EL ORIGEN DE LA VIDA

De donde viene la vida?

Unos siglos la atrás, la respuesta a como aparece la vida sería muy sencilla: GENERACIÓN ESPONTÁNEA. La vida surge a partir de la no vida.

Jean-Baptiste de Lamarck publica en 1809 su célebre Filosofía zoológica y coloca a la generación espontánea como el punto de partida de la evolución biológica.

Algunas explicaciones de la Generación Espontánea.

	Biblia: El hombre surge a partir del barro (tierra y agua).
	Aristóteles (s. IV A.D.C.): Los animales pueden originarse en el suelo.
	Virgilio (s. II A.D.C): Las abejas se originan a partir de la miel.
	Edad Media, la Alquimia ofrece "recetas" para producir animales, s.XVII un célebre médico alquimista, van Helmont recetaba:  "El agua de la fuente más pura, colocada en un recipiente impregnado por el aroma de un fermento, se enmohece y engendra gusanos. Los olores que se elevan desde el fondo de los pantanos producen ranas, babosas, sanguijuelas, hierbas... Hagan un agujero en un ladrillo, introduzcan  albahaca triturada, coloquen un segundo ladrillo sobre el primero de modo de cubrir totalmente el agujero, expongan los dos ladrillos al sol y, al cabo de algunos días, el olor de la albahaca, actuando como fermento, transformará [a la hierba] en verdaderos escorpiones"

La atmosfera en la antigüedad

Astrofísicos y geólogos calculan la edad de la tierra en 4600 millones de años por esa razón  no se sabrá con certeza la composición, sin embargo no será misterio afirmar que las condiciones de la tierra primitiva, distaban mucho de las actuales.  Hay un consenso científico en concluir que la atmósfera primitiva contenía:

Dióxido de Carbono (CO2), Monóxido de Carbono (CO), Vapor de Agua (H2O), Hidrógeno (H), Nitrógeno (N2).  También es posible que hubiera Amoníaco (NH3), Sulfuro de Hidrógeno (H2S) y Metano (CH4). Es probable que tuviera poco o nada de oxígeno (O2).

Para la evolución química de la vida se necesitaban 4 requerimientos:

Ausencia total o casi completa de Oxígeno libre: ya que al ser muy reactivo hubiera oxidado las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida. Una fuente de energía: la tierra primitiva era una lugar caracterizado por la presencia de vulcanismo generalizado, tormentas eléctricas, bombardeo de meteoritos e intensa radiación, especialmente ultravioleta. Sustancias químicas que funcionaran como "bloques de construcción químicos": agua, minerales inorgánicos y gases. Tiempo: la edad de la tierra se calcula en 4600 millones de años y los vestigios de vida más antiguos datan de 3.800 millones de años, de modo que la "vida" tardo solo unos 800 millones de años en formarse.  La evidencia fósil soporta la idea que el origen de la vida en la Tierra comenzó en épocas tempranas: hace ya 3.500  millones de años  Los fósiles de rocas Australianas son tales que indican que debió existir vida mucho antes. De rocas obtenidas de Groenlandia se obtuvieron posiblemente las más antiguas células 3800 millones de años

A principios del siglo XX (1924) los investigadores Alexander Oparin y John Haldane exponen que los seres vivos se formaron por evolución de la materia inerte. Stanley Miller (1953), motivado ante esta propuesta, diseña un aparato para demostrar lo expuesto por Oparin-Haldane y diseña un aparato denominado como su autor, aparato de Miller, que como te explicaré a continuación parece más un aparato de ciencia-ficción.

A principios del siglo XX (1924) los investigadores Alexander Oparin y John Haldane exponen que los seres vivos se formaron por evolución de la materia inerte. Stanley Miller (1953), motivado ante esta propuesta, diseña un aparato para demostrar lo expuesto por Oparin-Haldane y diseña un aparato denominado como su autor, aparato de Miller, que como te explicaré a continuación parece más un aparato de ciencia-ficción.

Hay que destacar que la vida -una célula- es infinitamente más que proteínas, no obstante, al ser éstas un componente esencial de todo ser viviente, cualquier hipótesis de biogénesis (origen de la vida) que no pueda explicar satisfactoriamente este origen queda por este solo hecho) descalificada.

En pocas palabras, podemos sintetizar lo propuesto por A. Oparin-Haldane de la siguiente manera: Hace aproximadamente 5000 millones de años se formó el sistema solar. Tiempo después, la Tierra se rodeaba de una atmósfera constituida por hidrógeno y helio. Esta atmósfera fue sustituida por otra de vapor de agua, hidrógeno, metano, amoniaco y dióxido de carbono, gases tanto de la atmósfera inicial como provenientes de la erupción de volcanes. Además actuaban diferentes manifestaciones de energía, descargas eléctricas, rayos ultravioleta y otros elementos radiactivos que interactuando después de muchos millones de años cayeron al mar y formaron compuestos orgánicos como azúcares, lípidos y proteínas. A este conjunto de fenómenos se les denominó "caldo primitivo".

