Hoy en día se cree que la vida se originó a través de una serie progresiva de reacciones de síntesis (construcción). Los átomos se combinaron en compuestos simples, estos se combinaron a su vez en compuestos más complejos; y éstos últimos finalmente se organizaron y constituyeron las células vivas. Los detalles de este proceso solo se conocen parcialmente. Parte del conocimiento actual es el resultado de la observación de la vida actual. Por ejemplo del estudio de las bacterias, virus y otras formas primitivas, se puede deducir la apariencia de las primeras formas vivientes.
También la Astronomía, la Física y la Geología
proporcionan información sobre las condiciones físicas que imperaban
en la tierra primitiva. Y, finalmente, ciertos datos fundamentales han sido
obtenidos por medio de ingeniosos experimentos químicos ideados para
reproducir en el laboratorio algunas de las etapas que dieron lugar u origen
a la aparición de la vida millones de años atrás.
Paralelamente a las hipótesis científicas encontramos los
postulados bíblicos que plantean el origen de la vida en la Tierra por
acción de la voluntad de Dios. Sin embargo existen autores científicos
que afirman que se pueden considerar las dos líneas. Por ejemplo la Biblia
considera que la vida fue colocada en nuestro planeta, por Dios, en forma progresiva
durante varios días, que bien pueden representar lapsos de millones de
años. Además Dios primero se ocupó de la vida en el agua
y después la terrestre; e igualmente lo plantean las teorías más
aceptadas del origen de la vida.
Desde el momento en que la Tierra se formó fue dotada de unas propiedades físicas y químicas particulares; que no son exclusivas en todo el universo. Por lo tanto podemos deducir que probablemente en el universo existe vida de tipo celular similar a la nuestra.
Si consideramos que todos los seres vivos estamos constituidos por sustancias, abordar la pregunta del origen de la vida implica establecer una secuencia de fenómenos anteriores a la constitución de la vida celular, así: 1- evolución química 2- evolución biológica y 3- evolución celular.
Evolución química
No es una coincidencia que los cuatro elementos fundamentales, Carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, de la materia viva hayan sido los más abundantes de la atmósfera terrestre primitiva. Cuando las temperaturas bajaron lo suficiente, ellos desempeñaron un papel definitivo en el camino de la presencia de la vida en el planeta. Tales elementos pudieron formar sustancias sencillas como el agua ( H2O), el metano ( CH4 ), amoniaco ( NH3 ) el bióxido de carbono ( CO2 ), ácido cianhidrico ( CNH ) y moléculas de hidrógeno ( H2 ).
Sabemos hoy que por lo menos las tres primeras de estas sustancias se formaron no solo en la Tierra primitiva. Por ejemplo, el frío Júpiter posee agua, metano y amoniaco en gruesas capas heladas. Pero dada la gran distancia de éste al sol es probable que la superficie se helara antes de que pudieran ocurrir nuevos cambios químicos.
Al comienzo el agua que existía en la Tierra se encontraba en la atmósfera en estado de vapor, formando nubes cuyo espesor probable era de miles de kilómetros. Pero con el tiempo la temperatura de la corteza bajó lo bastante como para permitir que en algunos puntos se depositaran pequeñas cantidades de agua líquida, si bien muy caliente. La lluvia siguió cayendo de modo torrencial durante siglos; los terrenos bajos, cuencas y hondonadas se llenaron de agua. Y así se formaron los océanos. También los ríos bajaron torrencialmente de las montañas.
La caída de la lluvia había arrastrado a la tierra diversos gases atmosféricos disueltos en el agua, principalmente metano, bióxido de carbono y ácido cianhídrico. En el océano se acumularon también sales y minerales con la erosión de las laderas de las montañas por los ríos. Dicho aporte de sustancias se acrecentó por las erupciones volcánicas submarinas.
El agua fue desde el principio, y es todavía en la actualidad, el componente fundamental en importancia y cantidad de la materia viva. Su papel esencial se debe, entre otras, a dos de sus propiedades:
1. Es el mejor de los disolventes, lo que la hace un medio excelente para las reacciones químicas.
2. El agua fue originariamente la única fuente de hidrógeno y oxígeno, elementos dotados de propiedades que los hacen muy útiles para la vida.
