Gaia: el planeta viviente
Arquímedes Ruiz-Columbié
Земляявляетсясиней ("La Tierra es azul")
Yuri Gagarin
Si un viajero espacial visitara Venus o Marte encontraría en ellos atmósferas donde alrededor del 95 % es dióxido de carbono, un 3 % nitrógeno, y sólo trazas de oxígeno, argón y metano. Este hipotético viajero descubriría con desencanto que ambas son atmósferas muertas y podría inferir que la atmósfera del planeta intermedio entre esos
dos es similar. De hacerlo cometería posiblemente el más grande error posible en esta imaginaria historia de la conquista espacial, porque olvidaría que los planetas son entidades individuales y por tanto pueden mostrar evoluciones muy disímiles a las de sus vecinos cercanos. Claro que el bello color azul de dicho planeta intermedio podría evitarle tan gigantesco error y de seguro le atraería visitarlo, aunque sólo fuera para entender tal belleza. El viaje entonces le premiaría con gratas sorpresas.
La atmósfera terrestre es totalmente diferente a las de sus vecinos planetarios. En el estado actual presenta aproximadamente un 78.08 % de nitrógeno, un 20.95 % de oxígeno , trazas de argón (0.93 %), de dióxido de carbono (0.037 %), de otros gases, y una cantidad variable y relativamente pequeña de vapor de agua . Esta cantidad aparentemente ínfima es la causante de las tormentas de mal tiempo. Pero el agua es mucho más que la simple causante del mal tiempo. Considerada un disolvente extraordinario, el agua es relativamente abundante en el planeta, donde un 73 % de su área corresponde a la llamada hidrosfera. Al principio de la historia del planeta, los materiales sólidos presentes en el núcleo consistían de hierro (Fe) y algunas de sus aleaciones, mientras que el manto y la corteza estaban hechos principalmente de óxidos y silicatos de varios metales. Los gases principales en aquella atmósfera primitiva eran el el hidrógeno molecular (H2 ). Al pasar el tiempo, muchos de esos gases se perdieron en el espacio cósmico, mientras el vulcanismo continuaba trayendo desde el interior otros gases a la superficie donde ocurrían reacciones que producían nuevas especies químicas. El oxígeno era abundante pero no estaba libre pues se encontraba asociado a los metales en la litosfera (parte sólida del planeta) y al carbono en la atmósfera. Reacciones químicas como las siguientes formaron el agua:
Arquímedes Ruiz-Columbié
Земляявляетсясиней ("La Tierra es azul")
Yuri Gagarin
Si un viajero espacial visitara Venus o Marte encontraría en ellos atmósferas donde alrededor del 95 % es dióxido de carbono, un 3 % nitrógeno, y sólo trazas de oxígeno, argón y metano. Este hipotético viajero descubriría con desencanto que ambas son atmósferas muertas y podría inferir que la atmósfera del planeta intermedio entre esos
dos es similar. De hacerlo cometería posiblemente el más grande error posible en esta imaginaria historia de la conquista espacial, porque olvidaría que los planetas son entidades individuales y por tanto pueden mostrar evoluciones muy disímiles a las de sus vecinos cercanos. Claro que el bello color azul de dicho planeta intermedio podría evitarle tan gigantesco error y de seguro le atraería visitarlo, aunque sólo fuera para entender tal belleza. El viaje entonces le premiaría con gratas sorpresas.
