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El panorama histórico

Enviado por gonzalez1010



  1. Los primeros antecedentes
  2. Redi y Spallanzani contra los vitalistas
  3. Pasteur y la generación espontánea
  4. La alternativa materialista
  5. La evolución química del universo
  6. La síntesis prebiológica de compuestos orgánicos
  7. Los sistemas precelulares
  8. Los primeros seres vivos
  9. De heterótrofos a autótrofos
  10. De sencillo a complejo
  11. La vida en el universo

LOS PRIMEROS ANTECEDENTES

La preocupación por conocer el origen de los seres vivos que nos rodean es, sin duda, tan antigua como el momento mismo en que las primeras sociedades humanas iniciaron el proceso de racionalización de sus relaciones de dependencia con la naturaleza y las empezaron a transformar en relaciones de dominio.

Para los primeros recolectores de frutos, para los cazadores y los agricultores primitivos, era una experiencia común observar cómo los animales podían engendrar descendencia semejante a los progenitores.

De estas observaciones surgió la idea de la generación espontánea, que habría de resultar una explicación útil, no sólo para comprender un fenómeno que era observado cotidianamente, sino que incorporado a los sistemas religiosos, se convirtió en el instrumento de creación de la vida en la Tierra que utilizó la multitud de dioses de las mitologías de todos los tiempos.

Estas ideas creacionistas, impregnadas de un fuerte carácter idealista, fueron enriquecidas por las culturas mesopotámica y egipcia, y transmitidas a los filósofos jónicos que habitaban en las ciudades griegas del Asia Menor.

Las teorías de la generación espontánea fueron desarrolladas por los griegos, pero aquellos que fundaron o pertenecían a las corrientes materialistas del pensamiento suprimieron de ellas los elementos místicos, o intentaron reducirlos a su mínima expresión. Para Tales de Mileto, Anaximandro, Jenófanes y Demócrito, la vida podía surgir del lodo, de la combinación del agua con el fuego, del mar, o de cualquier otra combinación de los elementos; pero en todo este proceso los dioses no intervenían, ya que habían sido suprimidos o relegados a planos de menor importancia.

Este punto de vista habría de encontrarse con la oposición obstinada de los idealistas y en particular de Platón, quien, dos siglos más tarde, predicaría en Atenas un sistema filosófico de carácter idealista con el que pretendería encadenar al hombre y a la naturaleza misma a un mundo supernatural regido por los dioses.

Es difícil apreciar en toda su magnitud el valor de la obra de Aristóteles en las ciencias, y en particular en la biología; algunas de sus observaciones no sólo subsistieron durante toda la antigüedad, sino que siguen siendo válidas hasta nuestros días. Pero sus ideas sobre el origen de la vida fueron menos acertadas y reflejan claramente el carácter idealista de su filosofía

Es cierto que surgieron luego otras concepciones materialistas que se oponían a estos esquemas idealistas.

Sin embargo, los puntos de vista aristotélicos se afianzaron y permanecieron casi indiscutibles durante cerca de dos mil años; el establecimiento de la Iglesia cristiana en el Imperio Romano y las hábiles piruetas filosóficas de los Concilios y los neoplatónicos, incorporaron las ideas creacionistas de Platón y Aristóteles a los dogmas teológicos, transformando y reagrupando algunos conceptos, como el de la entelequia, que pronto pasó a ser equivalente al del alma.

La Iglesia aceptó de buen grado la idea de la generación espontánea, ligándola a la mitología bíblica, y las obras e ideas de los materialistas fueron olvidadas o perseguidas.

REDI Y SPALLANZANI CONTRA LOS VITALISTAS

En su libro Ortus Medicinae dice:

... Las criaturas tales como los piojos, garrapatas, pulgas y gusanos son nuestros miserables huéspedes y vecinos, pero nacen de nuestras entrañas y excrementos. Porque si colocamos ropa interior llena de sudor con trigo en un recipiente de boca ancha, al cabo de veintiún días el olor cambia y el fermento, surgiendo de la ropa interior y penetrando a través de las cáscaras de trigo, cambia al trigo en ratones. Pero lo que es más notable aún es que se forman ratones de ambos sexos, y que éstos se pueden cruzar con ratones que hayan nacido de manera normal ... Pero lo que es verdaderamente increíble es que los ratones que han surgido del trigo y la ropa íntima sudada no son pequeñitos, ni deformes ni defectuosos, sino que son adultos perfectos! ...

La actitud de los hombres había sufrido cambios sustanciales con la desaparición del feudalismo. Incrédulos, los científicos reavivan su capacidad crítica; se empiezan a librar de la pesada carga que constituía la herencia de Aristóteles y comienzan a someter a la experimentación todas las ideas y teorías. Imbuido plenamente de este espíritu, Francesco Redi, un médico toscano asesta en 1668 los primeros golpes experimentales a la teoría de la generación espontánea. Preocupado por el origen de los gusanos que infestaban la carne, logró demostrar que éstos no eran sino larvas que provenían de los huevecillos depositados por las moscas en la misma carne. Sus experimentos, vistos ahora, nos parecen sencillos: simplemente colocó trozos de carne en recipientes tapados con muselina. No solamente no se agusanó la carne, sino que al examinar la tela pudo observar en ella los huevecillos que no habían podido atravesarla.