Como se sabe, poco después de la formación de la tierra, desaparecieron de ella el hidrógeno y el oxígeno libres. Entonces las moléculas de agua se convirtieron en la fuente insustituible para la obtención de hidrógeno y oxígeno.
RESUMIENDO: Las sustancias que intervinieron en el origen de la vida fueron el agua y las sales minerales disueltas en ella, y, también los gases atmosféricos disueltos, a su vez, en ella. Y el papel principal lo desempeñaron los átomos de carbono (C) presentes en gases tales como el metano, pues de él pudieron originarse numerosos y diversos compuestos orgánicos (son todos aquellos que poseen carbono en sus moléculas como los azúcares, grasas y proteínas). Para todo esto se necesitó de energía externa proporcionada por el sol con los rayos ultravioleta, los rayos X y otras radiaciones de alta energía. Otra fuente de energía fue sin duda la proporcionada por las descargas eléctricas en la atmósfera, que eran abundantes.
Dos investigadores, el inglés Haldane y el soviético Alexander Oparin, retomaron en la década de los veinte de este siglo la intuición de Darwin de una autoorganización de la vida bajo las condiciones de la tierra primitiva, sin el efecto destructivo del oxígeno atmosférico habrían podido formarse y acumularse en los océanos combinaciones orgánicas. Nadie hizo caso de momento al modelo del caldo primigenio y menos cuando el gran naturalista francés Pasteur había demostrado, a fínales del siglo pasado que en la actualidad la vida no puede generarse espontáneamente de la materia inanimada. En las sustancias pasteurizadas (esterilizadas) no se forman organismos.
En 1952 a los norteamericanos Urey y Miller se les ocurrió reproducir en el laboratorio las condiciones de la atmósfera terráquea primitiva. En una probeta Miller bombardeo una mezcla de metano, amoniaco y agua en vapor con descargas eléctricas. Cuando pocos días después analizó el contenido de la probeta hallo además de los gases monóxido de carbono y dióxido de carbono y nitrógeno, 19 sustancias orgánicas, entre ellas 4 aminoácidos (componentes de las proteínas. Recordemos que las proteínas junto con las grasas y los ácido nucleicos son sustancias fundamentales para los seres vivos.
Siguieron otros experimentos; y Miller y sus colegas consiguieron, por fin, producir los 20 aminoácidos que funcionan como componentes de las proteínas y los 6 componentes de los ácidos nucleicos, llamados nucleótidos.
Si unos experimentos de corta duración, argumentaban los bioquímicos, ya eran capaces de transformar moléculas inorgánicas en sustancias orgánicas, la naturaleza habría sido capaz de perfeccionar este paso hacia el camino a la vida.
Así pues podemos suponer que se formaron las primeras sustancias orgánicas simples que se fueron acumulando en el agua del mar. Actualmente parece plausible, desde el punto de vista químico, que las proteínas y las bases nitrogenadas se formaran en la tierra primitiva a partir de las materias primas orgánicas existentes. Entre otros efectos catalíticos (aceleración de reacciones químicas) las proteínas pudieron haber activado la combinación de las bases nitrogenadas, monosacáridos y fosfatos, formándose así los nucleótidos. Y estos últimos solo se encuentran a un paso de distancia de los portadores de energía como el ATP. Con la existencia de las enzimas (proteínas catalíticas) y de ATP se hizo posible la aparición de transportadores de hidrógeno tales como las coenzimas y de ácido nucleicos como el ADN y el ARN. Desde luego, las últimas fases de síntesis no se han efectuado en el laboratorio. Pero aún así parece no existir ningún problema químico básico para pensar que tales síntesis pudieran tener lugar espontáneamente.
