Origen de la vida
El origen de la vida es una de las interrogantes más difíciles de responder, no sólo porque ocurrió hace miles de millones de años, sino porque también tardó millones de años en ocurrir. Reconstruir los eventos geológicos, químicos, atmosféricos, meteorológicos, cósmicos, etc., es una tarea en extremo compleja. Sin embargo, se han hecho logros interesantes sobre el tema, de tal forma que podemos reconstruir de manera más o menos precisa la serie de eventos que ocurrieron (o que debieron ocurrir) para que el fenómeno de la vida pudiera darse en este planeta. Hasta hace unas décadas se consideraba que el interrogante del origen de la vida quedaría como una mera especulación, con pocas esperanzas de tener datos concluyentes. Pero en estas tres últimas décadas se ha logrado avances que nos han dado respuestas válidas y que podemos simular en laboratorio.
La primera explicación sobre el origen de la vida la tenemos en la fe, que nos explica que Dios creó todo lo visible y lo invisible. Creó las montañas, lagos, ríos y océanos, los peces de las aguas, las aves, reptiles, los árboles..., al hombre y a la mujer. Sin embargo, la ciencia no puede aceptar este argumento porque no está sujeto a verificación por experimentación. Tampoco puede refutarlo, pues no pertenece a su área de estudio. Son la teología y la filosofía que deben encargarse de ello, y en estas dos disciplinas también se han obtenido avances importantes.
La teoría científica más sencilla que nos permite explicar el origen de la vida en la tierra es la Panspermia. Esta teoría dice que la vida se pudo originar en algún planeta lejano y que por medio de los cometas y meteoritos se ha diseminado por el universo, hasta que llegó a nuestro planeta hace aproximadamente unos 3800 millones de años. Esta teoría es plausible en el sentido en que se han encontrado moléculas orgánicas en los meteoritos que han colisionado con la tierra, se tiene registro geológico de que la tierra fue intensamente bombardeada por meteoritos durante millones de años y es probable que algunos de ellos pudieran haber traído "semillas de vida".
Existen algunos inconvenientes en esta teoría: primero que nada, no explica en sí el origen de la vida, solo nos explica el origen de la vida en este planeta. Segundo, el universo es tan basto y las distancias entre planetas tan grandes, que la vida difícilmente podría sobrevivir distancias interestelares (distancias entre dos estrellas), es decir: es probable que la vida llegara a la tierra proveniente de Marte o de alguna luna de Júpiter, pero no podría provenir de un planeta que orbite otro sol, pues habría estado expuesto durante cientos de miles de años a la letal radiación cósmica.
Un argumento a favor de esta teoría es que el registro más antiguo de vida celular data de hace unos 3500 millones de años, mientras que el registro geológico sugiere que la tierra dejó de ser bombardeada por meteoritos hace unos 3800 millones de años. Eso deja un margen de unos 300 millones de años para que la vida surgiera en este planeta. Algunos investigadores plantean que es más probable que la vida haya llegado de otro lado a que haya surgido y evolucionado desde cero en tan solo 300 millones de años. Sin embargo, también hay opiniones que afirman que es tiempo más que suficiente para que ocurrieran estos procesos de origen abiótico de la vida. Si esto es cierto, la vida sería un fenómeno relativamente fácil de surgir y el universo debería estar plagado de vida.
Otra teoría que aborda el tema es la del Origen abiótico. Esta teoría plantea que la vida se originó a partir de compuestos químicos que se encontraban en el ambiente. La atmósfera primitiva era de carácter reductor, rica en Hidrógeno, Metano, Amoniaco, Agua y Monóxido de Carbono. La intensa radiación solar, las descargas eléctricas provocadas por las tormentas eléctricas, el calor y el carácter reductor de la atmósfera favoreció la aparición de compuestos orgánicos formados a partir de las moléculas inorgánicas existentes en ese momento, acumulándose poco a poco durante unos 1500 millones de años. Este periodo se denomina de evolución química y ocupa casi una tercera parte de la historia de la Tierra.
