CUATRO CIÉNEGAS: EL OMBLIGO DEL PLANETA
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La Sierra de San Marcos y Pinos no solo guardó en sus arcillas profundas los minerales y las condiciones de los mares ancestrales pobres en fósforo, pobres en oxígeno y ricos en azufre; sino que también guardó en su seno a los microbios de ese pasado remoto.

Valeria Souza

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POLVO DE ESTRELLAS Y CICLOS VITALES

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BURBUJAS DE OXÍGENO 

Los virus son los organismos más abundantes del planeta, por cada bacteria, hay al menos 100 virus al acecho. Los seres humanos tenemos dentro de nuestro microbioma al menos 100 bacterias por cada célula, ¡imagina la cantidad de virus en comparación! Te preguntarás, ¿para qué tanto virus? Los virus son cazadores que probablemente evolucionaron junto con la vida y son el motor más importante para la evolución de todas sus “presas”. La vida necesita la presión de la persecución de los virus para no volverse floja y continuar evolucionando para defenderse de los predadores. Sin embargo, el papel ecológico más importante de los virus es “liberar” los nutrientes atrapados por la vida dentro de sus células, permitiendo así que otras células crezcan y se reproduzcan.

La vida está hecha de decenas de micronutrientes y seis elementos básicos conocidos como CHONPS:  Carbono (C), Hidrógeno (H), Oxígeno (O), Nitrógeno (N), Fósforo (P) y Azufre (S). Aún en el planeta actual, en lugares como Cuatro Ciénegas donde existen tapetes microbianos y sus equivalentes calcificados, los estromatolitos, es posible encontrar todos los ciclos biogeoquímicos completos (que son los que mueven a CHONPS) dentro de pocos milímetros. Esto sugiere que en el planeta primitivo, en las costas del mar recién nacido, estas comunidades microbianas eran “perfectas” en cuanto al reciclaje de nutrientes se refiere. De hecho, de eso dependía su subsistencia, de reciclar cada átomo de cada “cadáver” microbiano, así como evitar que bacterias de otro lado se robaran sus nutrientes. Es por esto que los antibióticos surgen muy temprano en la evolución.

CUATRO CIENEGAS VALERIA SOUZA OCELOTL DAVID JARAMILLO

Estas comunidades eran capaces de tal “perfección” solamente a través de la cooperación entre los miembros cohesivos que las formaban. Esta cohesión metabólica y funcional se logra por medio de la estratificación de las funciones en las capas de colores que mencionamos antes, siendo las capas inferiores las más antiguas y que no toleran el oxígeno y las capas superiores, las más recientes, las que producen y respiran oxígeno. Este gradiente entre la anoxia – el no oxígeno – y la atmósfera actual con oxígeno, ocurre en pocos milímetros y es propiciado por las diferentes formas del azufre. De hecho, la capa púrpura y verde oscura, que son las dos formas de fotosíntesis dependiente del azufre, fueron vitales no solo para la evolución de la fotosíntesis oxigénica, la que con la energía del Sol rompe al agua liberando el O2, sino para que las capas de abajo no murieran envenenadas por el oxígeno. 

En un mundo sin oxígeno como el suyo, este elemento que nosotros respiramos puede ser muy tóxico y reactivo ya que la vida no sabe qué hacer con él. Así al reaccionar las capas superiores con el azufre se forma SO4 y los sulfatos se transforman en parte importante de la comida de las bacterias inferiores; problema resuelto. Esto que resolvió la vida anóxica en un tapete microbiano hace al menos 3,800 millones de años se mantuvo como respuesta a nivel global por 3000 millones de años y fue la razón por la cual el mar continuó siendo anaranjado. Poco a poco, el oxígeno liberado del agua burbujeó a la superficie llenando la atmósfera, burbuja por burbuja, de este elemento esencial para la respiración aeróbica, la nuestra.

Poco a poco, el oxígeno liberado del agua burbujeó a la superficie llenando la atmósfera, burbuja por burbuja, de este elemento esencial para la respiración aeróbica, la nuestra.