Evolución biológica
La naturaleza de los procesos que desembocaron en la formación de las primeras células, solamente puede deducirse de manera muy general. Los detalles son mucho menos claros que los de la evolución química. Sin duda, el resultado final pudo obtenerse de varias maneras diferentes. Sin embargo, podemos suponer que de una manera u otra grupos de todos los componentes básicos presentes en el océano primitivo se concentraron en espacios reducidos y que cada grupo de sustancias así acumuladas se agregó y formó una gota. La gota se convirtió en un ente vivÈ a causa de las propiedades de los materiales que la formaban.
Los experimentos de laboratorio mostraron, en los últimos años,
que los aminoácidos y los nucleótidos, bajo condiciones de
tierra primitiva, se reúnen preferentemente en largas cadenas moleculares
cuando se hallan incrustadas en arcilla común, que ya existía
antiguamente en grandes cantidades como resultado de la erosión de las
rocas. Mas aún, según qué metales contengan esos suelos,
algunos componentes de la vida se ven atraídos, mientras que otros resultan
destruidos. Así parece que la arcilla que contiene Níquel
favorece especialmente a aquellos 20 aminoácidos de los que están
formadas las proteínas.
El hecho de que la existencia de todos los organismos, desde el menor de los microbios hasta el mayor de los mamíferos, descansa sobre dos tipos de moléculas esenciales (ácidos nucleicos y proteínas), solo permite una deducción:
El juego de la naturaleza con las posibilidades químicas de la materia produjo un solo sistema capaz de sobrevivir, del que se desarrollaría toda la vida: un largo filamento de ácido nucleico rodeado de proteínas, algo parecido a un virus. Pero una molécula gigante, capaz de reproducirse, no es todavía, sin embargo, un sistema vivo completo porque está entregado sin protección a las inclemencias de la naturaleza. Solo una membrana protectora, una célula, convierte a una sustancia química capaz de prolongarse en un ser vivo. La vida también salvó este obstáculo. Siendo la vida: UNA ASOCIACIÓN DE MOLÉCULAS QUE ES CAPÁZ DE UN METABOLISMO, es decir que:
1. Puede relacionarse con el medio ambiente.
2. Es capaz de reproducirse, es decir de realizar copias
de sí misma.3. Es capaz de mutación, es decir, que al reproducirse
no siempre produce copias totalmente idénticas, sino que trasmite
a la generación siguiente algunas pequeñas divergencias. Solo
con la mutación tiene la vida una oportunidad de reaccionar con flexibilidad
a las cambiantes condiciones ambientales.
Ningún grupo de moléculas puede cumplir al mismo tiempo estas tres condiciones. Solo la estrecha colaboración de tres de tales grupos hace posible la vida: Ácidos nucleicos (ADN y ARN), proteínas y grasas. Los ácidos nucleicos memorizan el plan de montaje de todo el organismo (herencia genética). Las proteínas regulan el metabolismo, cuidan de la realización correcta del plan de montaje y ayudan a los ácidos nucleicos en su reproducción. Pero solo ambas moléculas gigantes pueden funcionar si están encerradas en una célula. La membrana de una célula, por una parte ha de ser impermeable, pero por otra no debe impedir el paso a las sustancia imprescindibles para la vida. Las moléculas llamadas lípidos (grasas) son capaces de confeccionar una membrana de este tipo.
Pero, cómo sucedió esto en la tierra primitiva, o mejor en el océano primitivo?
Volvamos a la época cuando el mar era un caldo de sustancias cada vez más complejas (orgánicas). Dadas sus características físicas y químicas tendían a formar agregados; los cuales es más lógico suponer que, se efectuaron a lo largo de las costas de los océanos. Las superficies adsorbentes (como ya dijimos la arcilla) quedaron progresivamente cubiertas de materia orgánica a la que se añadían o no nuevas moléculas. La concentración de moléculas habría ido aumentando lentamente y este proceso habría sido acelerado por la considerable evaporación de agua en las zonas de las mareas.
