Entradas etiquetadas como ‘origen del universo’

El origen del género Homo: ¿de dónde venimos?

JM Bermúdez de Castro

Por José María Bermúdez de Castro Risueño (CENIEH)*

En este mismo blog, Alberto Fernández Soto y Carlos Briones nos han ilustrado sobre el origen del universo y sobre el origen de la vida, respectivamente. Me toca terminar esta trilogía hablando sobre los seres humanos, la guinda final (por el momento) de los acontecimientos más importantes de una larga historia de 13.800 millones de años.

Durante las últimas cuatro décadas el estudio de la evolución humana ha dado pasos de gigante gracias al hallazgo de numerosos yacimientos, el uso de técnicas revolucionarias, los nuevos enfoques metodológicos y, sobre todo,la capacidad para abordar los problemas desde una perspectiva multi e interdisciplinar.

Figura 2. Este dibujo recrea una escena cotidiana de las sabanas africanas del Pleistoceno Inferior (hace unos dos millones de años), en las que nuestros ancestros daban buena cuenta de una presa. Las herramientas de piedra podían construirse en el mismo lugar, para después ser abandonadas. Dibujo realizado por Eduardo Saiz.

Este dibujo recrea una escena cotidiana de las sabanas africanas del Pleistoceno Inferior (hace unos dos millones de años), donde nuestros ancestros daban buena cuenta de una presa. Las herramientas de piedra podían construirse en el mismo lugar, para después ser abandonadas. Dibujo realizado por Eduardo Saiz.

Ese enfoque nos ha permitido establecer que el lapso temporal entre dos y tres millones de años antes del presente supuso un punto de inflexión en la historia evolutiva del linaje humano. El progresivo enfriamiento del planeta desde finales del Mioceno fue decisivo en ese cambio. Los bosques del continente africano fueron retrocediendo, dejando paso a zonas desérticas y extensas sabanas.

Nuestra condición de primate bípedo y trepador fue quedando atrás. No tardamos en disponer de un cuerpo cada vez mejor adaptado a la marcha, de mayor estatura y de proporciones muy similares a las que tenemos hoy en día.

Además, nuestra dieta tuvo que cambiar en detrimento de los alimentos vegetales. No fue un hecho traumático, porque las proteínas de origen animal ya formaban parte del menú de nuestro ancestro común con los chimpancés. Sin embargo, no podemos obviar que algunas especies de nuestra genealogía se quedaron por el camino. Otras, como las que se incluyen en el género Paranthropus, se adaptaron bien a la dieta vegetariana que ofrecen las sabanas.

Por último, algunos de nuestros ancestros ocuparon un nuevo nicho ecológico que ya no hemos abandonado. La selección natural nos transformó en depredadores oportunistas, sin dejar de ser unos perfectos omnívoros. Gracias a ello hoy lo podemos contar.

Pero la vida de aquellos ancestros no debió ser nada sencilla. Todavía éramos buenas presas para los grandes carnívoros de las sabanas y nuestra comida se movía a gran velocidad. Los yacimientos arqueológicos africanos ofrecen claras evidencias del consumo de diferentes especies de vertebrados. No obstante, la mayoría de las presas no se dejaban atrapar con facilidad. La captura de los medianos y grandes mamíferos no fue posible sin cooperación, astucia y habilidad. Es muy probable que la gran explosión del cerebro humano, tanto en su tamaño como en su complejidad, esté relacionada con este hecho.

Así llegó la tecnología, cuya antigüedad podría superar los tres millones de años. Los chimpancés usan piedras para romper las cáscaras de los frutos secos y suponemos que todos nuestros antepasados tuvieron habilidades similares. Esta cultura primitiva se convirtió en tecnología en el momento en que fuimos capaces de transformar la materia prima para usarla con una función determinada. Tal vez un golpe casual dio origen al primer cuchillo de piedra. Pero lo importante es que esa innovación se extendió con relativa rapidez en los grupos humanos que poblaron las sabanas africanas hace entre tres y dos millones de años.

Los cambios anatómicos de la mano facilitaron el uso y la eficacia de los instrumentos de piedra. La denominada ‘pinza de precisión’ puede definirse de manera muy simple como la capacidad de los dedos índice y pulgar para manipular objetos. Entre otros cambios, el pulgar adquirió una masa muscular considerable, las falanges distales ampliaron su base para la inserción de potentes tendones y las terminaciones nerviosas proliferaron en las yemas de los dedos. Este es quizá el cambio anatómico menos llamativo de aquella época. Pero sin este cambio el cerebro no habría podido operar sobre la materia prima y hoy en día careceríamos de tecnología.