La atmósfera terrestre es totalmente diferente a las de sus vecinos planetarios. En el estado actual presenta aproximadamente un 78.08 % de nitrógeno, un 20.95 % de oxígeno , trazas de argón (0.93 %), de dióxido de carbono (0.037 %), de otros gases, y una cantidad variable y relativamente pequeña de vapor de agua . Esta cantidad aparentemente ínfima es la causante de las tormentas de mal tiempo. Pero el agua es mucho más que la simple causante del mal tiempo. Considerada un disolvente extraordinario, el agua es relativamente abundante en el planeta, donde un 73 % de su área corresponde a la llamada hidrosfera. Al principio de la historia del planeta, los materiales sólidos presentes en el núcleo consistían de hierro (Fe) y algunas de sus aleaciones, mientras que el manto y la corteza estaban hechos principalmente de óxidos y silicatos de varios metales. Los gases principales en aquella atmósfera primitiva eran el el hidrógeno molecular (H2 ). Al pasar el tiempo, muchos de esos gases se perdieron en el espacio cósmico, mientras el vulcanismo continuaba trayendo desde el interior otros gases a la superficie donde ocurrían reacciones que producían nuevas especies químicas. El oxígeno era abundante pero no estaba libre pues se encontraba asociado a los metales en la litosfera (parte sólida del planeta) y al carbono en la atmósfera. Reacciones químicas como las siguientes formaron el agua:
3H
2 + CO
2 CH
1 2
H2 + CO 2 CO + H 2
H2 + CO 2 CO + H 2
Foto : NASA
En estas reacciones puede verse también la formación de metano, el más simple de los compuestos orgánicos. El agua así formada, y que constituyó poco a poco los primeros mares, debió ser muy ácida debido a la presencia del dióxido de carbono disuelto en ella, pero también de ácido clorhídrico y de especies de azufre (se calcula un pH para aquel entonces alrededor de 2, muy ácido). Sin embargo, el agua muy pronto empezó a hacer de las suyas, comenzó a disolver los componentes de las rocas y el pH subió a alrededor de 8 (ligeramente básico), muy cerca del valor actual para el océano. Debido a la falta de oxígeno libre, no había ozono, y la radiación ultravioleta del sol penetraba hasta la superficie con gran intensidad. Esta radiación intensa y muy energética promovía la formación de compuestos orgánicos más complejos por medio de reacciones tales como:
CO + 2H 2 CH 3 OH
CO + H 2 CH 2
Especies como HCN, NH 3 , H 2 S y otras más eran también formadas. Estos fueron los ladrillos que usó Natura para comenzar la polimerización que a la larga creo los ácidos nucleicos y luego las primeras formas de vida, pero al hacer esto también cambiaba el entorno circundante, y puede asegurarse que a la evolución de las primeras formas de vida le precedió y luego le acompañó la evolución del planeta como un todo. Comprender esta perspectiva global nos ayudará más tarde a entender el alcance del proceso evolutivo.
CO + 2H 2 CH 3 OH
CO + H 2 CH 2
Especies como HCN, NH 3 , H 2 S y otras más eran también formadas. Estos fueron los ladrillos que usó Natura para comenzar la polimerización que a la larga creo los ácidos nucleicos y luego las primeras formas de vida, pero al hacer esto también cambiaba el entorno circundante, y puede asegurarse que a la evolución de las primeras formas de vida le precedió y luego le acompañó la evolución del planeta como un todo. Comprender esta perspectiva global nos ayudará más tarde a entender el alcance del proceso evolutivo.
Las formas más primitivas de vida se desarrollaron hace unos 4 mil millones de años. Estas primeras células usaban moléculas inorgánicas simples como material inicial de su metabolismo y vivían en un ambiente sin oxígeno libre. En los primeros 500 millones de años el aumento de la complejidad permitió a algunas células desarrollar habilidades para la fotosíntesis (un proceso complejo en el cual la energía solar se convierte en energía química). Este proceso tiene la característica de usar dióxido de carbono y liberar oxígeno en forma gaseosa, y gracias a esto, unos 1 500 millones de años más tarde la atmósfera de la Tierra se convirtió en una oxidante donde el dióxido de carbono gradualmente había devenido un gas de menor importancia. La presencia de oxígeno libre promovió la síntesis de ozono ( O
3 ) el cual actuó y actúa como una pantalla de la radiación ultravioleta que ayudó a formarlo. La atmósfera después de 2 mil millones de años adquirió una composición similar a la actual.
