Concepciones acerca del Origen de la vida

La cuestin del origen de la vida en la Tierra, ha generado en las ciencias naturales un campo de estudio especializado cuyo objetivo es dilucidar cmo y cuando surgi la primera clula en nuestro planeta.

La opinin ms extendida en el mbito cientfico establece la teoria de que la vida evolucion de la materia inerte en algn momento entre hace 4.500 millones de aos, cuando se dieron las condiciones para que el vapor de agua pudiera condensarse por primera vez , cuando la proporcin entre los istopos estables de carbono (12C y 13C), de hierro (56Fe, 57Fe y 58Fe) y de azufre (32S, 33S, 34S y 36S) inducen a pensar en un origen biognico de los minerales y sedimentos que se produjeron en esa poca y los biomarcadores moleculares indican que ya existan las condiciones mnimas para el desarrollo de la vida.

Adems entraran aqu ideas e hiptesis sobre un posible origen extraplanetario o extraterrestre de la vida (panspermia) , que habra sucedido durante los ltimos millones de aos de evolucin del Universo conocido tras el Big Bang.

El cuerpo de estudios sobre el origen de la vida forman un rea limitada de investigacin, a pesar de su profundo impacto en la biologia y la comprensin humana del mundo natural. En el objetivo de reconstruir el evento se emplean diversos enfoques basados en estudios tanto de campo como de laboratorio:

En la actualidad, se ha establecido que la tierra tiene 4.500 millones de aos y los primeros procariontes datan de unos 3.000 millones de aos atrs, existen varias teoras al respecto, entre ellas: La generacin espontnea, la formacin de la sopa prebitica, el vitalismo, el creacionismo y la evolucin, entre otras.

El enfoque evolutivo ha impregnado a la biologa actual la idea de que ha habido un cambio en las especies a lo largo del tiempo, fue muy discutida en los tiempos de su origen y hubo que acumularse evidencia, para su aceptacin fuese general entre los bilogos. La abiognesis o generacin espontnea es un concepto que predomin durante siglos y que sostena poda surgir de forma espontnea vida animal y vegetal a partir de materia orgnica en descomposicin.

Sugiere que la vida se origina de la materia inerte segn sus creencias y por observacin suponan que del barro se forman las lombrices, de la carne en descomposicin las moscas, de la ropa sucia y basura las ratas.

Jean Van Helmolt supone el origen de la siguiente forma; dejar una camisa sucia impregnada de sudor y semillas de trigo.

Spanllazanni hizo caldos nutritivos pero los frascos en los que estaban colocados no eran hermticos, por lo cual al paso de unos das se hicieron organismos porque no estaban bien cerrados.

Luis Pasteur demostr que los microorganismos eran transportados por el aire. Coloc matraces con cuello en forma de cisne o de ese para evitar que el aire transportar microorganismos al caldo nutritivo, el cual previamente haba sido hervido para matar microorganismos. Concluy que aunque los matraces no estaban cerrados los microorganismos no pueden ser transportados por el aire hasta el caldo nutritivo.

La evolucin orgnica , desde que el hombre empez a mirar la naturaleza desde el punto de vista crtico intent explicar el origen y diversidad orgnica.

Se observaban varias cosas, una de ellas es que haba similitudes entre determinados grupos de seres, (felinos) y adems es que haba algunos grupos que tenan caractersticas intermedias, entre dos grupos completamente distintos, (reptiles y aves). Otra cosa que observ son los fsiles, es decir, unas piedras que tenan forma y que se podran identificar como animales o vegetales, e incluso con partes (huesos) de un animal o vegetal.

Fixismo: antes de la aceptacin de la evolucin como explicacin a la diversidad de especies existentes en los diferentes ambientes, muchos bilogos creyeron en el fixismo, es decir, en la idea de que las especies se mantenan fijas, sin cambiar, a lo largo del tiempo y que haban sido creadas por el Ser Superior para la satisfaccin de las necesidades humanas. Consideraban las especies inmutables. Todas ellas haban sido creadas independientemente por Dios.

