Cual es el origen de la vida?

Dejando a un lado las creencias procedentes de la teología y las religiones, desde la civilización griega hasta el Renacimiento todas las ideas surgidas acerca del origen de la vida procedían de la simple observación directa de la naturaleza.

La concepción aristotélica de que la vida podía originarse de manera espontánea a partir de materia orgánica, como en los lodos, fue la preponderante durante muchos siglos.

Los esfuerzos realizados por muchos científicos, como Francesco Redi y LazzaroSpallanzani –que trataron de rebatir la idea de generación espontánea mediante la experimentación–, chocaron contra el saber preconcebido de una sociedad que no estaba dispuesta a cambiar las orientaciones impuestas desde el marco cultural y religioso. Francesco Redi demostró que las larvas que aparecían en la carne putrefacta provenían de los huevos de las moscas. LazzaroSpallanzani, por su parte, probó que los espermatozoides son necesarios en la reproducción, apoyando así la idea de que los seres vivos proceden de otros seres vivos. Aun así, la idea de generación espontánea perduró, y llegó a contar con el apoyo de muchos naturalistas, como el conde de Buffon, George Cuvier e incluso Jean-Baptiste Lamarck, que era evolucionista.

Refutación de la teoría de generación espontánea

La teoría de la generación espontánea fue finalmente desechada a raíz de los experimentos que realizó Louis Pasteur en 1864. Tras haber demostrado previamente que existen microorganismos en el aire, probó que esos organismos microscópicos son los responsables de la putrefacción de los alimentos, y que si se les proporciona un ambiente de esterilidad se evitaría su descomposición. Para ello realizó un experimento, hoy célebre en el ámbito científico, utilizando unos matraces (frascos de cuello estrecho y base ancha que se emplean en los laboratorios) con cuello de cisne, hoy conocidos como matraces de Pasteur . En ellos colocó un caldo que calentó hasta conseguir la ebullición –con lo que eliminó los microorganismos que contenía–, y después lo dejó enfriar. Los matraces empleados para el experimento permitían la entrada del aire hasta el caldo, pero la curvatura de su cuello de cisne impedía el paso de los microorganismos, que quedaban retenidos en un codo del cuello del matraz. De esta manera, ya no aparecían microorganismos en el caldo, pero, con la simple inclinación del matraz, los microorganismos entraban de nuevo en contacto con el caldo. Este experimento sirvió para refutar definitivamente la teoría de la generación espontánea.

Observaciones sobre el origen de la vida en los siglos xix y xx

Una vez que la teoría de la generación espontánea fue desestimada, la pregunta que a continuación se planteó fue: ¿cuál es, entonces, el origen de la vida en la Tierra?

Friedrich Engels, que apoyó con entusiasmo la teoría de la evolución de Charles Darwin, se preocupó también por el origen de la vida y apuntó la idea de que ésta habría surgido dentro del marco de un proceso natural en el que la materia inorgánica, ganando complejidad, habría dado paso a la materia orgánica, a partir de la cual nació la vida.

Otra corriente de opinión, no obstante, postulaba que la vida no se había originado en la Tierra, sino que llegó a ésta procedente del espacio exterior. Esta teoría, denominada panspermia y publicada en 1906, fue planteada por el Premio Nobel de química sueco SvanteArrhenius, quien defendía que la presión luminosa de las estrellas empujó esporas que, al diseminarse en la Tierra, habrían dado origen a los primeros microorganismos. La teoría, también conocida como radiopanspermia, fue poco a poco abandonada tras los trabajos de Paul Becquerel, quien demostró que dichas esporas no podrían haber resistido las radiaciones ultravioletas, las bajas temperaturas y el vacío, condiciones a las que habrían estado sometidas durante su viaje espacial.

Una nueva versión de esta hipótesis, la denominada litopanspermia, cobraría fuerza durante la década de 1960. Según sus promulgadores, los físicos sir Fred Hoyle y ChandraWickramasinghe, la vida habría llegado a la Tierra protegida en el interior de los meteoritos. La supervivencia microbiana en el espacio quedó demostrada en 1969, cuando en los restos de la sonda SurveyorIII, traídos desde la Luna por la nave Apolo XII, se encontraron colonias de microorganismos que habían sobrevivido al viaje de ida y vuelta. La teoría, no obstante, cuenta con pocos adeptos dentro del mundo científico.