El párrafo precedente invita a una conclusión importante: el desarrollo y evolución de la vida y de una atmósfera oxidante en un escenario que proveía una interacción compleja con la actividad volcánica, el movimiento de placas tectónicas, la erosión debida a los fenómenos meteorológicos, la sedimentación, y la radiación solar y cósmica incidentes, promovieron cambios en cada uno de los factores interactuantes y en el planeta como un todo . La enorme complejidad estructural y funcional produjo un sistema donde el medio ambiente y el clima son controlados y modificados por los seres vivientes que lo habitan. Para algunos, el planeta dejó hace mucho de comportarse como una simple roca que vuela en el espacio cósmico alrededor de una estrella llamada Sol, y comenzó a hacerlo como un superorganismo biológico que se ajusta y regula a si mismo a través de un complejo sistema de mecanismos conectados. Estos científicos hablan de una geo-fisiología mejor que de una simple geología y denominan a dicho superorganismo Gaia
El párrafo precedente invita a una conclusión importante: el desarrollo y evolución de la vida y de una atmósfera oxidante en un escenario que proveía una interacción compleja con la actividad volcánica, el movimiento de placas tectónicas, la erosión debida a los fenómenos meteorológicos, la sedimentación, y la radiación solar y cósmica incidentes, promovieron cambios en cada uno de los factores interactuantes y en el planeta como un todo . La enorme complejidad estructural y funcional produjo un sistema donde el medio ambiente y el clima son controlados y modificados por los seres vivientes que lo habitan. Para algunos, el planeta dejó hace mucho de comportarse como una simple roca que vuela en el espacio cósmico alrededor de una estrella llamada Sol, y comenzó a hacerlo como un superorganismo biológico que se ajusta y regula a si mismo a través de un complejo sistema de mecanismos conectados. Estos científicos hablan de una geo-fisiología mejor que de una simple geología y denominan a dicho superorganismo Gaia
En la mitología griega Gaia es la hija del Caos, la madre y amante de Urano (el cielo), madre también de Ourea (las montañas) y de Pontus (el mar). Dejemos que sea Hesíodo en su Teogonía quien nos cuente:
"…al principio el Caos llegó a ser, pero pronto Gaia de amplio regazo,
fundamento siempre seguro de los inmortales que guardan los picos
del Olimpo nevado y el oscuro Tártaro en sus profundidades colmadas
de caminos, y Eros, el más bello entre los dioses mortales…Y Gaia
parió al cielo estrellado…"
Aún falta un poco para llegar a la dinastía olímpica que dirigió Zeus, porque se necesita relatar que Cronos (el tiempo), primer hijo de Gaia y Urano, fue capaz de mutilar a su padre por celos y separar así para siempre a la Tierra y el Cielo. Cronos tuvo entonces que volverse un amo terrible del mundo capaz de devorar a sus propios hijos para evitar que le robaran el poder, y sólo Zeus logró escapar de sus garras y finalmente destronarlo. Entonces comienza el cuerpo de mitología griega que mejor conocemos y al que no puedo dirigirme si quiero continuar hablando de ciencia.
El punto de vista tradicional concibe al planeta como un ente geológico más que biológico. Los defensores de este punto de vista señalan que la mayor parte del planeta es materia no viva mientras que los seres vivos se sitúan todos en una capa relativamente fina que incluye la superficie: la biosfera . Sin embargo, en 1985, durante la primera conferencia internacional sobre Gaia, el planeta viviente , Jerome Rothstein apuntó que un árbol californiano de madera roja (redwood tree) está realmente formado de 97 % de materia muerta, y que sólo un 3 % es constituido por u na fina capa de células debajo de su corteza. La corteza es una capa protectora y junto con la mayoría del cuerpo es principalmente lignito y celulosa, dos materiales biológicamente inertes como lo son nuestras uñas. Este argumento debilita cualquier crítica que quiera sobreestimar la importancia de la cantidad de materia viva sobre la calidad de sus acciones e impactos. Para cada sistema concreto deben determinarse los valores umbrales necesarios (en masa, en intercambio de energía, en complejidad estructural y funcional) para que la vida tome control de dicho sistema. La hipótesis de que nuestro planeta es un ser vivo, con capacidad para ajustarse, regularse, curarse, y regenerarse defiende la idea de que la vida en nuestro planeta tomó control del planeta como un todo.