En Inglaterra, Needham intentó demostrar la existencia de una fuerza vital mediante cientos de experimentos, en los cuales llenaba botellas con caldos nutritivos, los hervía durante dos minutos aproximadamente, y luego las sellaba. Inevitablemente, y a pesar de todas sus precauciones, los caldos se infestaban de microorganismos. Needham concluyó que la generación espontánea de microorganismos era el resultado obligado de la materia orgánica en descomposición, al ser animada por una fuerza vital.

Pero, en Italia, Lazzaro Spallanzani no aceptó las conclusiones de Needham. Convencido de que los resultados que éste había obtenido eran provocados por una esterilización insuficiente, repitió los experimentos hirviendo sus medios de cultivo durante lapsos mayores, y en ningún caso aparecieron microbios en ellos.

PASTEUR Y LA GENERACIÓN ESPONTÁNEA

En realidad, Pasteur había trabajado desde antes de 1862 en los problemas de la acidificación de la leche, de la fermentación del jugo de uva y de la transformación del vino en vinagre. Esta experiencia le permitió diseñar una serie de experimentos sencillos y elegantes que acabaron por negar por completo la idea de la generación espontánea.

Lo primero que hizo Pasteur fue demostrar que en el aire había una gran cantidad de microorganismos. Para ello, filtró aire a través de algodón, que luego disolvió, y pudo así observar en el residuo sólido que obtenía una gran cantidad de microorganismos.

Lo que Pasteur no dijo en público, fue su convicción de que en la historia de la Tierra la generación espontánea tuvo que haber ocurrido al menos una vez, porque, de otra forma, ¿cómo explicar el origen de los seres vivos?

Ciertamente los experimentos de Pasteur representaron un triunfo de la ciencia contra el oscurantismo y el misticismo de los vitalistas; pero también vinieron, a colocar en aprietos a los científicos que se quedaban por el momento sin la única teoría que explicaba el origen de la vida en la Tierra. Los experimentos de Pasteur eran, en este sentido, concluyentes e irrefutables.

LA ALTERNATIVA MATERIALISTA

MECANICISMO Y PANSPERMIA

La atención que atrajeron sobre sí los resultados de los experimentos de Pasteur, habría de provocar el abandono parcial del estudio del origen de la vida.

Pero no todos compartían este desdén por una cuestión tan fundamental. Algunos, como los científicos que pertenecían a las escuelas mecanicistas, trataron de resolverlo, aunque infructuosamente, al proponer que en el pasado había surgido, gracias a un feliz accidente, una "molécula viviente".

Otra posible solución fue sugerida por Arrhenius en 1908, quien propuso lo que él llamó la teoría de la panspermia. De acuerdo con ésta, la vida habría surgido en la Tierra desarrollándose a partir de una espora o una bacteria que llegó del espacio exterior, y que a su vez se habría desprendido de un planeta en el que hubiese vida. A la teoría de la panspermia, sin embargo, era fácil oponer dos argumentos: por una parte, las condiciones del medio interestelar son poco favorables para la supervivencia de cualquier forma de vida, incluyendo las esporas y, por otro lado, Arrhenius no solucionaba el problema del origen de la vida ya que no explicaba cómo se podría haber originado en ese otro planeta hipotético del cual se habría desprendido la espora o la bacteria.

DARWIN, ENGELS Y EL EVOLUCIONISMO

A partir de la segunda mitad del siglo XIX, el pensamiento científico había sufrido una transformación revolucionaria con la aparición de la obra de Charles Darwin, El origen de las especies. Si bien es cierto que muchos autores anteriores a Darwin se habían preocupado por el problema de la evolución de las especies, él fue el primero en proponer que las especies no son invariables, sino que, basado en su teoría de la selección natural, postulaba que cambiaban constantemente.

Darwin no habla en su obra, explícitamente del problema del origen de los seres vivos, pero ciertamente daba un marco de referencia estrictamente materialista para estudiarlo, restando con ello toda validez al pensamiento vitalista. Más aún, Darwin, con su prudencia característica, que le llevó a no abordar públicamente el asunto, en privado escribió a un amigo diciendo que:

... si pudiéramos (y qué "si" tan grande) concebir un pequeño charco de agua templada, con toda clase de sales nitrogenadas y fosfóricas, y con luz, calor y electricidad, se formaría químicamente de allí un compuesto proteínico capaz de sufrir transformaciones aún más complejas, pero hoy en día un compuesto así sería inmediatamente devorado o absorbido; y

esto no hubiera ocurrido antes de que aparecieran los seres vivos...

Ciertamente, aquí están plasmadas las ideas de Darwin acerca del origen de la vida; pero ni las hizo públicas, ni tampoco el desarrollo de la ciencia en sus días, en especial el de la química orgánica, había alcanzado un nivel que permitiese la comprobación experimental de esta posibilidad.

Federico Engels, por su parte, preparando su obra Dialéctica de la naturaleza, se preocupó también por el origen de la vida.

