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Guía de estudio – Hipótesis sobre el origen de la vida
Profesor Gustavo Arriagada Bustamante
Introducción
El origen de la vida es una de las cuestiones más apasionantes de la biología, para la que el problema consisten
en develar cuales fueron los procesos que originaron a
los primeros organismos vivos. Los primeros en tratar
este dilema, en forma propiamente científica, fueron
Oparin (1924) y Haldane (1928). Para ellos, las células
vivas debieron haberse formado gradualmente a partir
de materiales prebióticos presentes en la Tierra.
Principales hipótesis sobre el origen de la vida
1. Hipótesis del diseño inteligente
Esta hipótesis admite que el origen del Universo, de la vida y del ser humano son el
resultado del accionar deliberado de un ser inteligente. Sus promotores afirman que
el Universo está demasiado bien adaptado para la existencia de los organismos
vivos, como para pensar que es así solamente por casualidad o azar. Esto es una nueva versión de la anterior
“Ciencia de la Creación”, la que se fundamenta en el Libro
del Génesis del Antiguo Testamento.
Deidad como diseñador
inteligente.
¿De dónde viene este nombre? Fue creado para poder
sortear un fallo judicial adverso... En 1987, el Tribunal
Supremo de Estados Unidos (el equivalente norteamericano
a nuestra Corte Suprema) anuló una ley que obligaba a
enseñar la “Ciencia de la Creación” en las clases de Ciencias Naturales. Entonces, los manuales escolares que sostenían las ideas creacionistas cambiaron las palabras
“creación” y “creador” por “diseño inteligente” y
“diseñador inteligente”.
Esta forma de pensar se ha propagado a través de distintas comunidades religiosas,
que afirman que considerar al hombre y su capacidad de razonar como productos de
la evolución es irracional, y que la teoría de la evolución no está realmente demostrada.
2. Hipótesis de la panspermia
En 1884, el químico S. Arrhenius acuñó la palabra “panspermia” para referirse a la
idea que la vida originada en un planeta puede instalarse en otro que sea apropiado.
De esta manera sostenía que diminutas formas de vida, escapadas desde un planeta y transportadas por la radiación luminosa, se desplazarían a la deriva por el espacio, sembrando la vida en las galaxias. El principal contra argumento era que ningún
ser vivo podía sobrevivir en el espacio debido a las bajísimas temperaturas y
enormes cantidades de radiación.
La presencia de compuestos orgánicos1 en los restos de meteoritos caídos en la
Tierra pareció confirmar a la panspermia. Sin embargo, posteriormente se supo que
dichas sustancias podrían haberse formado a partir de reacciones químicas inorgánicas.
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Se entiende por molécula orgánica o compuesto orgánico a aquellas agrupaciones de átomos _o moléculas_ que contienen a
lo menos a un átomo de carbono.
1
Panspermia dirigida: alienígena
sembrador deshaciéndose. (Film
Prometeo)
Una variante más moderna de esta teoría, la
panspermia dirigida busca sobrellevar el argumento
anterior sosteniendo que la vida fue “sembrada” en
nuestro planeta _y quizás en otros también_ por seres
inteligentes, provenientes de civilizaciones avanzadas.
Lo suficiente como para contar con los medios para
viajar por el espacio a velocidades considerables y sin
ser afectados por la radiación. Sin embargo, esta
“solución” solamente puede servir para explicar el
origen extraterrestre de la vida en nuestro planeta,
pero no aporta nada con respecto a como es que la
vida pudiera haber comenzado en el mundo de origen
de los “sembradores”.
3. Hipótesis evolucionista de Oparin
La primera hipótesis del siglo XX del origen de la vida sobre la Tierra fue producto
del bioquímico soviético Aleksandr Ivanovich Oparin (1894-1980). La mayoría de las
explicaciones modernas sobre el origen de la vida, se basan en sus ideas: la
aparición de la vida fue precedida por un largo periodo de evolución química.
¿Oparin o Haldane?