En 1924, el bioquímico AlexandrOparín (1894-1980) presentó una nueva teoría en su libro El origen de la vida. Según su tesis, derivada de la aplicación del concepto de evolución al terreno de la química, la vida habría surgido como producto de un proceso de larga evolución de los materiales químicos, que comprendía tres pasos:

Evolución química. Durante esta etapa, iniciada con la formación de los elementos, se sintetizaron los compuestos orgánicos monoméricos y poliméricos sobre los que se fundamenta la vida.

Evolución protobiológica . Comprende el autoensamblaje de sistemas precelulares que originarían las primeras células.

Evolución biológica. Abarca la infinidad de transformaciones que fueron sufriendo las primeras células y que condujeron a la enorme diversidad biológica actual.

La teoría de Oparín se fundamentó en las condiciones reductoras que debieron de existir en la recién formada Tierra. Su atmósfera estaría formada fundamentalmente por dióxido de carbono (CO2), vapor de agua (H2O), nitrógeno (N2) e hidrógeno (H2), y combinaciones de éstos (CH4 y NH4). La existencia de numerosas fuentes de energía procedentes de la radiación ultravioleta, las descargas eléctricas y la geotermia habrían conducido a la aparición de moléculas orgánicas pequeñas, llamadas monómeros, que se habrían combinado para formar moléculas mayores o polímeros. Estas moléculas se habrían ido acumulando en mares someros (“mar de caldo orgánico”). En la actualidad, sin embargo, se ha propuesto que las polimerizaciones pudieron haberse desarrollado sobre arcillas, lo que parece demostrarse por la presencia de elementos catalizadores en ellas y no en el medio hídrico.

Los sistemas químicos así creados, denominados protobiontes por Oparín, habrían proseguido su evolución hasta formar sistemas coloidales que contenían moléculas biológicas en su interior, y habrían iniciado un intercambio de materia con el exterior –alimentándose de la “sopa orgánica” y sometiéndose a las leyes de la selección natural– hasta la aparición de la primera célula o eubionte. Este primer organismo vivo sería, por tanto, de tipo procariota y heterótrofo.

John Burton Haldane, biólogo inglés, publicó pocos años después un artículo en el que expuso una teoría muy parecida a la de Oparín. En este punto debe señalarse que Haldane desconocía la obra de Oparín, la cual, al haber sido publicada sólo en ruso, había tenido una difusión bastante limitada. Por esta razón, es común referirse a esta tesis como la teoría de Oparín y Haldane.

En el campo experimental se desarrollaron diversos modelos precelulares que presentaban algunas propiedades de las células. Algunos de ellos fueron los “coacervados” de Oparín y las microesferas de protenoide de Sidney Fox; ambos guardaban similitud con el papel que desempeña la membrana celular.

En la atmósfera actual, de condiciones oxidantes, no es posible observar el proceso descrito por Oparín, pero en el laboratorio se pueden emular las condiciones de anaerobiosis de la atmósfera primitiva. Stanley Miller y Harold Urey idearon, en 1950, un experimento que recreaba las primeras etapas de la evolución química. En un recipiente cerrado –con agua en estado líquido– reprodujeron un modelo de la atmósfera y del océano antiguos, en forma de una mezcla gaseosa de hidrógeno, metano, amoniaco y vapor de agua. Tras someterla a sucesivas descargas eléctricas, encontraron aminoácidos y numerosos compuestos orgánicos. De esta manera se demostró que es posible la evolución desde un sistema químico simple hasta la aparición de los componentes básicos de la vida, tal y como sustentaba la hipótesis de Oparín. Más tarde, numerosos experimentos análogos confirmaron los resultados de Miller y Urey y demostraron la formación de 16 de los 20 aminoácidos totales que conforman nuestras proteínas, así como bases púricas y pirimidínicas componentes del ADN y el ARN.

