La vida

Los detalles del origen de la vida se desconocen, aunque se han establecido unos principios generales. Hay dos teorías sobre el origen de la vida. La primera defiende la hipótesis de la “panspermia”, y sugiere que la materia orgánica pudo haber llegado a la Tierra desde el espacio, mientras que otros argumentan que tuvo origen terrestre. En cambio, es similar el mecanismo por el cual la vida surgió. Si la vida surgió en la Tierra quizás hace unos 4.000 Ma, aunque el cálculo de cuando comenzó es bastante especulativo. Generada por la energía química de la joven Tierra, surgió una molécula o varias que poseía la capacidad de hacer copias similares a ella misma, el «primer replicador». La naturaleza de esta molécula se desconoce. Esta ha sido reemplazada en funciones, a lo largo del tiempo, por el actual replicador: el ADN. Haciendo copias de sí mismo, el replicador funcionaba con exactitud, pero algunas copias contenían algún error. Si este cambio destruía la capacidad de hacer nuevas copias, no podía hacer más y se extinguía. De otra manera, algunos cambios harían más rápida o mejor la réplica: esta variedad llegaría a ser numerosa y exitosa. A medida que aumentaba la materia viva, la “comida” iba agotándose, y las «cadenas» explotarían nuevos materiales, o quizás detenía el progreso de otras «cadenas» y recogía sus recursos, llegando a ser más numerosas…

La vida

Se han propuesto varios modelos para explicar cómo podría desarrollarse el replicador. Se han propuesto diferentes cadenas, incluidas algunas como las proteínas modernas, ácidos nucleicos, fosfolípidos, cristales, o incluso sistemas cuánticos. Actualmente no hay forma de determinar cual de estos modelos pudo ser el originario de la vida en la Tierra. Una de las teorías más antiguas, en la cual se ha estado trabajando minuciosamente, puede servir como ejemplo para saber cómo podría haber ocurrido. La gran energía de los volcanes, rayos, y la radiación ultravioleta podrían haber ayudado a desencadenar las reacciones químicas produciendo moléculas más complejas a partir de compuestos simples como el metano y el amoníaco. Entre estos compuestos orgánicos simples estarían los bloques con los que se construiría la vida. A medida que aumentaba esta “sopa orgánica”, las diferentes moléculas reaccionaban unas con otras. A veces se obtenían moléculas más complejas. La presencia de ciertas moléculas podría aumentar la velocidad de reacción. Esto continuó durante bastante tiempo, con reacciones más o menos aleatorias, hasta que se creó una nueva molécula: el «replicador». Este tenía la extraña propiedad de promover reacciones químicas para conseguir una copia de sí mismo, con lo que comenzó realmente la evolución. Se han postulado otras teorías del replicador. En cualquier caso, el ADN ha reemplazado al replicador. Toda la vida conocida, excepto algunos virus y priones, usan el ADN como su replicador, de forma casi idéntica.

Enlace directo: Origen y formación de la tierra

En la actualidad se tiene que reproducir materia paquetada dentro de la membrana celular. Es fácil comprender el origen de la membrana celular así como el origen del replicador, debido a que las moléculas de fosfolípidos que construyen una membrana celular a menudo forman una bicapa espontáneamente cuando se colocan en agua. No se sabe si este proceso precede o da como resultado el origen del replicador o quizás fuera el replicador. La teoría que predomina más es que el replicador, quizás el ARN (hipótesis del ARN mundial), junto a este instrumento de reproducción y tal vez otras biomoléculas, ya habían evolucionado. Al principio las protocélulas simplemente podrían haber explotado cuando crecían demasiado; el contenido esparcido podría haber recolonizado otras “burbujas”. Las proteínas que estabilizaban la membrana, o que ayudaban en la división de forma ordenada, podrían estimular la proliferación de estas cadenas celulares. ARN es probablemente un candidato para un primer replicador ya que puede almacenar información genética y catalizar reacciones. En algunos puntos el ADN prevaleció el papel de recopilador genético sobre el ARN, y las proteínas conocidas como enzimas adoptador el papel de catalizar, dejando al ARN para transferir información y modular el proceso. Se tiende a creer que estas primigenias células pudieron evolucionar en grupos en las chimeneas volcánicas submarinas conocidas como “fumarolas negras”; o incluso calientes, rocas marinas.8 No obstante, se cree que de todas estas múltiples células, o protocélulas, sólo una sobrevivió. Las evidencias sugieren que el último antepasado universal vivió durante el principio del Eón Arcaico, hace alrededor de 3.500 Ma o incluso antes. Esta célula “LUCA” es el antecesor común de todas las células y por tanto de toda la vida en la Tierra. Fue probablemente una procariota, la cual poseía una membrana celular y probablemente ribosomas, pero carente de un núcleo o orgánulos como mitocondrias o cloroplastos. Igual que todas las células modernas, utilizaba el ADN como código genético, el ARN para transferir información y sintetizar proteínas, y los enzimas para catalizar las reacciones. Algunos científicos opinan que en vez de ser un sólo organismo el que dio lugar al último antepasado universal, habían poblaciones de organismos intercambiándose genes en transferencia horizontal.