Unas consideraban que haba solo una creacin divina: los creacionistas. Los fsiles eran meros caprichos de la naturaleza. Carlos Von Linneo, uno de los creacionistas, durante toda se vida se propuso dar nombre a todos los organismos vivos. En esa poca fue muy buena su nomenclatura y en el presente tambin se usa. Teora de la Panspermia : Hiptesis que sugiere que las "semillas" o la esencia de la vida prevalecen diseminadas por todo el universo y que la vida comenz en la Tierra gracias a la llegada de tales semillas a nuestro planeta.

Existen evidencias de bacterias capaces de sobrevivir largos perodos de tiempo incluso en el espacio exterior, lo que apoyara el mecanismo subyacente de este proceso.

Una posible consecuencia de la panspermia sera que la vida en todo el universo poseera una base bioqumica similar, a menos que hubiera ms de una fuente original de vida.

El mayor inconveniente de esta teora es que no resuelve el problema inicial de cmo surgi la vida, si no que se limita a mover la responsabilidad del origen a otro lugar.

Otra objecin a la panspermia es que las bacterias no sobreviviran a las altsimas temperaturas y las fuerzas involucradas en un impacto contra la Tierra, aunque no se ha llegado an a posiciones concluyentes en este punto (ni a favor ni en contra), pues se conocen algunas especies de bacterias extremfilas capaces de soportar condiciones de radiacin, temperatura y presin extremas que hacen pensar en que la vida pueda adquirir formas insospechadamente resistentes.

En el ao 1996, la NASA realiz el anlisis del meteorito ALH84001 generalmente considerado como originado en el planeta Marte, se sabe que el meteorito se form hace 4500 millones de aos y se sugiere que contiene estructuras que podran haber sido causadas por formas de vida microscpica. Esta es hasta la fecha la nica indicacin de vida extraterrestre y an es muy controvertida.

Teora de los cataclismos: la aparicin de organismos en ciertas capas terrestres y su desaparicin en las dems se deba a catstrofes pretritas que los haban aniquilado. Cuvier interpretaba los fsiles como seres vivos, que haban desaparecido por algn cataclismo.

Por tanto, los actuales habran sido creados por Dios, tambin defendieron las ideas creacionistas. El ltimo cataclismo seria el diluvio y la ltima creacin los seres actuales.

Uniformismo: Hacia finales del siglo XVII y a comienzos del XIX, comenz a cuestionarse la posicin fixista. En esa poca, uno de los argumentos era la suposicin que la edad de la Tierra no era mayor de seis mil aos. En contraposicin a esto, los gelogos y el descubrimiento de fsiles en diferentes estratos de la corteza terrestre sugeran que la tierra se haba modificado a travs de cambios graduales y paulatinos, esta teora supona un planeta mucho mas antiguo.

El origen de la vida

Y entonces se origin la vida, el nitrgeno del amoniaco, el carbono del metano, el agua de las nubes y las sales de los mares jvenes dieron origen a las clulas de la vida.

Reunidas en clanes, todo un pueblo de clulas, formaron un ser vivo, de la misma manera que antes las molculas se haban reunido para dar origen a una sola clula y desde sa clula ...todos los seres vivos y, en la cspide de la evolucin : el ser humano, como t o como yo, imagen y semejanza de Dios, el gran constructor del Universo

Hace 15. 000 millones de aos, el universo no era igual al que conocemos: slo haba una masa densa y minscula en la que la energa y la materia se fusionaban en un salvaje estado nico e incomprensible. Despus, hizo erupcin la masa. Se formaron partculas de materia y de antimateria, aniquilndose entre s en grandes explosiones de energa cuando chocaban. Fue tan grande la energa liberada que los astrofsicos todava siguen detectando su dbil radiacin, prueba que apoya la teora del "Big Bang" (o Gran explosin) aceptada para la formacin del universo.

La teoria del Big Bang y el origen del Universo

El Big Bang, literalmente denominado el gran estallido, constituye el momento en que de la "nada" emerge toda la materia, es decir, el origen del Universo. La materia, hasta ese momento, es un punto de densidad infinita, que en un momento dado "explota" generando la expansin de la materia en todas las direcciones y creando lo que conocemos como nuestro Universo.

Inmediatamente despus del momento de la "explosin", cada partcula de materia comenz a alejarse muy rpidamente una de otra, de la misma manera que al inflar un globo ste va ocupando ms espacio expandiendo su superficie. Figura 1: La gran explosin o big bang

Los fsicos tericos han logrado reconstruir esta cronologa de los hechos a partir de un 1/100 de segundo despus del Big Bang. La materia lanzada en todas las direcciones por la explosin primordial est constituida exclusivamente por partculas elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etctera hasta ms de 89 partculas conocidas hoy en da.