Se sabe que muchas proteínas pueden formar granos sólidos o fibrillas ramificadas y que ciertas mezclas que contienen proteínas o lipoproteínas pueden formar, simplemente como consecuencia de estado físico, películas membranosas en sus superficies (como las que se forman en las natillas). Pues bien, las góticas de sustancia orgánica acumulada en el borde del océano pudieron desarrollar membranas limitantes externas y al mismo tiempo también pudieron formar un armazón interno. A partir de este momento dichas gotas se constituyeron en unidades individuales y distintas separadas del agua oceánica externa y permanecieron individualizadas aunque absorbieron agua y devuelta posteriormente al océano. En realidad tales unidades no fueron otra cosa que las primitivas células. Indudablemente debieron producirse numerosos ensayos y errores antes de que las primeras células abandonaran su lugar de nacimiento. Es necesario recordar que tal proceso se efectuó en pequeños huecos en las costas primitivas.
Un problema fundamental con respecto al posible origen de las células y en general de todos los grupos de organismos es averiguar si evolucionaron de manera monofilética (a partir de un solo antepasado común) o de manera polifilética (a partir de varios antepasados). Las células primitivas se originaron a partir de una sola célula, o bien se originaron muchas "primeras" células independientemente ?. Se desconoce la respuesta. Sin embargo, los biólogos intentan obtener una respuesta probable basándose en razonamientos indirectos. Y para esta pregunta unos y otros tienen razonamientos con bases sólidas pero sin ser comprobadas con suficiente claridad. Lo cierto es que la vida no es más que una organización de sustancias que individualmente nunca podrán tener vida.
Evolución celular
En las primeras células, los ácidos nucleicos formadores de genes (unidades hereditarias) debieron estar libres, en suspensión, en el citoplasma. Según lo podemos deducir de las células más primitivas (bacterias) que hoy existen. En ocasiones debió ocurrir que estos corpúsculos, junto con otros componentes celulares, se desprendieran de la célula y se dispersaran en el mar abierto. En este estado libre las acumulaciones de ácido nucleico debieron de ser simplemente agregaciones químicas desprovistas de vida, debido a que carecían de "envoltura" celular normal. Pero también pudo ocurrir que a menudo dichos agregados inertes penetraran por casualidad en otra célula.
Estas acumulaciones de ácidos nucleicos escapadas de una célula, libres temporalmente en estado inerte y capaz de entrar luego en otra célula donde eran reactivados, pueden haber sido los antepasados de los actuales virus. Probablemente nunca se hagan experimentos que sigan en detalle el camino hacia la célula primigenia. Pero, por otro lado, el camino desde las moléculas orgánicas hasta el primer organismo vivo no debe haber sido tan increíblemente inverosímil. A los 1.000"000.000 de años después del nacimiento de la
tierra, ésta ya portaba vida. Pasarían otros 2.000"000.000 de años hasta que estos unicelulares, llamados procariotas, se hubieran desarrollado en células con membrana nuclear o eucariotas.
Algunos procariotas sobrevivieron como especie, prácticamente sin cambio alguno durante miles de millones de años, porque su entorno se mantuvo estable aunque se hayan reducido sus minúsculos nichos ecológicos. Por ejemplo el investigador norteamericano de la evolución Carl Woese encontró en 1977 organismos primitivos en fuentes termales y otros lugares inaccesibles, sin oxígeno. Estas bacterias primitivas viven de CO2 e hidrógeno es decir de componentes de la tierra primitiva.
Teorías del origen de la vida
EL CREACIONISMO
Esta teoría propone que la vida fue creada por un poder sobrenatural. Este postulado tiene poca aceptación científica. Sin embargo, la ciencia no ha podido dar respuestas definitivas respecto del origen de la vida y le es difícil descartar el impulso creador inicial.
EL MIGRACIONISMO
El sueco Svante Arrhenius propuso esta teoría y sugirió que ciertos gérmenes y semillas podrían haber sido transportados desde otros planetas hasta la tierra. En este caso, la vida terrestre pudiera ser el resultado de una "colonización" procedente de otros planetas.
La objeción más importante a esta teoría es que la vida no pude sobrevivir al frío, la sequedad, las radiaciones y el calor.
Este planteamiento no responde al interrogante de ¿cómo y cuándo apareció?