Engels señaló claramente que la vida en la Tierra no era el resultado de la intervención divina ni un accidente de la materia, sino que representaba un paso más en los procesos de evolución de la naturaleza, dentro de los cuales la materia puede alcanzar niveles de complejidad creciente, yendo de lo inorgánico a lo orgánico y de lo orgánico a lo biológico.

LA TEORÍA DE OPARIN-HALDANE

En 192 1, un joven bioquímico soviético, Alexander I. Oparin, presentó ante la Sociedad Botánica de Moscú un breve trabajo en el que concluía que los primeros compuestos orgánicos se habían formado abióticamente sobre la superficie del planeta, previamente a la aparición de los seres vivos, y que éstos se habían desarrollado a partir de las sustancias orgánicas que les precedieron. En 1924 apareció un libro del propio Oparin titulado El origen de la vida, en ruso, en donde desarrollaba con bastante más detalle su hipótesis materialista sobre el origen de la vida.

EL REPLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La teoría de Oparin-Haldane habría de influir, de una manera decisiva, sobre prácticamente todos los científicos que se preocuparon por el problema del origen de la vida a partir de 1930, gracias a que sus planteamientos abrían, por una parte, la posibilidad de experimentar diversas alternativas y por otra, el desarrollo de diversas disciplinas científicas como la bioquímica, la astronomía, la geología y muchas otras más que permitieron ir reconstruyendo los procesos de evolución previos a la aparición de la vida en la Tierra.

LA EVOLUCIÓN QUÍMICA DEL UNIVERSO

EL ORIGEN DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

Aproximadamente el 95% de la materia viviente está constituida por hidrógeno, carbón, nitrógeno y oxígeno, que junto con muchos otros elementos de la Tabla Periódica se encuentran organizados formando proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y carbohidratos y muchas otras moléculas complejas. Estos mismos elementos son los más abundantes en el universo.

La respuesta a esta pregunta la podemos encontrar estudiando la estructura y la evolución de las estrellas. Estos cuerpos, que se forman a partir del colapso gravitacional de grandes nubes de hidrógeno y polvo que existen en la galaxia, alcanzan temperaturas y presiones tan grandes en su interior que generan energía que se convierte en radicación luminosa que es emitida al espacio.

LAS MOLÉCULAS INTERESTELARES

Como resultado de los procesos de evolución estelar, las nubes de hidrógeno y polvo que existen entre las estrellas de la galaxia se van enriqueciendo en elementos químicos. Debido a las bajas densidades del medio interestelar, se consideraba que era poco probable que los átomos interaccionaran entre sí para formar compuestos químicos. A pesar de que en 1937 se descubrieron moléculas interestelares sencillas, como los radicales metilidina (CH+) y cianógeno (CN-), se pensaba que solamente existían en cantidades minúsculas, y que no podrían existir moléculas más complejas.

La mayoría de las moléculas que se han descubierto en el medio interestelar tienen un carácter orgánico; es decir, contienen al menos un átomo de carbón en su estructura. Por otra parte, debido a que el formaldehído y el ácido cianhídrico, que son muy abundantes en el medio interestelar, reaccionan fácilmente entre sí para formar aminoácidos, es posible que en las nubes más densas del material interestelar existan moléculas más complejas como la glicina y la alaniha, dos aminoácidos sencillos, y otras tales como la purina y la urea.

EL ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR

Las nubes más densas y oscuras de la galaxia, donde las moléculas existen en mayor abundancia, se encuentran también sujetas a un proceso de contracción gravitacional, durante el cual se fragmentan en trozos de diferente masa y tamaño.

Hace aproximadamente cuatro mil quinientos millones de años el Sol empezó a emitir energía generada por procesos termonucleares que ocurrían en su interior, y al hacerlo empujó hacia las partes externas de la nebulosa solar el material gaseoso más ligero. Los planetas que se formaron a partir de la condensación del material del disco que giraba alrededor del Sol quedaron separados en dos grandes grupos, de acuerdo con su composición química.

LA SÍNTESIS PREBIOLÓGICA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

LA TIERRA PRIMITIVA

Si bien es cierto que la Tierra se formó, junto con el resto del Sistema Solar, de una nube densa de material interestelar que contenía una gran cantidad de compuestos orgánicos, es poco probable que estas moléculas hayan podido sobrevivir a las altas temperaturas que se generaron en las partes internas de la nebulosa solar durante su colapso.

EL EXPERIMENTO DE MILLER-UREY

uno de los primeros experimentos que vino a demostrar que los procesos de evolución química que antecedieron a la vida pudieron haber ocurrido en la Tierra primitiva, fue el que realizó en 1953 Stanley L. Miller, trabajando bajo la dirección del profesor Harold C. Urey. Para llevarlo a cabo intentaron simular en el laboratorio las posibles condiciones de la atmósfera secundaria de la Tierra. Colocaron una mezcla de hidrógeno, metano y amoniaco en un matraz, al que le llegaba constantemente vapor de agua y en el cual se colocaron electrodos que produjeron descargas eléctricas durante una semana; al cabo de ésta, se analizó el agua que se había condensado al enfriarse y que tenía disueltos los productos de las reacciones químicas.