En 1948 el fsico Gamow plante que el Universo se cre en una explosin gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos despus de la Gran Explosin o Big Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partculas subatmicas en los elementos qumicos. Clculos ms recientes indican que el hidrgeno y el helio habran sido los productos primarios del Big Bang, y los elementos ms pesados se produjeron ms tarde, dentro de las estrellas.

De acuerdo con este panorama, despus del Big Bang, se formaron grandes nubes de materia. Poco a poco, la gravedad atrajo a las partculas y produjo conjuntos grandes. Muchas acumulaciones crecieron tanto que sus centros se hicieron densos y calientes, activando las reacciones termonucleares que abastecen la luz de las estrellas. Se fusionaron tomos pequeos y sencillos de hidrgeno que formaron el helio y se unieron para dar lugar a tomos aun mayores. Las fuerzas nucleares de algunas estrellas fueron tan intensas que explotaron y expulsaron su materia hacia el espacio.

Los cientficos sostienen la teora de que el sistema solar se origin hace cerca de 5.000 millones de aos. En el extremo de un cmulo inmenso de estrellas que formaban una galaxia en forma de espiral, se empez a condensar una nube pequea de materia, enriquecida con elementos pesados, proporcionados por la autodestruccin de viejas estrellas. El centro de la nube se contrajo y form una estrella amarilla enana, que conocemos como Sol. A la nube de partculas de polvo que rodeaba al sol recin formado, se aglomeraron partes ms pequeas y se formaron los planetas. De los cuatro planetas interiores, Mercurio y Venus, los dos ms cercanos al Sol, se calentaron demasiado, mientras que el cuarto, Marte, se enfri en un invierno perpetuo. El tercero permaneci en una rbita que recibira la intensidad justa de luz solar que permiti que el agua existiera en forma lquida. ste se convirti en la Tierra, la cual fue descrita muy atinadamente por el oceangrafo francs, Jacques Cousteau, como el "Planeta de agua".

En este tercer planeta surgi y evolucion la vida y, de acuerdo con lo que sabemos, esto no ha pasado en ningn otro lugar del sistema solar. Aunque se conocen con bastante detalle los mecanismos de la evolucin, stos no nos indican cmo se origin la vida. De dnde provino sta? Como se desarroll en las formas innumerables que vemos hoy?

Figura 2: La tierra en sus inicios

Los orgenes : una visin hacia el pasado

Cmo y cundo apareci la vida por primera vez en la Tierra? Hace algunos siglos, esta pregunta habra sido considerada trivial. Aunque nadie saba cmo surgi la vida, la gente pensaba que todo el tiempo aparecan nuevos seres por generacin espontnea, de la materia no viviente y de otras formas no relacionadas con la vida. En 1609, un botnico francs escribi: "Hay un rbol... de Escocia, del que, a un lado, caen hojas al agua y poco a poco se van convirtiendo en peces. Al otro lado, caen en la tierra y se vuelven aves".

Figura 3 : Teora de la generacin espontnea

Abundan escritos medievales muy parecidos que, adems, traen recetas deliciosas sobre la creacin de la vida incluso de los seres humanos. Se pensaba que los microorganismos surgan de manera espontnea de un caldo (de cultivo), de las larvas de la carne, de los ratones, de mezclas de camisas sudadas y del trigo,

En 1668, el fsico italiano, Francisco Redi, refut la hiptesis de que las larvas surgan de la carne, simplemente manteniendo a las moscas (cuyos huevos se incuban en larvas) alejadas de carne no contaminada, ste experimento a pesar de lo novedoso para su poca no bast para refutar esta teora del origen de la vida .

Figura 4 : Experimento de Redi

Entonces, a mediados del siglo XIX, Louis Pasteur, en Francia, y John Tyndall en Inglaterra refutaron tambin la idea de los microorganismos relacionados con el caldo de cultivo . Aunque su trabajo ech por tierra eficazmente la nocin sobre la generacin espontnea no resolvi la pregunta sobre cmo se origin la vida en la Tierra.