Aleksandr Oparin era un buen conocedor de la bioquímica de su tiempo y también de los
conceptos y metodologías de los darwinistas. Afirmó que los compuestos orgánicos se
originaron en la Tierra mucho antes que los seres vivos, los que se formaron a partir de
ellos, por lo que la vida sería un nivel de la evolución de la materia. Originalmente
publicada en ruso el año 1924, esta teoría fue ignorada por la comunidad científica
occidental. En 1929, el genetista británico John Haldane publicó “El origen de la vida”,
texto en el cual coincidía con Oparin en la idea de que los compuestos orgánicos era
anteriores a los primeros seres vivos., y además en interpretar todo el modelo desde un
punto de vista evolucionista. Por su parte, Oparin _que leyó el libro de Haldane_ publicó
un segundo libro traducido al inglés “El origen de la vida sobre la Tierra” en 1936 , y en
1953 una tercera puesta al día de su trabajo.
Oparin desarrolló sus ideas paso a paso, siempre apoyándolas en los aportes hechos por los
nuevos descubrimientos.
La edad de la Tierra es de unos 4.500 a 4.600 millones de años, mientras que los
fósiles más antiguos conocidos tienen unos 3.500 millones de años. Debieron pasar
varios cientos de millones de años desde la formación del planeta hasta la aparición
de las formas vivientes iniciales.
La etapa inicial debió ser la formación de las moléculas orgánicas a partir de los
materiales existentes en la Tierra primitiva, pero además se necesitaron:
a) Precursores químicos: una condición esencial para la formación de moléculas
orgánicas. La atmósfera primitiva contenía metano (CH4), ácido sulfídrico (H2S),
vapor de agua (H2O) y otras moléculas inorgánicas sencillas como hidrógeno
gaseoso (H2) o amoniaco (NH3).
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b) Fuentes de energía. Principalmente la radiación ultravioleta proveniente del Sol,
las descargas eléctricas de la atmósfera, la energía ionizante desprendida desde los
elementos radioactivos y el calor proveniente de la actividad de los volcanes.
Al enfriarse la superficie terrestre, la condensación del vapor de agua daría lugar a
los océanos primitivos. Los compuestos químicos podrían irse acumulando en ellos,
y poco a poco, ir formando lo que se denomina caldo primordial.
3.1 El experimento de Miller: Oparin en el laboratorio
En 1953, el norteamericano Stanley Miller (1930-2007)
comprobó experimentalmente la hipótesis de Oparin al
realizar los primeros experimentos de síntesis
prebiótica. Para ello creó un aparato de laboratorio en el
cual reprodujo las condiciones de la atmósfera primitiva:
hizo hervir agua con metano y amoniaco, sometiendo a
esta mezcla a descargas eléctricas. Tras varios días,
analizó el líquido resultante y encontró que estaban
disueltas varias moléculas orgánicas _que no estaban al
inicio_ entre la cuales habían aminoácidos.
Aparato original de Miller
Desde entonces, se ha seguido probando la síntesis
prebiótica, modificando las condiciones experimentales
y la mezcla de los gases. Gracias a esto, se han
obtenido las purinas que existen en los ácidos nucleicos,
pero aún no se logran obtener ni las pirimidinas, ni la
desoxirribosa. Por lo tanto, aún no se logran sintetizar
todos los nucleótidos necesarios para nuestro código
genético.
3
3.2 De la química prebiótica2 a los primeros organismos
En el ambiente de la Tierra primitiva pudo
haberse producido la concentración de los
solutos disueltos debido a la evaporación del
caldo oceánico que hubiera estado confinado3
en charcas superficiales. Estas porciones de
océano enriquecido de materia orgánica con
el caldo primordial, primigenio o primitivo en
que Oparin sitúa la formación de los
coacervados.
4. El mundo de ARN
El ARN bien pudo ser la primera molécula
capaz de transmitir la herencia genética, lo
que se conoce como la hipótesis del “mundo
ARN”: en un ambiente con elevada
concentración de sales minerales y nucleótidos se sintetizan espontáneamente
pequeñas cadenas de ADN, que forman copias de sí mismas por el emparejamiento
de las bases nitrogenadas complementarias4.
Este proceso podría haber ocurrido en un ambiente precelular, de forma que
uniéndose fragmentos dispersos de información útil podría haberse originado la
primera síntesis de proteínas dirigidas por un gen.
