modificó las relaciones ecológicas y abrió nuevas rutas evolutivas.

Con el tiempo, los descendientes de aquellos linajes fotosintéticos llegarían a dominar enormes regiones de los océanos y, mucho después, algunos grupos conquistarían los ambientes terrestres.

Las plantas transformarían los continentes.

Formarían bosques.

Crearían hábitats.

Modificarían los ciclos del carbono y del agua.

Y contribuirían a producir una parte fundamental de la materia orgánica que sostiene las redes alimentarias de la biosfera.

Todo ello puede rastrearse, en última instancia, hasta una transformación celular que ocurrió mucho antes de que existieran las plantas tal como las conocemos.

Un fósil que nos permite mirar más de mil millones de años atrás

Bangiomorpha pubescens no es simplemente un fósil antiguo.

Es una pieza de evidencia que permite conectar tres escalas diferentes de la historia de la Tierra.

Primero está la geología, que conserva las rocas y permite determinar cuándo se formaron.

Después está la paleontología, que identifica organismos desaparecidos y reconstruye sus características.

Finalmente está la biología evolutiva, que utiliza fósiles y datos genéticos para reconstruir las relaciones entre los organismos y estimar cuándo ocurrieron determinadas innovaciones.

Cuando estas disciplinas se encuentran, una roca puede convertirse en algo parecido a una máquina del tiempo.

La datación de las rocas del Ártico permitió establecer que Bangiomorpha vivió hace aproximadamente 1.047 millones de años. Esa referencia ayudó a calibrar modelos que situaron la fotosíntesis eucariota alrededor de 1.25 mil millones de años atrás.

Pero la investigación posterior nos recuerda algo todavía más importante.

Una fecha científica no siempre es el final de una historia. A veces es el punto desde el cual comienza una pregunta mejor.

La verdadera revolución ocurrió dentro de una célula

La historia de la fotosíntesis eucariota puede parecer, a primera vista, una historia sobre algas antiguas.

En realidad, es una historia sobre la capacidad de la vida para combinarse.

Una bacteria fotosintética poseía una habilidad extraordinaria: capturar energía de la luz.

Una célula eucariota poseía otra: una arquitectura celular compleja.

La evolución encontró una manera de unir ambas.

El resultado fue algo completamente nuevo.

Con el paso de cientos de millones de años, aquella asociación transformó la biología de sus descendientes y preparó el camino para las algas, las plantas y los ecosistemas terrestres que acabarían cubriendo el planeta.

Quizá esa sea la mayor lección escondida en Bangiomorpha pubescens.

Las grandes transformaciones de la Tierra no siempre comienzan con una explosión, una montaña o un cataclismo.

A veces comienzan con una célula que, en lugar de destruir a otra célula, decide conservarla.

Y más de mil millones de años después, seguimos viviendo dentro de las consecuencias de aquella antigua alianza.