El experimento de Pasteur termin con la idea de la generacin espontnea de los microorganismos en el caldo de cultivo.

Durante casi medio siglo, el tema qued en suspenso. Con el tiempo, los bilogos volvieron a la pregunta del origen de la vida y empezaron a buscar respuestas.

Figura 5: Experimento de Pasteur para refutar la generacin espontnea

En las dcadas de los veinte y los treinta de este siglo, Alexander Oparin, en Rusia, y John B. S. Haldane en Inglaterra mencionaron que la atmsfera que conocemos, rica en oxgeno, no habra permitido la formacin espontnea de las complejas molculas orgnicas necesarias para la vida.

El oxgeno reacciona fcilmente con otras molculas, alterando los enlaces qumicos, manteniendo a las molculas en un estado simple. Oparin y Haldane especularon que la atmsfera de la joven Tierra era muy pobre en oxgeno y rica en hidrgeno, en forma de gas de hidrgeno (H2), metano (CH4) y amoniaco (NH3). Debido a sta y a otras condiciones, que presentaremos a continuacin, Oparin y Haldane propusieron que la vida pudo haber surgido de la materia no viviente, mediante reacciones qumicas simples. A este proceso se lo llama evolucin qumica o evolucin prebitica: esto es, la evolucin antes de que existiera la vida.

Figura 6: la vida pudo surgir de la materia inerte segn OparnLa evolucin prebitica fue controlada por la atmsfera primitiva y el clima

La Tierra primitiva era muy diferente al planeta del que ahora disfrutamos. Cuando las rocas chocaban en el planeta en formacin, sus energas de movimiento se convertan en calor. Los tomos radiactivos se descomponan, liberando ms calor an. Pronto se derritieron las rocas y elementos ms pesados, como el hierro y el nquel, se hundieron en el centro de la masa, donde siguen fundidos an por el intenso calor. Poco a poco, la Tierra se enfri y se combinaron los elementos para formar compuestos de muchos tipos. Finalmente, todo el oxgeno se combin con el hidrgeno para formar el agua, el carbono para formar dixido de carbono y los elementos ms pesados para formar metales. Despus de millones de aos, la Tierra se enfri lo suficiente como para permitir que el agua existiera en estado lquido, y durante miles de aos debe haber llovido, ya que el agua se condensaba de la atmsfera en estado de enfriamiento.

Cuando el agua cay sobre la superficie, disolvi muchos minerales y dio lugar a un ocano ligeramente salado. Los rayos de las tormentas, el calor de los volcanes y la intensa luz ultravioleta del sol descargaron energa en los jvenes mares.

A juzgar por la composicin qumica de las rocas que se formaron en ese tiempo, los geoqumicos han deducido que es probable que la atmsfera primitiva haya contenido sustancias, como dixido de carbono, metano, amoniaco, hidrgeno, nitrgeno, cido clorhdrico, sulfuro de hidrgeno y vapor de agua. Sin embargo, como los tomos de oxgeno estaban ligados en el agua, en el dixido de carbono y en los minerales, casi no haba oxgeno libre en la primera atmsfera. La falta de oxgeno libre es un factor importante en todas las hiptesis y experimentos que tienen que ver con la evolucin prebitica.

Figura 7: Conformacin de las molculas como precursoras de la vidaLas molculas orgnicas pueden sintetizarse de manera espontnea bajo condiciones prebiticas

En 1953, inspirado por las ideas de Oparin y de Haldane, Stanley Miller, un estudiante graduado, y su consultor, Harold Urey, de la Universidad de Chicago, se propusieron demostrar la evolucin prebitica en un laboratorio.

Mezclaron agua, amoniaco, hidrgeno y metano en un matraz y proporcionaron energa con calor y descargas elctricas (para simular los rayos). Descubrieron que aparecieron molculas orgnicas simples despus de algunos das. En este experimento y otros similares, Miller y otros investigadores han producido aminocidos, protenas cortas, nucletidos, trifosfato de adenosina (ATP) y otras molculas caractersticas de lo vivo. Lo que es interesante es que la composicin exacta de la "atmsfera", empleada en estos experimentos careca de importancia, siempre y cuando se cuente con hidrgeno, carbono y nitrgeno y que se excluya el oxgeno libre. De manera similar, una gran variedad de fuentes de energa, incluyendo la luz ultravioleta, la descarga elctrica y el calor, parece ser igualmente efectiva. Aunque los geoqumicos tal vez nunca lleguen a saber cmo era la atmsfera primitiva, es seguro que las molculas orgnicas se sintetizaron en la Tierra antigua.