Se cree que en estas condiciones se formaron las primeras moléculas orgánicas (aminoácidos, monosacáridos, nucleótidos y moléculas lipídicas) que posteriormente sufrieron un proceso de polimerización que les permitió constituir los primeros polímeros orgánicos. A partir de este "caldo orgánico primitivo" fue que formaron los primeros organismos vivos. Esta teoría fue postulada por primera vez en los años 20's por A. I. Oparin (de la Unión Soviética) y J. B. S. Haldane (de Gran Bretaña).
Bajo este esquema, es muy probable que las primeras células hayan sido heterótrofas anaerobias que usaban como nutrientes las abundantes moléculas del caldo primitivo. Con la proliferación de estas primeras células el mar se fue empobreciendo de estos nutrientes y las células tuvieron que usar otras fuentes de nutrientes como el dióxido de carbono y la luz solar como fuente de energía. Probablemente, al principio usaban Sulfuro de Hidrógeno como donador de hidrógenos en vez de agua, igual que lo hacen las bacterias púrpura del azufre de nuestros días. Posteriormente se utilizó el agua como donador de hidrógenos y se liberó Oxígeno a la atmósfera. Este se acumuló durante millones de años y cambió las condiciones de la atmósfera reductora a una oxidante. La concentración de Oxígeno en la atmósfera alcanzó el nivel del 1 % hace unos mil millones de años, un 10 % hace unos 400 millones de años.
Aunque suena convincente y la comunidad científica en general acepta esta teoría sobre el origen de la vida, aún quedan algunas preguntas críticas por responder.
En otras palabras, ¿Cómo surgió el código genético?,¿Cómo se originó el metabolismo?, ¿Cómo fue posible almacenar la información de las enzimas en el ADN?.
Es relativamente fácil concebir que un conjunto de moléculas como los aminoácidos formaran polímeros al azar y que alguno de ellos pudiera tener capacidades catalíticas. Lo que parece sorprendente es que estas capacidades metabólicas hayan "convergido" en un metabolismo celular primitivo. También es fácil imaginar un polímero de ADN que se haya formado al azar. Sin embargo, lo que realmente resulta difícil de explicar es cómo estos polímeros comenzaron a tener significado biológico, es decir, que se haya originado el código genético.
Se ha planteado la existencia de un mundo de ARN donde ciertos polímeros de ARN poseían capacidades catalíticas que favorecieron un primer metabolismo y que al mismo tiempo eran capaces de guardar información genética. Dado que el ADN es más estable que el ARN, con el tiempo la información genética se quedó almacenada sólo en el ADN. Como las proteínas son mejores catalizadores, las reacciones metabólicas quedaron confinadas solamente a las enzimas. De esta manera, la protocélula sería mas eficiente y el ARN sólo conservó funciones de intermediario en el proceso de la expresión de la información genética. Aunque esta teoría propone un mecanismo plausible sobre las primeras formas de metabolismo y flujo de información, Aún faltan por esclarecer los detalles moleculares de cómo pudo ocurrir este proceso.
Otra adaptación sobre el origen abiótico de la vida plantea que ésta pudo surgir en soportes cristalinos (en vez de un caldo), ya que estos favorecen mecanismos de auto organización, crecimiento, compartamentalización y multiplicación. En la naturaleza, las cosas inanimadas tienen estructuras muy desordenadas, como las rocas. Los cristales representan un primer nivel de autoorganización y crecimiento autónomo (solo dependiente del aporte de materia prima y ciertas condiciones termodinámicas). Después tenemos a los virus, que aunque dependen de una célula viva para multiplicarse, poseen características de autoensamblado. Finalmente tendríamos a las células vivas, capaces de levar a cabo un metabolismo que les permite usar materia prima del entorno para crecer y multiplicarse.
Las estructuras cristalinas (como las encontradas en ciertas arcillas) habrían proporcionado un soporte para las primeras formas celulares que ya poseían membrana que las separaba del medio ambiente, pero que eran demasiado frágiles en un medio acuoso con corrientes que podrían fragmentar las membranas lipídicas.
Finalmente, después de millones de años, se formó un "organismo" primitvo al que llamamos LUCA (del inglés: Last Universal Common Ancestor; El último ancestro común universal). LUCA representa el primer ser vivo del cual evolucionaron, por divergencia, todos los demás organismos del planeta.