LA ENERGÍA DEL FÓSFORO

Con la evolución de la fotosíntesis oxigénica y la cadena respiratoria, surge un nuevo tipo de vida, aquella de los organismos capaces de usar el oxígeno y producir más ATP al romper azúcares y con esto construir células. Por lo tanto, los organismos que rompen el agua para construir azúcares, las cianobacterias donde evolucionó por única vez la fotosíntesis, y aquellos que respiran ese oxígeno se volvieron más eficaces. Sin embargo, había un problema fundamental de recursos, el ATP requiere de 3 fosfatos (PO4) y en el mundo anaranjado del pasado, el fósforo era, como en Cuatro Ciénegas, particularmente raro. Así que a pesar de la eficacia potencial, faltaba una pieza clave.

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Para continuar, querido lector, es muy importante que entendamos el rol del fósforo. Su ciclo no es un ciclo de vida como los otros elementos, donde se reciclan las diferentes formas. Por su tamaño, el fósforo debería de ser abundante en el universo. Sin embargo, como es explosivo al contacto consigo mismo, solamente se encuentra estabilizado con el apoyo del calcio formando un mineral llamado apatita. Un cerillo, o un fósforo, está estable hasta que al jalar el cerillo contra la tira de la caja se juntan las moléculas consigo mismas y esto provoca que el cerillo encienda. 

Así durante la evolución del planeta estuvo siempre tan cerca y a la vez tan lejos, atrapado en las rocas donde es estable, situación de la cual habría que lograr extraerlo evitando que una molécula de fósforo haga contacto con otra. ¿Cómo es que la vida eligió este elemento lleno de energía química pero difícil de obtener? Una hipótesis es que en el planeta caliente donde caían cometas y meteoritos el fósforo fue abundante. Imaginemos una cuna de arcilla creada por el impacto de un cometa rico en agua y compuestos orgánicos

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◑| «Uno de los humedales más cercanos a las faldas de San Marcos y Pinos es la poza de El Churince. Sus aguas apenas están sobreviviendo a la depredación humana.» / DJ

La arcilla guarda agua y es electrostática, una superficie ideal para iniciar la vida. En esta hipótesis el golpazo del cometa contra la tierra es suficiente para liberar el fósforo de la piedras y mantenerlo disponible en la arcilla, la cual, a pesar de ser pobre en calcio era rica en azufre, y separaba a las moléculas de fósforo para evitar que reaccionaran al contacto consigo mismas. La arcilla permitió que el fósforo pudiera integrarse al origen de la vida para producir ATP.

La arcilla guarda agua y es electrostática, una superficie ideal para iniciar la vida.

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HISTORIAS DE FUEGO, ROCAS Y HIELO

CUANDO EL HIELO RASPÓ LAS ROCAS

Viajemos de nuevo en el tiempo y regresemos al momento en que nuestro planeta era una bola caliente con una atmósfera formada por la desgasificación del magma a través de los volcanes. Este, por simple termodinámica, se empezó a enfriar paulatinamente hasta que el proceso se volvió más rápido al haber charcos y luego mares. El mar tomó su tiempo en formarse y solo hasta que su masa pesó lo suficiente sobre la corteza terrestre inició el movimiento de placas y como resultado de esto nació el primer continente, Vaalbara, hace 3,600 millones de años (casi mil millones de años después de la formación de la Tierra).

¿Cómo nace un continente? Se requiere que una bolsa de magma no explote hacia la superficie y sea “aplastada” por una zona de subducción. Es decir, esta bolsa se mete dentro de la corteza terrestre y con la presión y el calor del centro de la tierra el magma dentro de ella se vuelve a cristalizar, formando granito el cual pasa por la corteza y “flota” sobre ella. A medida que hay más masas continentales la formación de granito es más rápida ya que hay más zonas de subducción. Cuando estas masas continentales se unen se forma un supercontinente, como posteriormente lo fue Pangea. La primera zona de subducción fue marina y fue producida porque el peso del mar, después del diluvio, resquebrajó la corteza terrestre. ¡Imagina nada más eso!

La primera zona de subducción fue marina y fue producida porque el peso del mar, después del diluvio, resquebrajó la corteza terrestre.