Figura 8: El Aparato experimental de Stanley Millar y Urey , La energa del calor y las descargas elctricas causan que los aminocidos y otras molculas orgnicas formen metano amoniaco, hidrgeno y agua. Se pensaba que todos ellos estaban presentes en la atmsfera de la tierra primitiva

Las condiciones prebiticas permitiran la acumulacin de molculas orgnicas

La sntesis prebitica no habra sido muy eficiente o muy rpida; no obstante, luego de algunos cientos de millones de aos, se pudieron acumular grandes cantidades de molculas orgnicas, en especial porque no se descomponan tan rpidamente entonces. En la actual Tierra, casi todas las molculas orgnicas tienen una vida corta, ya por que sean digeridas por organismos vivos o que reaccionen con el oxgeno atmosfrico. Puesto que la Tierra primitiva no tena ni vida ni oxgeno libre, estas fuentes de degradacin estaban ausentes. Sin embargo, la atmsfera primitiva tampoco tena una capa de ozono, como la que tiene nuestra atmsfera actual.

La capa de ozono es una regin alta en la atmsfera que est enriquecida con molculas de 03, que absorben parte de la luz ultravioleta de alta energa del sol antes de que llegue a la Tierra. En consecuencia, el bombardeo ultravioleta, que puede descomponer las molculas orgnicas, debe haber sido muy intenso. Sin embargo, algunos lugares, como los que encuentran bajo de los arrecifes rocosos o en el fondo de los mares habran quedado protegidos de la radiacin ultravioleta. En estos sitios, las molculas orgnicas pudieron haberse acumulado en concentraciones relativamente altas.

Tales concentraciones de molculas orgnicas pudieron haber sido cruciales en la evolucin de la vida. Primero, tal vez haya proporcionado las molculas que formaran a los primeros organismos. Segundo, la energa qumica almacenada en esta molculas sera el alimento para las primeras clulas. A la gran acumulacin de molculas orgnicas de la que, segn hiptesis cientficas, surgi la primera forma de vida se la llama con frecuencia "caldo de cultivo primitivo".

Algunos cientficos creen que la tierra primitiva tuvo gases algo similar al Venus actual y Marte: dixido de carbono (CO2), nitrgeno (N2), vapor de agua (H2O), hidrgeno (H2), monxido de carbono (CO), metano (CH4), y amonaco (NH3).

Los cientficos no tienen ningn acuerdo general de cul de estos gases podra haber dominado una atmsfera temprana, y, de hecho, sea centro de un considerable debate sobre la temprana existencia del metano y amonaco. Esta supuesta atmsfera temprana es llamada reductora; habra proporcionado electrones a las substancias y las redujo qumicamente a otras formas. Este proceso reductor separa a menudo las molculas en componentes ms pequeos. As, la atmsfera temprana habra reducido cualquier forma de vida que hubiera estado presente. Apreciaciones de la Teora de Oparing-Haldane.

Supone una atmsfera gaseosa ( He, H, CO2, Amoniaco, metano, cido sulfdrico)

Caractersticas de la tierra:

altas temperaturas (volcanes)

produccin constante de lluvias

constantes relmpagos

En esta atmsfera ocurran reacciones qumicas debido a que la energa elctrica de los rayos y a la energa trmica. Estas reacciones qumicas formaron los primeros compuestos orgnicos.

Estos compuestos se concentraban en los mares es por eso que los cientficos llamaron a los mares primitivos caldos nutritivos.

Estos compuestos orgnicos se mezclaron para formar monmeros (compuestos orgnicas + compuestos orgnicos).

Monomero+ monomero = polmero

Polmero = Aminocidos

Azucares Biomolculas

Fosfatos

Biomolculas: son sustancias formadoras de la vida, es decir glcidos, lpidos, protenas, cidos nuclecos.

Organismos hetertrofos: aquellos que no producen su propio alimento por ejemplo: el ser humano, animales.

Organismos auttrofos: aquellos que producen su propio alimento ejemplo: fotosintetizadores