Los primeros organismos vivos

Una vez formadas las macromoléculas constituyentes de la materia viva, se asociaron formando los orgánulos de las primeras células. Éstas, según el registro fósil, surgieron hace 3.500 millones de años y eran muy sencillas, carecían de núcleo diferenciado (eran procariotas) y tuvieron que adecuar su metabolismo a las condiciones ambientales del momento. Realizaban un metabolismo en ausencia de oxígeno (organismos anaerobios) y aprovechaban las moléculas orgánicas del caldo primitivo (células heterótrofas).

Un hecho fundamental para la existencia de las células fue la formación de una membrana que les permitió aislarse del medio externo y desarrollar los primeros procesos metabólicos. Es posible que las membranas biológicas se formaran por agregación espontánea de lípidos. Pero, ¿cómo apareció la vida? Un ser vivo es un ser capaz de autorreplicarse y de evolucionar en el tiempo a través de la selección natural.

Estos primeros seres vivos almacenaban probablemente la información genética en una única cadena de ácido nucleico, probablemente ARN. Éste podría haber hecho copias de doble cadena de sí mismo, que se transformaron en ADN, molécula más estable por su estructura de doble hélice, que se convirtió en el almacén de información. El ARN, por su parte, pasó a ser la molécula que transfiere esta información.

El metabolismo de estas primeras células debió producir una disminución de materia orgánica en el caldo primitivo. Ello forzó la aparición de otros tipos de metabolismo, capaces de dar lugar a individuos más aptos a las nuevas condiciones y que podían convertir la materia inorgánica en orgánica.

Es posible que los organismos que sobrevivieron sufrieran algún tipo de mutación que les permitió obtener energía de la luz solar. Así aparecieron los primeros organismos fotosintéticos que realizaron el proceso en ausencia de oxígeno (fotosíntesis anoxigénica).

Dichos organismos constituyen un grupo puente hasta la aparición de las cianobacterias, hace unos 3.100 millones de años. Las cianobacterias son capaces de convertir agua y dióxido de carbono en compuestos orgánicos, proceso durante el cual liberan oxígeno a la atmósfera (fotosíntesis oxigénica).

Alrededor de mil millones de años después, el metabolismo de las cianobacterias debió de producir un incremento de la concentración de oxígeno en la atmósfera primitiva, haciéndola parecida a la actual, hace aproximadamente 2.500 millones de años.

Algunos organismos se adaptaron y desarrollaron una vía de utilización del oxígeno (organismos aerobios), pero otros quedaron confinados en áreas sin presencia de oxígeno (organismos anaerobios).

Por otro lado, se produjo una estabilización de las concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono, y comenzó la circulación del carbono por la biosfera. Por último, en la atmósfera superior, el oxígeno (O2) reaccionó formando ozono (O3), que se acumuló originando una capa que protegió a la Tierra de las radiaciones solares ultravioletas. Esto hizo posible la colonización del medio terrestre.

La existencia de oxígeno atmosférico provocó la aparición de organismos capaces de obtener energía por oxidación de compuestos inorgánicos. Así aparecieron las células procarióticasquimiosintéticas. Más tarde surgieron bacterias que se alimentaban de materia orgánica (heterótrofas), y respiraban oxígeno (respiración aerobia).

Seguramente algunas células procariotas evolucionaron y se transformaron en células eucariotas, ya con núcleo diferenciado, parecidas a las algas unicelulares actuales.

Existen diversas teorías acerca de la aparición de este tipo de células. Según la hipótesis autógena, las células eucariotas se formaron a partir de procariotas; éstas desarrollaron sistemas de membranas que evolucionaron para dar lugar a los orgánulos típicos de la célula eucariota (núcleo, mitocondrias, vacuolas, cloroplastos, etc.).

En 1980, Lynn Margulis postuló la hipótesis de la endosimbiosis, según la cual los orgánulos de la célula eucariota se originaron por un proceso de simbiosis entre células procariotas, en el que una célula, más grande que otras, englobó a las pequeñas; éstas evolucionaron y dieron lugar, cada una de ellas, a un orgánulo.



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