Hace 2,200 millones de años los gases volcánicos dejaron de ser emanados por los volcanes. La corteza se había enfriado y la atmósfera perdió varios gases invernadero, así el mundo se congeló casi por completo durante 400 millones de años. A esto se le llama la primera gran bola de nieve. Sabemos, porque aquí estamos para contarlo, que la vida persistió en “islas de calor” asociadas a fuentes hidrotermales. Es posible que la anomalía magmática de San Marcos y Pinos fuera una de ellas, aunque no lo sabemos. También es posible que en el ecuador los hielos no cubrieron todo el mar. 

En todo caso, sabemos que cuando los hielos se retiraron rasparon todas las masas continentales de roca y liberaron dentro del mar ya descongelado el recurso limitante para la vida, el elemento más deseado: el fósforo. Este pico de fosfatos dejó su señal en el mar, pero es posible que también dejará su señal en la vida y que las primeras células complejas con núcleo, eucariontes, evolucionaran al tener este recurso momentáneamente libre en el ambiente. Sin embargo, la vida compleja tuvo que esperar 1,000 millones de años (el Precámbrico ocurre hace 1,800 y 800 millones de años) para volver a tener las condiciones necesarias para florecer.

Cuando los hielos se retiraron rasparon todas las masas continentales de roca y liberaron dentro del mar ya descongelado el recurso limitante para la vida, el elemento más deseado: el fósforo.

Mientras tanto, protozoarios y microalgas, junto con los primeros hongos unicelulares, tuvieron muchísimo tiempo para evolucionar una enorme diversidad, llevando atrapadas en sus entrañas a bacterias para respirar (las mitocondrias) y a cianobacterias (cloroplastos) para hacer fotosíntesis. Estos micro-eucariontes probablemente vivían en la parte superior, la parte con oxígeno, en aquellos arrecifes microbianos calcificados que hoy llamamos estromatolitos. 

Estos arrecifes se formaban en las costas de las masas de los continentes: entre más costa más arrecifes. Hoy forman parte de todos los fósiles del Precámbrico. Cuando los micro-eucariontes hacían fotosíntesis usaban el CO2 de la atmósfera; por lo tanto, cuando se fractura el supercontinente Rodinia hace 760 millones de años, el punto donde ahora es Cuatro Ciénegas se encontraba también sobre la costa, así que los estromatolitos capturaron más CO2.

Y TODO SE LLENÓ DE OXÍGENO

La captura de CO2 alrededor del mundo precipitó un cambio climático llamado el Criógeno, el cual consistió en dos glaciaciones globales. La primera glaciación se llama el Sturniano y sucedió hace 720 millones de años. En el récord fósil se puede observar como los hielos rasparon las rocas continentales liberando de nuevo al fósforo atrapado. A diferencia de la primera bola de nieve causada por la falta de gases de los volcanes, ésta fue causada por el metabolismo microbiano.

Hasta este punto el mar aún era anaranjado pero gracias a las algas se tornó verde por un breve periodo.


Para este momento también las microalgas ya habían evolucionado pero no habían tenido la oportunidad ecológica para crecer.
Cuando en el deshielo llega a la playa agua con fósforo sucede un bloom de algas, mismas que al crecer atraparon en sus cuerpos, de nuevo, el CO2 de la atmósfera. Hasta este punto el mar aún era anaranjado pero gracias a las algas se tornó verde por un breve periodo.

El fenómeno de las algas provocó que el oxígeno de la atmósfera subiera al mismo tiempo que el CO2 descendiera, como resultado en el desbalance de los gases invernadero viene la segunda glaciación llamada el Marinoan. El periodo, aunque corto (duró 30 millones de años, hace 650-620 millones de años), fue muy severo. De nuevo los glaciares rasparon las rocas y liberaron por erosión más fósforo atrapado. Esta vez, en el deshielo, fue el turno de evolucionar de los animales, los cuales ya habían hecho un primer intento de organización pluricelular: las esponjas, las cuales evolucionaron en el periodo interglacial durante el cual las algas fueron muy exitosas. Las esponjas tenían ya genes que le permitieron a sus células quedarse juntas y dividir tareas.