SIMULANDO LA TIERRA PRIMITIVA

Usando diferentes fuentes de energía y mezclas de gases, los investigadores rápidamente llegaron a una conclusión: siempre que no existiese oxígeno libre en los dispositivos experimentales donde se simulaba la atmósfera primitiva, se podían formar compuestos orgánicos complejos..

Los experimentos posteriores, si bien estaban basados en los principios generales del de Miller-Urey, se fueron haciendo cada vez más complicados. Ya no solamente se simulaba la atmósfera primitiva sino, como lo hizo Ponnamperuma, también la hidrosfera, colocando un matraz en el que el agua se vaporizaba y acumulaba todos los productos de la reacción de una atmósfera reductora que en contacto directo con ella, formaba una "sopa primitiva".

LAS REACCIONES DE CONDENSACIÓN

El siguiente paso trascendental en la evolución prebiológica era la aparición de los enlaces cóvalentes que permitiría la formación de moléculas tales como los nucleótidos, los péptidos y los lípidos, y la posterior aparición de polímeros como los polisacáridos, los polinucleótidos y los polipéptidos. Sin embargo, para que éstos polímeros se puedan formar, es necesario que ocurran las llamadas reacciones de condensación, que implican la formación de moléculas de agua a partir de grupos químicos presentes en los movimientos que se unirán entre sí por medio de enlaces covalentes.

EL PROBLEMA DE LA ASIMETRÍA

Estamos habituados a considerar algunos objetos que existen en la naturaleza como imágenes especularas de otros. Por ejemplo, la mano derecha es en cierta forma la imagen especular de la mano izquierda aun cuando su forma sea básicamente la misma, el hecho de que la una sea la imagen al espejo de la otra, impide que podamos utilizar un guante izquierdo para una mano derecha, y análogamente, no podemos superponer una mano izquierda a una derecha. Con las moléculas, sobre todo con las más complicadas, sucede lo mismo: existen dos formas, una de ellas orientada hacia la derecha, que se designa anteponiendo la letra D al nombre de la molécula y otra, que puede ser químicamente idéntica, que es la imagen especular orientada hacia la izquierda, y que se designa anteponiendo la letra L.


LOS SISTEMAS PRECELULARES

LA FORMACIÓN DE SISTEMAS POLIMOLECULARES

Paralelamente a la formación abiótica de los polímeros que ocurría en las arcillas y los de los charcos situados en la orillas de los mares primitivos, se daba un proceso de gran importancia cualitativa: formación de pequeños sistemas constituidos por gotitas de agua de tamaño microscópico en las que se encontraban disueltas grandes cantidades de estos mismos polímeros y de muchas sustancias orgánicas.

Este tipo de sistemas, que seguramente antecedieron a la formación de las primeras células, representan un cambio fundamental en la organización de la materia que podemos estudiar a partir de modelos que fácilmente se forman en el laboratorio, tales como los coacervados y las microesférulas proteicas.

LOS COACERVADOS

Uno de los modelos, más. estudiados como un posible antecesor de las primeras células es el de los coacervados. Originalmente fueron sugeridos como un modelo del citoplasma por un químico holandés, B. de Jong, quien demostró que mezclando dos soluciones diluidas de compuestos de alto peso molecular, como proteínas y carbohidratos, se podían obtener gotitas microscópicas donde las macromoléculas tendían a agregarse como resultado de cargas eléctricas opuestas. Estas gotitas, que Jong llamó. coacervados, quedaban suspendidas en la matriz líquida, en la cual se daba una disminución notable en la concentración de las macromoléculas a medida que éstas se iban acumulando en las gotas de coacervado.

LAS MICROESFÉRULAS PROTEICAS

Sidney W. Fox, en cambio, ha sugerido que las primeras células fueron directamente precedidas por lo que él ha llamado microesférulas proteicas, que son pequeñas gotitas que se forman en soluciones concentradas de proteinoides, y cuyas dimensiones son comparables a las de una célula típica. Estas pequeñas esferas, que suelen ser muy resistentes, se forman fácilmente y en grandes cantidades a partir de aminoácidos que se polimerizan por acción del calor; estos proteinoides, disueltos en agua hirviendo, dan lugar a las microesférulas al enfriarse la solución, y en condiciones, adecuadas de pH y de concentraciones salinas.

SULFOBIOS Y COLPOIDES

A principios de la década que se inició en 1930, un científico mexicano, don Alfonso L. Herrera, preocupado también por el problema del origen de la vida, empezó a experimentar con una serie de estructuras minúsculas, con apariencia de microorganismos, que formaba a partir de la mezcla de diferentes proporciones de sustancias tales como aceite, gasolina y diversas resinas. De esta forma, logró obtener una gran variedad de estructuras, algunas de las cuales, enviadas a diferentes microbiólogos, fueron identificadas como diversas especies de microorganismos.

En 1942 publicó un artículo en el que describió la formación de lo que llamó sulfobios, que no eran sino microestructuras organizadas con apariencia de células, formadas a partir de tiocianato de amonio y formalina. Informaba, al mismo tiempo, de la síntesis de dos aminoácidos y de otros productos, de condensación, incluyendo algunos pigmentos.