Los experimentos de Stanley Miller y Harold C. Urey

En el aparato se introdujeron las sustancias que aparentemente formaban la atmósfera de aquella época. Se hicieron circular por el aparato y se les expuso a descargas eléctricas producidas por un electrodo. Después de 24 horas de que las sustancias circularon y se les aplicaron descargas eléctricas se detuvo el funcionamiento y se analizaron las que se habían formado. Se encontraron diferentes aminoácidos, sustancias que forman las proteínas. A partir del experimento de Stanley Miller se han realizado muchas variantes del mismo, modificando los compuestos iniciales y las fuentes de energía, así como el tiempo' de circulación. Se han formado un sinnúmero de sustancias orgánicas, todas ellas indispensables para los seres vivos pero aún no se han obtenido proteínas

Luego sucedió que muchos compuestos complejos se unieron entre sí por afinidad química y se aislaron precipitándose al fondo de los océanos y las primeras formas de vida aparecieron.

Esta primera etapa de la biogénesis cuenta con el modelo experimental, de Miller, quien, lanzando una serie de descargas eléctricas en un balón lleno de los gases que se supone componían la atmósfera primitiva, obtuvo algunos aminoácidos (pequeñas partes que unidas en largas cadenas forman las proteínas). Como se ve, estamos a varios años luz de una célula. Y también de una proteína. El origen de las proteínas plantea, entre otros, varios problemas, pero trataré tres solamente porque aún no inicias tus estudios de física y química. Los aminoácidos formados en este experimento deberían ser retirados rápidamente del sistema para evitar su destrucción por la misma fuente de energía que los generó. Esto es muy importante pues cabe preguntarse ¿cómo hicieron entonces los aminoácidos para escapar a la destrucción energética durante la biogénesis? El agua de mares cálidos y poco profundos, debe ser el medio en el cual prosperaron estas partículas prebióticas.

El siguiente paso fue la formación de grandes moléculas por polimerización de las pequeñas moléculas. La interacción entre las moléculas así generadas se incrementó a medida que su concentración aumentaba. Dado que la atmósfera primitiva carecía de oxigeno libre y de cualquier forma de vida, estas moléculas orgánicas se acumularon sencillamente porque no fueron devoradas ni reaccionaron con el oxígeno como lo haría en la actualidad. Esta acumulación sería lo que se llama actualmente "caldo de cultivo primitivo" y a partir del cual podría haber surgido la primera forma de vida.

Si se agita agua que contiene proteínas y lípidos se forman estructuras huecas que se denominan microesferas, muy similares en diversos aspectos a las células: tiene un límite externo bien definido y en ciertas condiciones son capaces de absorber material de una solución e inclusive dividirse.

En la década de los años veinte, Oparín formó protobiontes a partir de proteínas y polisacaridos. Eran bastante estables y se denominaron coacervados. Los productos producidos en base a esos ácidos nucleicos podrían haber quedado cerca del ácido nucleico y, eventualmente, ser rodeados de una membrana lipoprotéica, que habría resultado en la primera célula. Este panorama, es soportado por múltiples investigaciones.

El registro fósil ubica a las primeras células hace 3.500 millones de años. Las 1º células eran procariotas, es decir carecen de núcleo diferenciado. Estos heterótrofos primitivos obtenían su alimento del espeso caldo primitivo. Dado que no había oxígeno libre, el metabolismo era completamente anaerobio y por lo tanto bastante deficiente.

Cuando las moléculas orgánicas que se acumularon espontáneamente durante millones de años se acabaron, solo algunos organismos sobrevivieron, tal vez hayan ocurrido mutaciones (cambios permanentes y heredables del material genético)  que permitieron a algunas células obtener energía de la luz solar, apareció entonces la FOTOSÍNTESIS. Se desarrollaron varios tipos de bacterias fotosintéticas, pero las más importantes desde el punto de vista evolutivo son las Cianobacterias, que al convertir el agrua y el dióxido de Carbono en compuestos orgánicos y liberaron oxígeno como producto de desecho a la atmósfera. Estamos a 3.100 millones de años atrás. Su presencia quedó registrada en los estromatolitos; fósiles microbianos se han encontrado en rocas compuestas por finas capas, formados por bacterias heterótrofas y fotótrofas que vivían en un tipo de colonias.