Recreación de un individuo de la especie Homo habilis, realizada por Elysabeth Daynès. Este ejemplar se exhibe en el Museo de la Evolución Humana de Burgos.

Recreación de un individuo de la especie Homo habilis, realizada por Elysabeth Daynès. Este ejemplar se exhibe en el Museo de la Evolución Humana de Burgos.

Los expertos debaten si el incremento de tamaño del cerebro, que pasó de los 400 a los 600 centímetros cúbicos en un tiempo relativamente breve, la pinza de precisión, la fabricación sistemática de herramientas, así como el mayor consumo de carne y la consiguiente reducción del aparato masticador (que requería menos tiempo y esfuerzo para preparar los alimentos en la boca antes de deglutirlos) son caracteres suficientes para establecer la línea roja que diferencia las especies del género Homo de otros géneros de la genealogía humana. No cabe duda de que tales caracteres fueron los detonantes de la ‘gran explosión evolutiva’ que originó un nuevo grupo de especies de esta genealogía.

No obstante, algunos especialistas han optado por ampliar esa lista de caracteres, añadiendo las modificaciones experimentadas en el modelo de crecimiento y desarrollo. Especies como Homo habilis y Homo rudolfensis tuvieron un modelo similar al de los australopitecos y no muy diferente al de los simios antropoideos. Sin embargo, el último millón y medio de años de nuestra evolución se ha caracterizado, sobre todo, por una progresiva prolongación del tiempo que tardamos en concluir el crecimiento y por cambios muy notables en el modelo de desarrollo. Ese modelo ha supuesto la inclusión de la niñez y la adolescencia, así como los cambios en la tasa y el ritmo de crecimiento y maduración del cerebro. Los humanos actuales somos el resultado provisional de esos cambios, que nos han permitido indagar sobre los orígenes del universo del que formamos parte, de la vida y de nosotros mismos.

 

* José María Bermúdez de Castro Risueño es profesor de investigación del CSIC (en excedencia) y presta sus servicios en el Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana (CENIEH) de Burgos. Junto con Alberto Fernández Soto y Carlos Briones Llorente, es autor del libro Orígenes. El universo, la vida, los humanos (Crítica).

El origen de la vida: cuando la química se convirtió en biología

BRIONES79

Por Carlos Briones Llorente (CSIC)*

En nuestro planeta, cualquier entorno que analicemos (incluyendo aquellos con características físico-químicas más extremas) muestra gran cantidad y variedad de seres vivos. Ante tal biodiversidad surgen preguntas interesantes: ¿cómo se originó y evolucionó la vida?, ¿qué diferencia a los seres vivos de la materia inanimada?, ¿la vida apareció una sola vez o varias?, ¿pueden existir seres vivos fuera de la Tierra? A continuación mostraremos de forma muy resumida lo que la ciencia sabe, y lo mucho que aún ignora, acerca del origen de la vida.

En este mismo blog, Alberto Fernández Soto repasaba recientemente las evidencias que nos permiten aproximarnos al origen del Universo, hace 13.800 millones de años (Ma). Dentro de nuestra galaxia, el Sol se formó hace unos 5.000 Ma, y el sistema Tierra-Luna surgió hace aproximadamente 4.570 Ma. Durante sus primeros 170 Ma de existencia nuestro planeta estaba aún muy caliente, debido principalmente a los continuos impactos de cuerpos menores como meteoritos y cometas que abundaban en el Sistema Solar. Como consecuencia, la superficie de la Tierra estaba totalmente cubierta por un océano de magma de unos 1.000 km de profundidad.

Después la Tierra se fue enfriando, y hace unos 4.350 Ma el magma ya había cristalizado, dando lugar a una corteza terrestre sólida. En paralelo, las densas nubes de vapor de agua que hasta el momento habían cubierto la atmósfera terrestre produjeron lluvias torrenciales y muy duraderas que fueron originando un inmenso océano global de agua líquida. En ese medio se iban a producir a partir de entonces las reacciones químicas que acabarían posibilitando la aparición de la vida. En ellas participaron, probablemente, tanto las moléculas que se habían originado en la Tierra como otras que llegaron hasta aquí a bordo de meteoritos y núcleos de cometas.

Estromatolito datado en 3.496 Ma y hallado en la Formación Dresser (Pil¬bara, Australia). Se distinguen láminas mineralizadas de microorganismos que probablemente establecían relaciones ecológicas entre sí. Fotografía tomada por el autor en el Museo de Historia Natural de Washington, Estados Unidos.

Estromatolito datado en 3.496 Ma y hallado en la Formación Dresser (Pilbara, Australia) en el que se distinguen láminas mineralizadas de microorganismos. Fotografía tomada por el autor en el Museo de Historia Natural de Washington, EEUU.