EL ORIGEN DE LAS MEMBRANAS

El estudio de los posibles precursores de las células demuestra la importancia de aislar el interior de las gotas de coacervados o de las microesférulas del medio externo, permitiendo al mismo tiempo el intercambio de materia y energía. Este tipo de funciones, junto con otras más complejas, las realizan actualmente las membranas biológicas, y están directamente relacionadas con su estructura misma.

LOS PRIMEROS SERES VIVOS

EL ORIGEN DEL CÓDIGO GENÉTICO

Todos los seres vivos en la Tierra poseen dos tipos fundamentales de moléculas, sin las cuales no podemos imaginarnos la existencia de sistemas vigentes: las proteínas y los ácidos nucleicos. En particular, la compleja molécula de DNA, cuya estructura de doble hélice conocemos gracias a los trabajos de Wilkins, Watson y Crick, es el centro coordinador de un conjunto de complicadas reacciones químicas que permiten el mantenimiento de la vida y la evolución de los organismos.

En segundo lugar, la molécula de DNA, puede producir copias de sí misma, garantizando la continuidad genética a medida que los organismos se van reproduciendo, al transmitir a sus descendientes la información necesaria para la síntesis de sus propias proteínas. Sin embargo, durante este proceso pueden ocurrir cambios en la molécula de DNA que se ha autocopiado. De este modo, la información que se transmite es alterada, produciendo mutaciones que permiten la eventual evolución de los sistemas biológicos.

DE PROTOBIONTES A EUBIONTES

La aparición de sistemas polimoleculares cada vez más complejos condujo con toda seguridad a un número muy grande de estructuras precelulares que se diferenciaban entre sí por su grado de organización interna, por el tipo de sustancias que los conformaban y por su estabilidad. Todos ellos, sin embargo, tenían una propiedad en común, fundamental para su evolución: eran sistemas abiertos, capaces de intercambiar constantemente materia y energía con el medio ambiente, creciendo y fragmentándose a menudo en otros sistemas similares. Este nuevo nivel de organización de la materia llevó a la aparición de lo que Oparin ha llamado los protobiontes, es decir, de los sistemas precelulares que en el curso de millones de años fueron adquiriendo gradualmente las características de complejidad que les permiten convertirse en los antecesores directos de los primeros seres vivos.

EL CASO DE LOS VIRUS

El estudio de los virus ha demostrado que en su mayoría no son sino pequeñas cápsulas de proteínas que rodean una molécula de un ácido nucleico; este tipo de estructura, aparentemente tan simple, ha llevado a algunos a sugerir que los virus son los representantes contemporáneos de los primeros organismos que aparecieron en la Tierra.

Al pequeñísimo tamaño de los virus que permite verlos únicamente al microscopio electrónico, y a su simplicidad estructural, hay que agregar una propiedad igualmente sorprendente: las soluciones virales se pueden cristalizar y permanecer inertes por años. Pero cuando los cristales se disuelven en agua y se ponen en contacto con células vivas, los virus las pueden infestar inmediatamente.

LOS FÓSILES MÁS ANTIGUOS

El estudio de las rocas sedimentarias del Precámbrico ha permitido reconstruir parte de la historia de los inicios de la vida en nuestro planeta. No ha sido ésta una tarea fácil: muy pocos de los sedimentos de mayor antigüedad has escapado a las alteraciones a que está sujeta la corteza terrestre por acción de los procesos geológicos que la transforman constantemente.

A pesar de ello, los trabajos de los micropaleontólogos, entre los que destacan Tyler, Barghoorn y Schopf, han logrado demostrar la existencia de fósiles microscópicos en rocas sedimentarias precámbricas localizadas en la formación de Fig Tree, en el África del Sur, y que tienen una edad de aproximadamente tres mil doscientos millones de años.

DE HETERÓTROFOS A AUTÓTROFOS

LA APARICIÓN DE LOS AUTÓTROFOS

Los primeros seres vivos que aparecieron en la Tierra eran seguramente muy similares a los organismos unicelulares más primitivos que existen actualmente, tales como las bacterias

Y las algas verde-azules. Tenían, sin embargo, un rasgo distinto: con seguridad eran heterótrofos; es decir, no fabricaban sus propios alimentos, sino que los tomaban ya elaborados de la gran cantidad de materia orgánica disuelta en los mares primitivos, y que se había formado abióticamente.

Estas sustancias, incorporadas al interior de las primeras células, eran utilizadas para obtener energía aprovechable biológicamente por medio de la fermentación anaerobia, un proceso que es poco eficiente desde un punto de vista energético. Seguramente en forma similar a como la realizan algunas bacterias contemporáneas, como las responsables de la gangrena, eran capaces de fermentar muchos tipos de carbohidratos; pronto se dio, por un proceso de evolución biológica, un gran salto, al aparecer bacterias que eran capaces de incorporar el dióxido de carbono (CO2 )presente en la atmósfera a compuestos reducidos de origen metabólico utilizando para ello el ácido sulfhídrico (H2S) atmosférico mediante procesos fotosintéticos primitivos. Aparecieron después bacterias que utilizaban las moléculas de sulfatos, mucho más energéticas, liberando a su vez el H2S como un producto secundario.