Hace unos 2.000 millones de años, las cianobacterias habían producido suficiente oxígeno para modificar la atmósfera terrestre sustancialmente. Muchos anaerobios obligados (aquellos que no viven en presencia de oxígeno) fueron dañados por el oxígeno, algunos desarrollaron modos de neutralizarlo o se restringieron a vivir en áreas donde este no penetra. Algunos organismos aerobios se adaptaron a  vivir desarrollando una vía respiratoria que utilizaba el oxígeno para extraer más energía de los alimentos y transformarla en ATP. La respiración aerobia se incorpora así al proceso anaerobio ya existente de la glucólisis. Esta aparición de organismos aerobios tuvo varias consecuencias:

	Los organismos que usan el O2 obtienen más energía de 1 molécula de glucosa que la que obtienen los anaerobios por fermentación, por lo tanto son mucho más eficientes.
	El O2 liberado a la atmósfera era tóxico par los anaerobios obligados, que se confinaron a áreas restringidas.
	Se estabilizó el oxígeno y el dióxido de Carbono en la atmósfera, y por lo tanto el Carbono empezó a circular por la ecósfera.
	En la atmósfera superior el O2 reaccionó para formar OZONO (O3) que se acumuló hasta formar una capa que envolvió a la tierra e impidió que las radiaciones ultravioletas del sol llegaran a la tierra... pero con su ausencia disminuyó la síntesis abiótica de moléculas orgánicas. La abundancia de bacterias ofrece un rico panorama para quién pueda alimentarse de ellas. A pesar que no existe registro fósil, los paleobiólogos especulan que algunos predadores primitivos eran capaces de rodear a bacterias enteras como presa; debieron haber sido bastante primitivos (considerando la época, claro), ya que al ser incapaces de realizar fotosíntesis y metabolismo aeróbico metabolizaba de manera deficiente lo que engullían.  En vez de digerir al pequeño organismo, el grande y el pequeño entraron en un tipo de simbiosis conocida como mutualismo en el cual ambos se benefician y ninguno es dañando. El organismo grande pudo haber ganado un excedente de ATP, provisto por la "protomitocondria" o un excedente de azúcar provisto por el "protocloroplasto", y haber proveído al endosimbionte recién llegado de un medio ambiente estable y de material nutritivo. Con el tiempo esta unión se convirtió en algo tan estrecho (la función regeneradora de ATP se delegó a los orgánulos celulares) que las células eucariotas heterotróficas no pueden sobrevivir sin mitocondrias ni los eucariotas fotosintéticos sin cloroplastos (la membrana que rodea al protoplasto del eucariota no dispone de los componentes de la cadena de transporte de electrones), y el endosimbiota no puede sobrevivir fuera de la célula huésped. Esta teoría también se aplica a otros orgánulos celulares como cilios, flagelos y microtúbulos, originados por simbiosis entre bacterias del tipo de los espirilos y un eucariota primitivo. ¿Y el Núcleo?: su origen aún no se ha podido explicar. Tal vez se formó por una invaginación de la membrana externa rodeó al ADN....Lo cierto es que su presencia determinó la aparición de las células Eucarióticas.

  

Realiza en el cuaderno el siguiente taller.  De acuerdo a la lectura de esta guía relaciona ambas columnas 

TALLER

a) Jean Baptiste Van Helmont	( )	Los seres vivos se forman por evolución de la materia inerte.
b) Aristóteles	( )	Dio a conocer una receta para crear ratones, que consistía en envolver granos de trigo en una camisa sudada y dejarlos durante 21 días; curiosamente daba resultado.
c) Francisco Redi	( )	Repitió el experimento con el caldo de carne y el frasco, pero se aseguró de hervir el caldo durante varias horas y tapó herméticamente el frasco.
d) Lázaro Spallanzani	( )	Ideó un aparato simulando la atmósfera primitiva.
e) John Needham	( )	La vida proviene de otros planetas.
f) Louis Pasteur	( )	Mediante un sencillo experimento, demostró que la carne en descomposición que se mantenía aisladada de larvas de mosca no permitía el desarrollo de nuevas  generaciones de insectos.
g) Alexander Oparin	( )	Afirmó que la materia inerte podía transformarse en materia viva gracias a la intervención de una fuerza vital llamada entelequia.
h) Svante Arrhenius La panespermía	( )	Realizó un experimento, para demostrar la generación espontánea de microorganismos, que consistió en agregar caldo de carne a una porción de ceniza dentro de un frasco que luego tapó con un corcho.
i) Stanley Miller	( )	Demostró que en el aire existen esporas de microorganismos que, al asentarse en compuestos orgánicos, daban lugar a su crecimiento y proliferación.

Ejercicio: Analiza lo propuesto por los anteriores personajes y determina si son verdaderas sus explicaciones. 

Nombre	Si/No	¿Por qué?