James Lovelock y Lynn Margulis son los autores de esta hipótesis tan seductora. El primero es un científico británico especializado en ciencias atmosféricas, mientras que Margulis es una microbióloga americana. Lovelock se aventuró a enarbolar la idea de un planeta vivo desde sus observaciones globales del planeta, remarcando lo que ya ha sido mencionado aquí: el carácter oxidante de la atmósfera terrestre . El británico apuntó que existen tres tipos generales de gases: los gases reductores , como el hidrógeno, el metano y el amoníaco; los gases neutros , como el nitrógeno y el monóxido de carbono; y por último, los gases oxidantes , como el oxígeno, y el dióxido de carbono. Los gases reductores (donantes de electrones) reaccionan de forma espontánea con los gases oxidantes (receptores de electrones), mientras que los gases neutros no reaccionan con unos ni otros. Marte y Venus poseen gases oxidantes y neutros, mientras que planetas exteriores como Júpiter y Saturno sólo tienen gases reductores. La Tierra es m y peculiar, porque gases reductores y gases oxidantes coexisten en su atmósfera en un estado lejos del equilibrio, siendo el oxígeno por su reactividad el gas dominante a pesar de no ser el más abundante, ¿por qué? Lovelock destaca: Gaia.
Cuando en 1875 el geólogo austriaco Eduard Suess acuñó el término biosfera para referirse a la capa de seres vivos que permea la corteza terrestre no podía imaginar que ese sería el primer paso hacia una concepción aún más profunda de cómo la vida impacta a todo el planeta. Un poco más tarde, el ruso Vladimir I. Vernadsky fundaría la biogeoquímica, una aproximación integradora que ya reconocía la unidad de los seres vivos en el espacio como una fuerza geológica, aunque sin querer darle todo el crédito a lo que su tío poeta le había dicho en su infancia: la Tierra está viva. En 1944, Vernadsky terminó reconociendo otro término, la noosfera o esfera de la inteligencia, un nuevo estadio en el desarrollo de la biosfera en la cual la especie humana se revela como nueva y potente fuerza geológica, colaboradora creativa en la evolución. El escenario estaba preparado para que en 1972 Lovelock y Margulis introdujeran a Gaia.
Gaia comenzó a formarse cuando hace unos 3.5 mil millones de años algunas bacterias y algas iniciaron la fotosíntesis que liberó oxígeno en la atmósfera y procesó carbono para el almacenaje químico de energía en los seres vivos, creando así en el planeta lugar y condiciones apropiadas para que mayores, más complejos y más energéticos seres se desarrollaran hasta llegar a nosotros. Epistemológicamente, Gaia es más que una hipótesis; Gaia es un principio organizador y unificador de todo el conocimiento que se tiene del planeta Tierra, y concibe a éste como un gran organismo coherente en el cual todos los individuos vivos de cualquier especie funcionan como pequeños órganos en una enorme geo-fisiología. En un plano superior del conocimiento este principio unificador parece confirmar aquella intuición que los antiguos griegos tan hermosamente expresaron en sus mitos: todos somos hijos de Gaia; hijos y amantes.
Referencias (lecturas adicionales)
Lawrence E. Joseph, 1990: Gaia, the Growth of an Idea , St. Martin's Press, 276 pp.
G. W. van Loon and S. J. Duffy, 2000: Environmental Chemistry , Oxford University Press, 492 pp.
"…al principio el Caos llegó a ser, pero pronto Gaia de amplio regazo,
fundamento siempre seguro de los inmortales que guardan los picos
del Olimpo nevado y el oscuro Tártaro en sus profundidades colmadas
de caminos, y Eros, el más bello entre los dioses mortales…Y Gaia
parió al cielo estrellado…"
Aún falta un poco para llegar a la dinastía olímpica que dirigió Zeus, porque se necesita relatar que Cronos (el tiempo), primer hijo de Gaia y Urano, fue capaz de mutilar a su padre por celos y separar así para siempre a la Tierra y el Cielo. Cronos tuvo entonces que volverse un amo terrible del mundo capaz de devorar a sus propios hijos para evitar que le robaran el poder, y sólo Zeus logró escapar de sus garras y finalmente destronarlo. Entonces comienza el cuerpo de mitología griega que mejor conocemos y al que no puedo dirigirme si quiero continuar hablando de ciencia.