LA TRANSFORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA REDUCTORA

La aparición de organismos fotosintéticos que liberaban oxígeno provoco una serie de cambios fundamentales en la composición química de la atmósfera terrestre. Aunque algunas moléculas de agua eran fotodisociadas por la radiación ultravioleta, lo cual provoca la formación de una pequeña capa de ozono, la atmósfera tenía un carácter básicamente reductor, dado por la presencia de hidrógeno libre y compuestos hidrogenados. Sin embargo, como resultado de los procesos fotosintéticos que ocurrían en los organismos que contenían clorofila, hace unos tres mil millones de años se empezó a acumular lentamente el oxígeno libre en la atmósfera, transformando se de reductora a oxidante.

LA EVOLUCIÓN DEL METABOLISMO

Aunque los primeros seres vivos que surgieron en la Tierra eran muy sencillos tanto estructural como funcionalmente, requerían de cualquier manera de un aparato catalítico, tal vez de origen abiótico inicialmente, capaz de regular las tasas de las reacciones químicas que formaban la base de su metabolismo. Sin embargo, en el curso de la evolución biológica fueron apareciendo sustancias cada vez más complejas y específicas, cuya presencia en un organismo implicaba un metabolismo más eficiente, y que podían ser transmitidas a los descendientes que eran entonces más competentes que otros en las poblaciones primitivas, para sintetizar proteínas. Es decir, que como resultado de un cambio en la información genética de un organismo, aparecían mutaciones con ventajas selectivas que eran transmitidas a sus descendientes, de manera que las generaciones sucesivas tendrían una frecuencia cada vez mayor de la nueva capacidad metabólica.

LA EVIDENCIA FÓSIL

Los resultados de las investigaciones que Barghoorm y sus colaboradores han desarrollado trabajando en rocas sedimentarias provenientes de la llamada formación Gunflint, en Canadá, aportan evidencias concretas sobre la evolución de los organismos fotosintéticos durante el periodo precámbrico.

Al analizar muestras de la formación Gunflint, que tiene una edad de aproximadamente dos mil millones de años, han logrado identificar una gran variedad de fósiles muy similares a algunas algas verde-azules contemporáneas, sobre todo las pertenecientes a los géneros Oscillatoria y Lyngbya. La mayor parte de los fósiles encontrados en esta formación, son estructuras filamentosas que llegan a tener hasta varios cientos de micras de largo y en las cuales es posible distinguir estructuras internas como tabiques de separación. Algunos fósiles asociados a estas estructuras son de forma esférica; tal vez representen cianofíceas unicelulares, aunque algunos autores piensan que podría tratarse de las endoesporas fosilizadas de las formas filamentosas.

DE SENCILLO A COMPLEJO

PROCARIONTES Y EUCARIONTES

Con la excepción de los virus, que podríamos llamar acelulares, todos los organismos terrestres pertenecen a una u otra de estas dos categorías: la de los organismos formados por células que carecen de núcleo, llamados procariontes, o bien la de los formados por células que poseen un núcleo, o sea los eucariontes.

Esta distinción entre dos grupos de seres vivos, cuya importancia evolutiva ha sido comprendida apenas recientemente, en opinión de muchos biólogos, tiene un significado mayor que la separación de los organismos en plantas y animales, que era la base de los esquemas tradicionales de clasificación.

Ambos tipos de organismos pueden estar representados por formas unicelulares o pluricelulares; aunque los procariontes nunca llegan a alcanzar la complejidad y el tamaño de los eucariontes pluricelulares. De hecho, los procariontes típicos, como las bacterias y las cianofíceas, son organismos simples, en los cuales las moléculas de DNA se encuentran mezcladas con el resto del material del citoplasma, en el cual no existen mitocondrias, cloroplastos ni estructuras ciliares complejas. Las células procariontes, de dimensiones reducidas, se nutren básicamente por absorción de material, aunque existe un número considerable de bacterias fotosintéticas y de algas verde-azules; en general, las procariontes se reproducen por fisión o por otros mecanismos igualmente sencillos.

LA TEORIA SIMBIOTICA DE LA EVOLUCION

Lynn Margulis, en cambio, ha sugerido una alternativa radicalmente diferente respecto de la teoría que sostiene que las células eucariontes evolucionaron de una especie procarionte por procesos de diferenciación intracelular. Basándose también en el hecho de que existe material genético en cloroplastos y mitocondrias que es independiente del contenido en el núcleo, Margulis ha propuesto que estos organelos eran en realidad organismos procariontes independientes que vivían en ámbitos cercanos y que entraron en simbiosis dando origen a las células eucariontes.

Esta teoría sugiere que los cloroplastos, las mitocondrias y los flagelos de las células eucariontes no son sino los remanentes de procariontes que se simplificaron a lo largo de un proceso de endosimbiosis. Margulis ha supuesto que la secuencia de los eventos que condujeron a la aparición de los eucariontes estuvo precedida por la presencia, en la Tierra primitiva, de procariontes ancestrales entre los cuales existían formas heterotráficas y otras fotoautotróficas. Prosigue diciendo que un procarionte amiboideo engulló, sin digerirlo, un organismo procarionte de respiración aerobia, que persiste hasta la fecha en forma modificada como mitocondria en las células eucariontes contemporáneas.