De acuerdo a la “teoría celular” vista en primero medio, una vez que exista un
mecanismo que permita reproducir fielmente la información genética, se puede
estar en presencia de un ser vivo.
4.1 Los coacervados
¿Qué son los coacervados? Se trata de microesferas
estructuradas, que suspendidas en un medio líquido, encierran
en su interior a moléculas simples, monómeros que realizan
reacciones químicas sencillas. Además, la velocidad de las
reacciones químicas que suceden en su interior es distinta que
aquella de las reacciones químicas que ocurren en el medio
externo. Y esto, bien podría ser el inicio de un metabolismo
celular, ya que se puede considerar que el metabolismo se
origina cuando las reacciones químicas que se suceden en un
estado inicial desordenado son llevadas hacia otro estado final de secuencias
ordenadas.
Otra de sus cualidades es que los coacervados pueden crecer, y cuando su tamaño
se hace excesivo, tienden a romperse espontáneamente, produciendo ejemplares
“hijos” (¿Alguna semejanza con la mitosis o la división de las bacterias?)
La evolución abiótica5 desde las moléculas hasta los coacervados se ha confirmado
experimentalmente en el laboratorio, pero aún se desconoce como ocurrió el paso
desde estos agregados orgánicos hasta llegar al primer ser vivo. Sólo hay hipótesis.
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Biótico, ca.- Característico de los seres vivos o que se refiere a ellos.
Confinar.- Encerrar, recluir (poner en reclusión).
Adenina (A) con uracilo (U), guanina (G) con citosina (C).
No biótica, no viva.
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5. Nutrición de los primeros seres vivos y una atmósfera con oxígeno
Existe una estrecha relación entre las primeras etapas de la evolución de los seres
vivos y las modificaciones de la atmósfera del planeta.
Los primeros seres vivos serían heterótrofos
anaeróbios, por lo que para sobrevivir
dependerían de las moléculas ricas en energía
presentes en el caldo primordial. Al irse agotando
los nutrientes, algunos de estos organismos
siguieron un camino evolutivo que les permitió
producir su propia materia orgánica,
convirtiéndose en productores primarios.
Fotosíntesis anaeróbia
La vía bioquímica más antigua parece ser la quimiosíntesis, por la cual algunas
bacterias obtienen energía a partir de las reacciones químicas de oxidación6.
Posteriormente, algunos otros organismos iniciarían una ruta propiamente
fotosintética.
Conocer como funcionan la quimiosíntesis y la fotosíntesis de las bacterias permite
imaginar los posibles pasos que tuvieron para que sugiera la fotosíntesis de los
vegetales. Inicialmente, pudo ser un mecanismo destinado a obtener energía al
combinar el CO2 con el H proveniente de los compuestos químicos como el H2S. En
un momento posterior, al utilizar H2O, se liberaría oxígeno gaseoso (O2) lo que
transformaría a la atmósfera: la volvería aeróbica y oxidante _tal cual es hoy_.
La existencia de una atmósfera oxidante
condujo al proceso respiratorio, lo que
permitió que los organismos aeróbios se
reprodujeran a mayor velocidad que los
anaeróbios.
Como el agua absorbe la radiación
ultravioleta que llega desde el Sol, los
organismos acuáticos tenían protección UV
desde antes, pero es a partir de la existencia
de oxígeno atmosférico (O2) que se forma la
Fotosíntesis aeróbica
capa de ozono (O3) en la estratósfera. Esta
barrera impide la llegada hasta la superficie
de la radiación ultravioleta que alcanza a la Tierra, y que es capaz de hacer mutar a
los ácidos nucléicos y a las proteínas. Una vez que se formá la capa de ozono, los
seres vivos podrían comenzar la conquista del medio terrestre.
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Química y biológicamente, la palabra oxidación no se relaciona necesariamente con el oxígeno. Es la capacidad que tiene
un átomo o un ión de perder electrones. Se dice que el átomo o ión que los recibe es el “oxidante”, que al recibir los
electrones del átomo que se está oxidando, se reduce.
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