Durante el transcurso de otros cientos de millones de años, LUCA fue consolidándose como organismo procarionte hasta que el azar favoreció la aparición de la primer célula eucarionte. Se propone que esta célula surgió porque una célula procarionte engulló, sin digerir, a otra célula procarionte más pequeña capaz de generar ATP usando Oxígeno, y que con el paso del tiempo se convirtió en la mitocondria. Un fenómeno parecido, pero son una célula fotosintética, fue el que permitió que surgieran los cloroplastos y con ello las células vegetales.
La teoría científica más sencilla que nos permite explicar el origen de la vida en la tierra es la Panspermia. Esta teoría dice que la vida se pudo originar en algún planeta lejano y que por medio de los cometas y meteoritos se ha diseminado por el universo, hasta que llegó a nuestro planeta hace aproximadamente unos 3800 millones de años. Esta teoría es plausible en el sentido en que se han encontrado moléculas orgánicas en los meteoritos que han colisionado con la tierra, se tiene registro geológico de que la tierra fue intensamente bombardeada por meteoritos durante millones de años y es probable que algunos de ellos pudieran haber traído "semillas de vida".
Existen algunos inconvenientes en esta teoría: primero que nada, no explica en sí el origen de la vida, solo nos explica el origen de la vida en este planeta. Segundo, el universo es tan basto y las distancias entre planetas tan grandes, que la vida difícilmente podría sobrevivir distancias interestelares (distancias entre dos estrellas), es decir: es probable que la vida llegara a la tierra proveniente de Marte o de alguna luna de Júpiter, pero no podría provenir de un planeta que orbite otro sol, pues habría estado expuesto durante cientos de miles de años a la letal radiación cósmica.
Un argumento a favor de esta teoría es que el registro más antiguo de vida celular data de hace unos 3500 millones de años, mientras que el registro geológico sugiere que la tierra dejó de ser bombardeada por meteoritos hace unos 3800 millones de años. Eso deja un margen de unos 300 millones de años para que la vida surgiera en este planeta. Algunos investigadores plantean que es más probable que la vida haya llegado de otro lado a que haya surgido y evolucionado desde cero en tan solo 300 millones de años. Sin embargo, también hay opiniones que afirman que es tiempo más que suficiente para que ocurrieran estos procesos de origen abiótico de la vida. Si esto es cierto, la vida sería un fenómeno relativamente fácil de surgir y el universo debería estar plagado de vida.
Otra teoría que aborda el tema es la del Origen abiótico. Esta teoría plantea que la vida se originó a partir de compuestos químicos que se encontraban en el ambiente. La atmósfera primitiva era de carácter reductor, rica en Hidrógeno, Metano, Amoniaco, Agua y Monóxido de Carbono. La intensa radiación solar, las descargas eléctricas provocadas por las tormentas eléctricas, el calor y el carácter reductor de la atmósfera favoreció la aparición de compuestos orgánicos formados a partir de las moléculas inorgánicas existentes en ese momento, acumulándose poco a poco durante unos 1500 millones de años. Este periodo se denomina de evolución química y ocupa casi una tercera parte de la historia de la Tierra.
Se cree que en estas condiciones se formaron las primeras moléculas orgánicas (aminoácidos, monosacáridos, nucleótidos y moléculas lipídicas) que posteriormente sufrieron un proceso de polimerización que les permitió constituir los primeros polímeros orgánicos. A partir de este "caldo orgánico primitivo" fue que formaron los primeros organismos vivos. Esta teoría fue postulada por primera vez en los años 20's por A. I. Oparin (de la Unión Soviética) y J. B. S. Haldane (de Gran Bretaña).