Después, este primer sistema simbiótico se asoció con procariontes semejantes a las espiroquetas, adquiriendo de esta manera un mecanismo de movilidad que luego se transformó, en el curso del tiempo, en el mecanismo mitótico y en los flagelos de las eucariontes actuales. De este sistema, ciertamente más complejo surgieron las células eucariontes animales. Otros sistemas, en cambio, ya con procariontes semejantes a las espiroquetas asociadas a ellos, entraron a su vez en simbiosis con procariontes fotosintéticos tales como las cianofíceas o las bacterias fotosintéticas, de donde surgirían después los antecesores de las algas eucariontes y de las plantas verdes.

Finalmente, la diferenciación de una membrana nuclear, la aparición de un mecanismo mitótico que permitía una distribución más adecuada del material genético y el surgimiento de los cromosomas marcó la aparición de las células eucariontes contemporáneas.

LA FAGOCITOSIS Y EL ORIGEN DE LOS EUCARIONTES

Una tercera teoría para explicar el origen de las células eucariontes a partir de las procariontes ha sido sugerida recientemente por Cavalier-Smith; él supone que la evolución de la endocitosis (fagocitosis y pinocitosis) pudo haber jugado un papel fundamental en la aparición de las células eucariontes. Pero a diferencia de Margulis, no propone que este proceso de fagocitosis haya sido importante para conducir a la endosimbiosis, sino que proveyó a las procariontes iniciales de un mecanismo físico para lograr la compartamentalización celular, que permite entender no únicamente los orígenes de las mitocondrias, los plástidos y aun el núcleo mismo, sino también sus propiedades características.

Cavalier-Smith supone que el ancestro común a todas las eucariontes era una cianofícea unicelular, facultativamente fototrófica, incapaz de fijar nitrógeno, pero que podía liberar oxígeno mediante procesos fotosintéticos y capaz también de realizar respiración aerobia basada en citocromos y otras moléculas transportadoras de electrones. El primer paso que conduciría a las eucariontes sería la pérdida de la pared celular en un alga de este tipo, que viviese en un medio bentónico poco profundo y rico en restos orgánicos y bacterias que pudiese engullir. La aparición de compartimientos intracelulares como resultado de la fagocitosis llevaría entonces a la especialización de cada uno de estos compartimientos en funciones específicas, lo cual daría una ventaja selectiva sobre otras células en las cuales este proceso no se hubiese llevado a cabo.

LA DIVERSIFICACIÓN DEL MUNDO VIVO

Aún cuando no comprendemos los procesos que dieron origen a las eucariontes, su aparición hacia el final del Precámbrico marca un cambio fundamental en la organización y la evolución de los seres vivos. La aparición de células nucleadas abría las puertas a la reproducción sexual, la cual involucra la recombinación de las características heredables, y que es la clave de la variabilidad genética que llevó a una complejidad creciente de forma y función a todos los niveles de organización biológica.

LA VIDA EN EL UNIVERSO

LA EXOBIOLOGíA

La posibilidad de que exista vida extraterrestre ha inquietado a los hombres de ciencia y a los filósofos desde tiempos muy antiguos. En el siglo XVI, Giordano Bruno escribió una obra en la que afirmó que las estrellas no eran sino otros soles, en torno a los cuales también giraban planetas donde existían múltiples formas de vida. Las ideas de Bruno, demasiado avanzadas para su época, lo habrían de conducir a la muerte. Víctima de la intolerancia religiosa y de la superchería eclesiástica, en 1600 es llevado a la hoguera de la Inquisición en Roma.

Poco a poco se fueron extendiendo entre los hombres de ciencia concepciones similares a las de Bruno, Kepler, Newton y muchos otros más estaban seguros de que existía vida en otros planetas. En la mayoría de los casos, sin embargo, estas ideas no eran sino especulaciones que carecían de una base científica que pudiera resistir sólidamente una crítica cuidadosa.

La teoría de la panspermia de Arrhenius, por ejemplo, tiene implícita la noción de vida extraterrestre. Sin embargo, no fue sino hasta la formulación de la teoría de Oparin-Haldane, que explica satisfactoriamente el origen de los seres vivos en la Tierra, cuando los hombres de ciencia contaron con un marco de referencia adecuado que permitió fundamentar científicamente la posibilidad de que en otras partes del universo se originasen y desarrollaran otras formas de vida.

VENUS Y MARTE

De todos los planetas que existen en el Sistema Solar, el más parecido a la Tierra es Venus. Los tamaños, las masas y las densidades de ambos planetas son muy similares; además, se encuentran situados a distancias del Sol que de alguna manera son comparables.

Esta similitud de características llevó a algunos científicos a suponer que en la superficie de Venus podrían existir organismos; sin embargo, la gran cantidad de nubes que existen en su atmósfera impedía el examen de su superficie y esta cuestión permaneció abierta durante mucho tiempo, hasta que descendieron en Venus satélites espaciales enviados por Estados Unidos y la URSS.