TEORÍA DE LA GENERACIÓN ESPONTÁNEA
En la antigüedad se creía que los seres vivos surgían espontáneamente a partir de materiales no vivientes por un principio activo. Se pensaba, por ejemplo, que las moscas provenían de los alimentos en descomposición, los ratones de los deshechos y las ranas del fango.
En 1668, Francisco Redi demostró que las moscas no se formaban de los alimentos si se tenía el cuidado de cubrirlos para que allí no colocaran sus huevos. Estos experimentos dieron apoyo a la teoría de la biogénesis, que explica que los seres vivos solo provienen de la vida preexistente.
Luego, con el descubrimiento de los microorganismos, se retomó la idea de la generación espontánea para explicar su presencia en sustancias descompuestas, a pesar de que Lázaro Spallanzani probó que si estas sustancias, se hervían y tapaban permanecían sin microbios. Sus oponentes atribuyeron ésto a que el calor destruía el principio activo del aire que generaba la vida. Solo hasta 1862, Louis Pasteur con un experimento sencillo, logró erradicar la idea de la generación espontánea.
TEORIA EVOLUCIONISTA
Hoy en día, los científicos explican que los seres vivos no se desarrollan repentina y espontáneamente, sino que proceden de otros seres vivos.
Sin embargo, existe una pregunta importante: ¿cómo se formó el primer ser vivo? La respuesta considera la evolución química de la materia. Se cree que el primer ser vivo se originó por la transición de materiales inorgánicos sencillos a sustancias orgánicas complejas. Esta hipótesis, propuesta por el biólogo ruso Alexander Oparín, admite que la atmósfera primitiva, por carecer de oxígeno, estaba expuesta a radiaciones altamente ene4rgéticas, que favorecieron la formación de moléculas orgánicas complejas. Estas moléculas fueron la materia prima para la formación de sistema con membranas que posteriormente pudieran dar origen a seres vivos sencillos.
A mediados de este siglo el científico norteamericano Stanley
Miller demostró que esta hipótesis era posible. Miller colocó
en un recipiente una mezcla de gases como los de la atmósfera primitiva
supuesta por Oparín. Estos gases eran hidrógeno, amoniaco, vapor
de agua y un compuesto orgánico sencillo, el metano, los cuales sometió
a descargase eléctricas. Así Miller obtuvo varios compuestos de
carbono que son la materia orgánica básica de los seres vivos.
Taller
1. Lea cuidadosamente todo lo anterior y realice un álbum de dibujos colocando los siguientes títulos: Aspecto de la tierra en el origen de la vida. Evolución química. Evolución biológica y Evolución celular (varios dibujos para cada título).
2. Coloque en orden lo siguiente: moléculas simples, átomos, células evolucionadas o eucariotas, moléculas complejas, células primitivas o procariotas.
3. ¿Cuáles son los cuatro elementos básicos de la materia viva?
4. ¿Estos cuatro elementos que sustancias sencillas formaron en la atmósfera primitiva?
5. ¿De estas últimas cuáles se encuentran en otro planeta del sistema solar. Qué planeta es?
6. ¿En qué estado se encontraba el agua en la tierra primitiva? Qué ocurrió con el agua en aquel tiempo?
7. Cuáles son las dos propiedades que hacen muy importante el agua para la vida ?
8. ¿Por qué se considera al elemento químico Carbono como el más importante en la formación de las primeras sustancias orgánicas?
9. ¿Qué tipos de energía ayudaron en la formación de las primeras sustancias orgánicas ?
10. En forma resumida explique los experimentos de Urey y Miller (1952).
11. ¿Qué importancia tiene que Urey y Miller hayan encontrado aminoácidos en sus experimentos?
12. ¿Cuálesšson las 3 características del metabolismo?
13. Resuma la evolución biológiGa con no menos de 10 afirmaciones.
14. Resuma la evolución celular con no menos de 5 afirmacioneæ.
15. Escriba lo fundamental de cada una de las teorías del origen de la vida.
Autor:
Egberto Antonio Carreño Parra