El punto de vista tradicional concibe al planeta como un ente geológico más que biológico. Los defensores de este punto de vista señalan que la mayor parte del planeta es materia no viva mientras que los seres vivos se sitúan todos en una capa relativamente fina que incluye la superficie: la biosfera . Sin embargo, en 1985, durante la primera conferencia internacional sobre Gaia, el planeta viviente , Jerome Rothstein apuntó que un árbol californiano de madera roja (redwood tree) está realmente formado de 97 % de materia muerta, y que sólo un 3 % es constituido por u na fina capa de células debajo de su corteza. La corteza es una capa protectora y junto con la mayoría del cuerpo es principalmente lignito y celulosa, dos materiales biológicamente inertes como lo son nuestras uñas. Este argumento debilita cualquier crítica que quiera sobreestimar la importancia de la cantidad de materia viva sobre la calidad de sus acciones e impactos. Para cada sistema concreto deben determinarse los valores umbrales necesarios (en masa, en intercambio de energía, en complejidad estructural y funcional) para que la vida tome control de dicho sistema. La hipótesis de que nuestro planeta es un ser vivo, con capacidad para ajustarse, regularse, curarse, y regenerarse defiende la idea de que la vida en nuestro planeta tomó control del planeta como un todo.
James Lovelock y Lynn Margulis son los autores de esta hipótesis tan seductora. El primero es un científico británico especializado en ciencias atmosféricas, mientras que Margulis es una microbióloga americana. Lovelock se aventuró a enarbolar la idea de un planeta vivo desde sus observaciones globales del planeta, remarcando lo que ya ha sido mencionado aquí: el carácter oxidante de la atmósfera terrestre . El británico apuntó que existen tres tipos generales de gases: los gases reductores , como el hidrógeno, el metano y el amoníaco; los gases neutros , como el nitrógeno y el monóxido de carbono; y por último, los gases oxidantes , como el oxígeno, y el dióxido de carbono. Los gases reductores (donantes de electrones) reaccionan de forma espontánea con los gases oxidantes (receptores de electrones), mientras que los gases neutros no reaccionan con unos ni otros. Marte y Venus poseen gases oxidantes y neutros, mientras que planetas exteriores como Júpiter y Saturno sólo tienen gases reductores. La Tierra es m y peculiar, porque gases reductores y gases oxidantes coexisten en su atmósfera en un estado lejos del equilibrio, siendo el oxígeno por su reactividad el gas dominante a pesar de no ser el más abundante, ¿por qué? Lovelock destaca: Gaia.
Cuando en 1875 el geólogo austriaco Eduard Suess acuñó el término biosfera para referirse a la capa de seres vivos que permea la corteza terrestre no podía imaginar que ese sería el primer paso hacia una concepción aún más profunda de cómo la vida impacta a todo el planeta. Un poco más tarde, el ruso Vladimir I. Vernadsky fundaría la biogeoquímica, una aproximación integradora que ya reconocía la unidad de los seres vivos en el espacio como una fuerza geológica, aunque sin querer darle todo el crédito a lo que su tío poeta le había dicho en su infancia: la Tierra está viva. En 1944, Vernadsky terminó reconociendo otro término, la noosfera o esfera de la inteligencia, un nuevo estadio en el desarrollo de la biosfera en la cual la especie humana se revela como nueva y potente fuerza geológica, colaboradora creativa en la evolución. El escenario estaba preparado para que en 1972 Lovelock y Margulis introdujeran a Gaia.
Gaia comenzó a formarse cuando hace unos 3.5 mil millones de años algunas bacterias y algas iniciaron la fotosíntesis que liberó oxígeno en la atmósfera y procesó carbono para el almacenaje químico de energía en los seres vivos, creando así en el planeta lugar y condiciones apropiadas para que mayores, más complejos y más energéticos seres se desarrollaran hasta llegar a nosotros. Epistemológicamente, Gaia es más que una hipótesis; Gaia es un principio organizador y unificador de todo el conocimiento que se tiene del planeta Tierra, y concibe a éste como un gran organismo coherente en el cual todos los individuos vivos de cualquier especie funcionan como pequeños órganos en una enorme geo-fisiología. En un plano superior del conocimiento este principio unificador parece confirmar aquella intuición que los antiguos griegos tan hermosamente expresaron en sus mitos: todos somos hijos de Gaia; hijos y amantes.
Referencias (lecturas adicionales)
Lawrence E. Joseph, 1990: Gaia, the Growth of an Idea , St. Martin's Press, 276 pp.
G. W. van Loon and S. J. Duffy, 2000: Environmental Chemistry , Oxford University Press, 492 pp.