LOS PLANETAS EXTERIORES

Más allá de la órbita de Marte se encuentran, en el Sistema Solar, muchos otros cuerpos de interés para comprender los procesos de origen de la vida en la Tierra, y de posibles implicaciones exobiológicas; sin embargo, las temperaturas de esta parte del sistema planetario son aparentemente demasiado bajas para permitir la aparición y el desarrollo de organismos vivos.

A pesar de las bajas temperaturas, algunos cuerpos como Júpiter y Titán (una de las lunas de Saturno), pueden ser el sitio dónde estén ocurriendo procesos de evolución química similares a los que precedieron el origen de la vida en la Tierra. Júpiter es el más masivo de todos los planetas del Sistema Solar, y aunque un análisis somero podría suprimirlo como un sitio de interés desde un punto de vista exobiólógico, debido al alto valor de su gravedad y a sus bajas temperaturas, su atmósfera está compuesta de metano, amoniaco, hidrógeno y agua lo cual la hace comparable a la atmósfera secundaria que alguna vez poseyó la Tierra.

¿BIOQUÍMICAS EXÓTICAS?

A pesar de la extraordinaria diversidad que es posible observar en el mundo vivo, existe una unidad bioquímica fundamental entre todos los organismos terrestres, que dependen, entre otros factores, de las propiedades químicas del carbón y de la utilización del agua como un solvente. Sin embargo, algunos autores han sugerido que en otras partes del universo pudieran existir formas de vida con químicas totalmente diferentes de las de la vida terrestre, lo cual les permitiría soportar condiciones ambientales en las que la vida, tal como la conocemos, no se podría ni siquiera originar; una posibilidad que a veces se menciona, por ejemplo, es la de organismos que utilizarían como solvente el amoniaco, que tiene un punto de congelación más bajo que el del agua y que por tanto podría permanecer en estado líquido en planetas donde el agua sería un sólido; o bien, por el contrario, formas de vida basadas en el silicio o el azufre, que podrían resistir temperaturas mucho más altas que las que pueden soportar, sin carbonizarse, los organismos terrestres.

¿OTROS SISTEMAS PLANETARIOS?

Si bien durante mucho tiempo se pensó que la formación del Sistema Solar había sido el resultado de algún evento relativamente poco frecuente en la galaxia, como el choque de dos estrellas, hoy en cambio los astrónomos se inclinan a creer que el origen de los sistemas planetarios como el nuestro puede ser un proceso común en la evolución de las nubes densas del material interestelar.

¿Cuántos sistemas planetarios existen en la Vía Láctea? Ésta es en realidad una pregunta difícil de responder; a diferencia de las estrellas que emiten luz, los planetas únicamente reflejan la que reciben del Sol. Esto se traduce en dificultades casi insuperables para poder observar directamente planetas asociados a otras estrellas, aunque sí los podemos detectar indirectamente a partir de perturbaciones gravitacionales en el movimiento de las estrellas alrededor de las cuales girasen. En la vecindad del Sol existen varias estrellas que parecen tener asociados compañeros oscuros cuyas masas son comparables a las masas de Júpiter y Saturno, y quizás podrían existir otros cuerpos de dimensiones comparables a las de nuestro planeta.

Un gran número de estrellas de la galaxia se encuentran formando los llamados sistemas múltiples, en donde de existir planetas difícilmente se podrían desarrollar sistemas biológicos. Un planeta asociado a un sistema múltiple tendría seguramente órbitas muy complejas que lo alejarían o lo acercarían demasiado a las estrellas, lo cual provocaría grandes variaciones en su temperatura, que impedirían la aparición y desarrollo de la vida.

CONCLUSIÓN

A partir de la primera formulación de la teoría de Oparin-Haldane, en poco más de cincuenta años hemos logrado reunir, una cantidad impresionante de conocimientos y datos provenientes de diferentes disciplinas que se enlazan fácilmente entre sí y nos permiten reproducir en los laboratorios muchos de los pasos intermedios de la evolución química que precedió a los primeros organismos.

Las observaciones astronómicas y la exploración de otros cuerpos del Sistema Solar, el estudio de las rocas y los fósiles más antiguos de nuestro planeta, los experimentos químicos en el laboratorio y el estudio de la estructura y el funcionamiento de los seres vivos, nos ha permitido reconstruir, al menos parcialmente, el camino evolutivo de la materia hasta llegar a la aparición de la vida.

Llegados a este punto, bien podemos preguntarnos cuál es el sentido de investigar el origen de la vida en la Tierra y en otras partes del universo, y qué relación guarda con nuestras actividades cotidianas la preocupación por comprender los procesos de evolución de la materia. Estas preguntas son perfectamente legítimas y responderlas sin duda alguna contribuye a entender mejor el papel social de la ciencia y del científico mismo.

En realidad, la preocupación del hombre por conocer el origen de los seres vivos no es sino parte de su lucha constante por comprender a la naturaleza para poderla dominar. Cuando el hombre se preguntó por primera vez cuál era el origen de la vida, estaba interesado en conocer cómo surgían los animales y los vegetales que le dañaban o le beneficiaban. Más aún, responder a esta pregunta le permitía ubicar mejor sus propios orígenes y su relación con el mundo.

 

Maribel Gonzalez Campos


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