Al terminar el Marinoan inició el Edicardiano, el periodo donde sucede la primera explosión de vida animal y donde, finalmente, el mar se vuelve azul. Considerando los miles y millones de años que la vida llevaba viviendo en un mar anaranjado, ¿cómo sucedió aquello de tornar el mar azul en tan poco tiempo? La respuesta, querido lector, se encuentra en las esponjas y las algas. Las esponjas se diversificaron en diferentes linajes de animales que empezaron a comer estromatolitos y pronto evolucionaron mandíbulas. 

Estos seres se alimentaron de los nutrientes guardados por miles de millones de años en los sedimentos marinos, al liberar los nutrientes y sacarlos al agua estos llegaron a las algas las cuales volvieron a crecer. En esta ocasión, el crecimiento se dio no solo en las costas sino en toda la columna de agua, siguiendo a otro nutriente limitante, el nitrógeno. La fotosíntesis de las algas oxigenó el agua, tornándose azul y cambiando completamente la posibilidad de evolución de los animales, ya que un mar anóxico rico en azufre no era propicio para la respiración aeróbica. Así el mar azul abrió la puerta a conquistarlo todo.

La fotosíntesis de las algas oxigenó el agua, tornándose azul y cambiando completamente la posibilidad de evolución de los animales, ya que un mar anóxico rico en azufre no era propicio para la respiración aeróbica. Así el mar azul abrió la puerta a conquistarlo todo.

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RECAPITULANDO LA HISTORIA DE LA VIDA

EL MUNDO PERDIDO 

Los estudios realizados hoy en día sobre el ADN de nuestros ancestros son vitales para entender nuestra evolución, mejorar nuestro presente y procurar un futuro. El ADN encontrado en Cuatro Ciénegas, comparado con todas las muestras alrededor del mundo es único y representa linajes sumamente antiguos, es por esto que lo llamamos “el mundo perdido”. Es probable que la Sierra de San Marcos y Pinos no solo guardó en sus arcillas profundas los minerales y las condiciones de los mares ancestrales que hemos explorado en esta aventura, aquellos que eran pobres en fósforo, pobres en oxígeno y ricos en azufre; sino que también guardó en su seno a los microbios de ese pasado remoto.

Estas bacterias parecen haber sobrevivido gracias a la posible anomalía magmática de la Sierra la cual favorece una dinámica de flujo, a través del calor, el vapor y el agua, que conecta la profundidad de la montaña con la superficie. Las bacterias que llegan a la superficie y se establecen en la parte superior de los estromatolitos y tapetes microbianos solo nos pueden contar historias de un mundo con oxígeno, pero las que se establecen en la parte anóxica de los tapetes y las que están en la profundidad de la montaña podrían guardar los secretos del mundo anaranjado el cual jamás hemos logrado observar directamente.

Es probable que la Sierra de San Marcos y Pinos no solo guardó en sus arcillas profundas los minerales y las condiciones de los mares ancestrales.
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Nuestro viaje nos ha llevado a explorar la tierra desde el espacio a través de miles de millones de años. Conocimos a nuestros papás planetarios, observamos los primeros ciclos que llevaron a un planeta ardiendo a transformarse en una bola de nieve y vimos cómo los cambios tectónicos crearon a México, nuestro guerrero danzante, y colocaron a Cuatro Ciénegas constantemente en lugares clave con amplia relevancia geográfica. Al inicio llamamos a la Sierra de San Marcos y Pinos el ombligo de la vida, la cicatriz que guarda la historia viva del planeta, esta mariposa blanca con sus pozas como ojitos azules vio abrirse Pangea y nacer el Atlántico. 

Incluso antes de eso Rodinia también se partió en Cuatro Ciénegas, y aunque las rocas no nos pueden decir esto con precisión, las moléculas sí. Desde aquella sopa de cometas y los múltiples experimentos que finalmente terminaron en un proceso de creación efectivo, fuimos testigos de lo complejo que fue el proceso evolutivo, la relevancia de las glaciaciones en la liberación del fósforo y lo vital que es este elemento para permitir que los animales y las plantas evolucionaran transformando el mar anaranjado en un mar azul.

◑| La evolución, crisol y caleidoscopio de la biodiversidad en Cuatro Cienegas.