Probablemente las primeras células eran todas heterótrofas, utilizando todas las moléculas orgánicas, incluso las de otras células, como materia prima y como fuente de energía. Así como el suministro de comida disminuía, algunas desarrollaron una nueva estrategia. En vez utilizar los cada vez menores grupos de moléculas orgánicas libres, estas moléculas adoptaron la luz solar como fuente de energía. Las estimaciones varían, pero hace unos 3.000 Ma, algo similar a la actual fotosíntesis se había desarrollado. Esto hizo que la energía solar disponible no sólo para los autotrofos sino que también para los heterótrofos que se nutrían de ellos. La fotosíntesis consume bastante CO2 y agua como materia prima y, con la energía de la luz solar, produce moléculas ricas en energía, los carbohidratos. Además, se producía oxígeno como desecho de la fotosíntesis. Al principio se combinaba con caliza, hierro, y otros minerales. Hay una prueba sólida de esto en las capas ricas de hierro oxidado en el estrato geológico correspondiente a este periodo. Los océanos habrían cambiado el color a verde mientras el oxígeno estaba reaccionando con los minerales. Cuando cesaron las reacciones, el oxígeno podría finalmente llegar a la atmósfera. Sin embargo cada célula sólo producía una pequeña cantidad de oxígeno, el metabolismo combinado de muchas células durante un vasto período transformó la atmósfera terrestre al estado actual. Esta, entonces, es la tercera atmósfera de la Tierra. La radiación ultravioleta excitó parte del oxígeno formando ozono, el cual se fue acumulando en una capa cerca de la zona superior de la atmósfera. La capa de ozono absorbía, y absorbe aún, una cantidad significativa de la radiación ultravioleta que, antes atravesaba sin impedimentos la atmósfera. Esto permitía a colonizar las células de la superficie del océano y, en definitiva, la tierra sin la capa de ozono, la radiación ultravioleta bombardeando la superficie habría causado niveles insostenibles de mutación en las células expuestas. Además de proporcionar una gran cantidad de energía disponible para vida y bloquear radiación ultravioleta, la fotosíntesis tenía otro tercer efecto, el más importante, y que tendría un impacto a escala planetaria. El oxígeno era tóxico; probablemente gran parte de la vida en la tierra murió al aumentar sus niveles, la “catástrofe del oxígeno”. Las formas de vida que sobrevivieron y prosperaron, y algunos desarrollaron la capacidad de utilizar el oxígeno para mejorar su metabolismo y obtener más energía de la misma materia orgánica. La moderna Taxonomía clasifica la vida en tres dominios. El momento del origen de estos dominios es teórico. El dominio Bacteria fue probablemente el primero que se separó de las otras formas de vida que a veces se agrupan en Neomura, pero esta suposición es controvertida. Después de esto, hace 2.000 Ma, Neomura se dividió dando lugar a los otros dos dominios, Archaea (arqueas) y Eukaryota (eucariotas). Las células eucarióticas son más grandes y más complejas que las procarióticas bacterias y arqueas, y el origen de su complejidad sólo ahora está saliendo a la luz. Sobre este período una pequeña proteobacteria alfa relacionada con las actuales Rickettsia se introdujo en una célula procariota más grande. Tal vez fue un intento de ingestión por parte de la célula grande que falló debido a la evolución de las defensas de la pequeña proteobacteria. Quizás la célula más pequeña trató de parasitar a la más grande. En cualquier caso, las células más pequeñas sobrevivieron en el interior de las más grandes. El uso del oxígeno, permitió metabolizar los desechos de las células más grandes y así obtener más energía. Parte de este excedente de energía fue devuelto a la reserva. Las células más pequeñas se reproducían en el interior de la más grande, y al poco tiempo dio lugar una relación simbiótica estable. Con el tiempo la célula más grande adquirió algunos de los genes de las células más pequeñas, y los dos tipos llegaron a ser uno dependiente del otro: la célula más grande no podrían sobrevivir sin la energía producida por las más pequeñas, y estas, a su vez, no podrían sobrevivir sin la materia prima proporcionadas por la célula mayor. La simbiosis que se consiguió, entre las células más grandes y del grupo de células más pequeñas que estaban en su interior, fue tal que se considera que se han convertido en un solo organismo, las células más pequeñas están clasificadas como orgánulos llamados mitocondrias. Algo parecido pasó con la fotosíntesis de las cyanobacteria. Entrando en las células heterótrofas más grandes y llegando a ser cloroplastos. Probablemente como resultado de estos cambios, un grupo de células capaces de realizar la fotosíntesis se separó de las demás eucariotas hará unos 1.000 Ma. Había probablemente tal inclusión de eventos, como la figura de la izquierda indica. Además de la teoría endosimbiótica del origen celular de las mitocondrias y cloroplastos, se ha sugerido que las células dieron lugar a las peroxisomas y spirochaetes también dieron lugar a los cilios y flagelos, y quizás a un virus ADN; además de dar lugar al núcleo celular aunque ninguna de estas teorías es generalmente aceptada. Durante este período, se cree que ha existido un supercontinente llamado Columbia, probablemente, hace alrededor de 1.800 a 1.500 Ma, es el supercontinente más antiguo.