Bajo este esquema, es muy probable que las primeras células hayan sido heterótrofas anaerobias que usaban como nutrientes las abundantes moléculas del caldo primitivo. Con la proliferación de estas primeras células el mar se fue empobreciendo de estos nutrientes y las células tuvieron que usar otras fuentes de nutrientes como el dióxido de carbono y la luz solar como fuente de energía. Probablemente, al principio usaban Sulfuro de Hidrógeno como donador de hidrógenos en vez de agua, igual que lo hacen las bacterias púrpura del azufre de nuestros días. Posteriormente se utilizó el agua como donador de hidrógenos y se liberó Oxígeno a la atmósfera. Este se acumuló durante millones de años y cambió las condiciones de la atmósfera reductora a una oxidante. La concentración de Oxígeno en la atmósfera alcanzó el nivel del 1 % hace unos mil millones de años, un 10 % hace unos 400 millones de años.
Aunque suena convincente y la comunidad científica en general acepta esta teoría sobre el origen de la vida, aún quedan algunas preguntas críticas por responder.
¿Como es que este "caldo primitivo" originó un código genético de ADN capaz de codificar para proteínas específicas (enzimas) que pudieran soportar un metabolismo básico en las primeras células?
En otras palabras, ¿Cómo surgió el código genético?,¿Cómo se originó el metabolismo?, ¿Cómo fue posible almacenar la información de las enzimas en el ADN?.
Es relativamente fácil concebir que un conjunto de moléculas como los aminoácidos formaran polímeros al azar y que alguno de ellos pudiera tener capacidades catalíticas. Lo que parece sorprendente es que estas capacidades metabólicas hayan "convergido" en un metabolismo celular primitivo. También es fácil imaginar un polímero de ADN que se haya formado al azar. Sin embargo, lo que realmente resulta difícil de explicar es cómo estos polímeros comenzaron a tener significado biológico, es decir, que se haya originado el código genético.
Se ha planteado la existencia de un mundo de ARN donde ciertos polímeros de ARN poseían capacidades catalíticas que favorecieron un primer metabolismo y que al mismo tiempo eran capaces de guardar información genética. Dado que el ADN es más estable que el ARN, con el tiempo la información genética se quedó almacenada sólo en el ADN. Como las proteínas son mejores catalizadores, las reacciones metabólicas quedaron confinadas solamente a las enzimas. De esta manera, la protocélula sería mas eficiente y el ARN sólo conservó funciones de intermediario en el proceso de la expresión de la información genética. Aunque esta teoría propone un mecanismo plausible sobre las primeras formas de metabolismo y flujo de información, Aún faltan por esclarecer los detalles moleculares de cómo pudo ocurrir este proceso.
Otra adaptación sobre el origen abiótico de la vida plantea que ésta pudo surgir en soportes cristalinos (en vez de un caldo), ya que estos favorecen mecanismos de auto organización, crecimiento, compartamentalización y multiplicación. En la naturaleza, las cosas inanimadas tienen estructuras muy desordenadas, como las rocas. Los cristales representan un primer nivel de autoorganización y crecimiento autónomo (solo dependiente del aporte de materia prima y ciertas condiciones termodinámicas). Después tenemos a los virus, que aunque dependen de una célula viva para multiplicarse, poseen características de autoensamblado. Finalmente tendríamos a las células vivas, capaces de levar a cabo un metabolismo que les permite usar materia prima del entorno para crecer y multiplicarse.
Las estructuras cristalinas (como las encontradas en ciertas arcillas) habrían proporcionado un soporte para las primeras formas celulares que ya poseían membrana que las separaba del medio ambiente, pero que eran demasiado frágiles en un medio acuoso con corrientes que podrían fragmentar las membranas lipídicas.
Finalmente, después de millones de años, se formó un "organismo" primitvo al que llamamos LUCA (del inglés: Last Universal Common Ancestor; El último ancestro común universal). LUCA representa el primer ser vivo del cual evolucionaron, por divergencia, todos los demás organismos del planeta.
Durante el transcurso de otros cientos de millones de años, LUCA fue consolidándose como organismo procarionte hasta que el azar favoreció la aparición de la primer célula eucarionte. Se propone que esta célula surgió porque una célula procarionte engulló, sin digerir, a otra célula procarionte más pequeña capaz de generar ATP usando Oxígeno, y que con el paso del tiempo se convirtió en la mitocondria. Un fenómeno parecido, pero son una célula fotosintética, fue el que permitió que surgieran los cloroplastos y con ello las células vegetales.
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