En Cuatro Ciénegas tenemos las primeras bacterias del sedimento marino con oxígeno. Estas bacterias se llaman Bacillus y las de Cuatro Ciénegas son la base del árbol de este linaje muy bien conocido en el mundo. Al observar a través de las mutaciones el momento en el que estos Bacillus se separaron de sus parientes más cercanos, los Geobacillus, los cuales no pueden vivir en presencia del oxígeno, encontramos el principio del Edicardiano. Otros de estos Bacillus, los acuáticos, entraron del mar cuando se rompe Pangea en el Jurásico. Tenemos, vivos, los únicos testigos de estos eventos extraordinarios que cambiaron el destino del planeta, la evolución de los animales y la transformación, por parte de la vida, de la química planetaria. Es increíble que persistan. Aunque es más increíble todavía que no hemos logrado apreciar del todo su importancia para nuestro futuro.

Tenemos, vivos, los únicos testigos de estos eventos extraordinarios que cambiaron el destino del planeta, la evolución de los animales y la transformación, por parte de la vida, de la química planetaria.

EL COLOR DE LA MEMORIA

Lo que hemos observado hasta ahora cuenta únicamente la historia del planeta azul. ¿Cómo podemos llegar al mar anaranjado? ¿Podremos conocer el pasado lejano, el planeta lleno de gases volcánicos? Creemos que sí ya que los datos del ADN total de las comunidades que se han encontrado en Cuatro Ciénegas lo indican. En este sitio extraordinario hay muchas bacterias y arqueas asociadas al fuego y a metabolismos tan antiguos como el que formó los pedazos de grafito encerrados en los diamantes de circonio encontrados.

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◑| «Desde el periódo Jurásico, el polvo de estrellas formó un vestigio geológico.» / DJ

Sin embargo, a diferencia de Bacillus, los linajes anaerobios son muy difíciles de crecer, no solo porque odian al oxígeno, razón por la cual hay que hacerles una atmósfera especial en las cajas de cultivo para poderlos pescar, sino porque crecen muy lento. En el mundo de los estromatolitos no había prisa, todo crecía despacio por la falta de acceso al fósforo. Como hemos aprendido, cuando los hielos erosionan a los continentes y liberaran este elemento, el crecimiento se acelera, las abundancia de las algas tapó el Sol a los estromatolitos y luego, para colmo, los animales se comieron a muchos de ellos; así que los últimos estromatolitos fósiles se refugiaron en las costas. Los que nos quedan hoy son pocos y frágiles.

En el mundo de los estromatolitos no había prisa, todo crecía despacio por la falta de acceso al fósforo.

Sé que algunos de estos procesos son complejos, querido lector, pero compleja es la vida y es muy importante que intentemos entenderla mejor. Para ello Cuatro Ciénegas nos ofrece una llave única. Es un refugio que ha estado al centro de todos los fenómenos que hemos explorado y nos ha guardado pruebas y guiños que nos cuentan todas las grandes aventuras que ha vivido este mágico lugar.  Actualmente se necesita ganar tiempo para continuar explorando, recurrir al apoyo de los geofísicos para entender mejor las profundidades de la montaña, y sobre todo generar conciencia para mantener vivo a Cuatro Ciénegas. El valle ha sobrevivido miles de millones de años y todo tipo de amenazas, pero parece que la humana podría ser la peor. Cerremos nuestro viaje regresando al presente, en busca de un mejor futuro. 

El valle ha sobrevivido miles de millones de años y todo tipo de amenazas, pero parece que la humana podría ser la peor.

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El autor

Valeria Souza ■ Científica mexicana, investigadora del Instituto de Ecología de la UNAM, presidenta de la Sociedad Científica Mexicana de Ecología y miembro internacional honorario de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias (AAAS). Ha sido merecedora del Reconocimiento Sor Juana Inés de la Cruz otorgado por la UNAM, del Premio Nacional de Conservación de la SEMARNAT, así como del Premio Por Amor al Planeta de Volkswagen México entre muchos otros. Sus trabajos abordan las causas de la biodiversidad en microorganismos y sus procesos de evolución. Ha venido trabajando sobre Cuatro Ciénegas desde hace 20 años.