Ciertas señales químicas en rocas de hasta 4.100 Ma de antigüedad parecen indicar que en una época tan temprana ya existían procesos biológicos de fijación de carbono y, por tanto, vida. No obstante, quizá cualquier intento de originar la vida hace más de 4.000 Ma fuera ‘borrado’ de nuestro planeta durante una nueva etapa de bombardeo masivo de meteoritos a la que fue sometida la Tierra desde hace 4.000 Ma hasta hace 3.850 Ma. A partir de entonces, las condiciones ya fueron más estables para el origen y el mantenimiento de la vida.

Así, las primeras evidencias fósiles de vida tienen una antigüedad de 3.500 Ma, y corresponden a estromatolitos, que en esencia son comunidades de microorganismos fosilizadas en láminas superpuestas. De esa misma época son los microfósiles más antiguos que muestran morfologías compatibles con células individuales o filamentos de ellas, aunque estos datos son más controvertidos pues estructuras con formas similares se pueden originar a partir de compuestos únicamente inorgánicos.

Por tanto, el periodo clave para el origen de la vida (o quizá para sus orígenes, pues no podemos saber cuántos experimentos exitosos se realizaron) fue probablemente el transcurrido entre hace 3.850 y 3.500 Ma. En él debieron originarse las moléculas sencillas que constituyen los polímeros biológicos (como los nucleótidos de los ácidos nucleicos y los aminoácidos de péptidos y proteínas), y estas participaron en procesos de autoensamblaje y polimerización. Ese es el campo de investigación de la denominada química prebiótica, que tuvo como inspirador a Charles R. Darwin a mediados del siglo XIX, y cuyos primeros modelos fueron elaborados por Alexander I. Oparin y John B.S. Haldane en la década de 1920. Comenzó a ser una ciencia experimental gracias al famoso experimento realizado por Stanley L. Miller en 1953, y a otros menos mediáticos pero igualmente relevantes llevados a cabo poco después por Joan Oró.

Figura 2: Recreación de una protocélula experimental con ARN como material genético, tal vez parecida a los primeros seres vivos con capacidad de evolucionar. Adaptada del libro “Orígenes. El universo, la vida, los humanos” (Ed. Crítica, 2015). © Eduardo Sáiz.

Recreación de una protocélula experimental con ARN como material genético, tal vez parecida a los primeros seres vivos con capacidad de evolucionar. Adaptada del libro Orígenes. El universo, la vida, los humanos (Ed. Crítica, 2015). / © Eduardo Sáiz.

Mediante procesos similares a los realizados en los laboratorios pudieron formarse, a medio camino entre el azar y la necesidad, sistemas químicos suficientemente complejos que combinaban las tres características básicas de la vida: un compartimento (probablemente una vesícula formada por lípidos) que permitiera una química en su interior diferente de la de su entorno; un metabolismo básico con el que el sistema compartimentado intercambiara materia y energía con dicho entorno; y una biomolécula utilizable como archivo de información genética (probablemente el ácido ribonucleico o ARN). Hoy se asume que el acoplamiento funcional en sistemas de este tipo pudo producir las primeras entidades identificables con seres vivos, según la definición operativa adoptada por el Instituto de Astrobiología de la NASA: “Un ser vivo es un sistema químico automantenido que evoluciona como con­secuencia de su interacción con el medio”.

A partir de esos sistemas protocelulares pudieron iniciarse distintas trayectorias evolutivas, algunas de las cuales fijaron el flujo de información genética en sentido ADN-ARN-Proteínas. Así se llegó a la especie de microorganismo que denominamos LUCA (acrónimo de último ancestro común universal en inglés). Tal antepasado de todos los seres vivos actuales ya había sido sugerido por Darwin, y su existencia fue demostrada a finales de la década de 1970 gracias a la comparación de genes de todas las especies conocidas. LUCA ocupa el punto más alto en el tronco común del árbol de la vida, y a partir de él se diversificaron sus tres grandes ramas o dominios filogenéticos: bacterias, arqueas y eucariotas. Algunas de tales bacterias o arqueas fueron las que nos dejaron sus primeros fósiles hace 3.500 Ma. Comenzaba así la fascinante historia de la evolución de la vida en la Tierra, un proceso en el que los virus y otros elementos genéticos móviles han sido fundamentales, hasta originar a la biodiversidad de la que formamos parte.

 

* Carlos Briones Llorente es investigador del CSIC en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA). Junto con Alberto Fernández Soto y José María Bermúdez de Castro, es autor del libro Orígenes: El universo, la vida, los humanos (Crítica).