Las archaeas, bacterias y eucariotas continuaron dispersándose y llegando a ser más complejas y mejor adaptadas a su medio ambiente. Cada dominio continuamente se distribuye en múltiples linajes, aunque se sabe poco sobre la historia de las bacterias y archaeas. Hace alrededor de 1.100 Ma, se formó el supercontinente Rodinia. Estas células se diversificaron en las líneas de los tres reinos (plantae, animalia, y fungi), a pesar de que aún existen células solitarias. Algunos vivían en colonias, y gradualmente se produjo la división del trabajo, por ejemplo, las células de la periferia podrían haber comenzado a asumir funciones diferentes de las existentes en el interior. Aunque la división entre una colonia de células especializadas y un organismo pluricelular no siempre es clara, hace alrededor de 1.000 Ma. Las primeras plantas pluricelulares surgieron, probablemente, de las algas verdes. Probablemente hace unos 900 Ma, el verdadero pluricelular también había evolucionado a animales. Al principio, probablemente, algo semejante a la actual esponja, en el que todas las células eran totipotentes y un organismo mutilado podría regenerarse. Como la división del trabajo se volvió más completo en todos los sentidos en los organismos pluricelulares, las células se volvieron más especializadas y más dependientes de las demás; las células aisladas morirían. Hay indicios de que una glaciación muy severa comenzó hace alrededor de 770 Ma, de tal gravedad que la superficie de todos los océanos se congelaron por completo, la glaciación global. Finalmente, 20 Ma después, cuando una cantidad suficiente de dióxido de carbono volcánico llegó a la atmósfera, se produjo el consiguiente efecto invernadero, subiendo la temperatura global del planeta. Por la misma época, hace unos 750 Ma, Rodinia comenzó a fracturarse…[1]

Enlace directo: Historia y teoría celular

Ver también: La colonización de la superficie

La Factoria Historica


[1] Arrhenius, Gustaf et al. (1997). “Entropy and Charge in Molecular Evolution—the Case of Phosphate”. doi:10.1006/jtbi.1996.0385. PMID 9299295; Buehler, Lukas K. (2000–2005) The physico-chemical basis of life, http://www.whatislife.com/about.html accessed 27 October 2005; Davies, Paul (1998). The Fifth Miracle. Penguin Science, London. ISBN 0-14-028226-2; De Duve, Christian (January 1996). Vital Dust: The Origin and Evolution of Life on Earth. Basic Books. ISBN 0-465-09045-1; Egel, R.; Lankenau, D.-H.; Mulkidjanian, A. Y. (2011). Origins of Life: The Primal Self-Organization. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag. pp. 1–366,. doi:10.1007/978-3-642-21625-1. ISBN 978-3-642-21624-4; Fernando CT, Rowe, J (2007). “Natural selection in chemical evolution”. Journal of Theoretical Biology 247 (1): 152–67. doi:10.1016/j.jtbi.2007.01.028. PMID 17399743; Hartman, Hyman (1998). “Photosynthesis and the Origin of Life”. Origins of Life and Evolution of Biospheres 28 (4–6): 515–521. doi:10.1023/A:1006548904157; Harris, Henry (2002). Things come to life. Spontaneous generation revisited. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-19-851538-3; Hazen, Robert M. (December 2005). Genesis: The Scientific Quest for Life’s Origins. Joseph Henry Press. ISBN 0-309-09432-1.

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