lunes, 9 de agosto de 2010

Origen de la vida en la Tierra


Con la lectura de este documento conocerás las distintas ideas que el ser humano ha desarrollado, en diferentes contextos históricos, para explicar cómo es que la vida se originó en la Tierra. Asimismo, las condiciones ambientales que, según la teoría de la síntesis abiótica, existieron en la Tierra antes y después de que se originó la vida en nuestro planeta. De igual manera, comprenderás cómo se dio la evolución PRE-BIOLÓGICA que dio paso al surgimiento de los seres vivos y cómo, a partir de los sistemas polimoleculares (tipo coacervado) se propició el desarrollo de la primera célula viva en el planeta. Todo lo anterior a través de la comprensión del siguiente texto, en el que a la par que lees el texto realizarás algunas actividades enfocadas a facilitar dicha comprensión. Para que al final de la lectura cuentes con la información requerida para reconocer a la Evolución como el procesos que ha dado origen a toda la diversidad en la Terra.

Ahora se sabe que fue, aproximadamente, hace casi 4 000 millones de años, cuando la vida en el planeta Tierra tuvo su origen. Sin embargo, el ser humano no siempre ha tenido este conocimiento por lo que algunas explicaciones, de épocas y culturas antiguas, sobre el origen de la vida, son sólo relatos cargados de fantasía y de misticismo, derivadas de la cosmovisión dominante en cada cultura y del momento histórico en el que se plantearon dichos relatos.
Desde tiempos inmemoriales el ser humano ha intentado contestar la pregunta ¿cómo fue que se originó la viad en la Tierra? Es decir ¿cómo la materia inerte se transformó en materia animada, capaz de crecer, reproducirse y morir: materia viva?

Para ello, se revisarán de manera breve las principales ideas y teorías que abordan el problema del origen de la vida. Entre las ideas no científicas que se han propuesto para explicar el origen de la vida se tienen al creacionismo y a la generación espontánea. Por otro lado, la ciencia ha propuesto explicaciones que alcanzan el grado de teoría sobre este asunto, teniendose a la teoría de la Panspermia y la teoría de la Síntesis Abiótica.
Se iniciará con la más antigua de estas ideas:

Creacionismo.
Siempre ha habido explicaciones para dar respuesta a la pregunta anterior. La más antigua de estas respuestas, y aún válida en la actualidad para muchas personas y culturas considera, independientemente del tipo de religión, que la vida se originó por la voluntad de uno o varias dioses; a este tipo de idea se le conoce como CREACIONISMO. Uno de los relatos más populares en la cultura occidental es el que se encuentra en el Génesis de la Biblia.

Figura 01. Se muestra un fragmento de la “Creación” de Miguel Ángel en la capilla sixtina en el vaticano, que retoma el pensamiento creacionista de la época.

También los pueblos prehispánicos tenían sus propios relatos creacionistas, como el que se encuentra contenido en el “Popol Vuh” de la cultura maya.


Figura 02. Muestra como los dioses unieron sus fuerzas para crear a los seres vivos, entre ellos a los seres humanos, como lo proponen los relatos del Popol Vuh.


Sin embargo, cualquier explicación de tipo creacionista carece de posibilidad de comprobación por lo que no son parte del campo de estudio de la ciencia, sino de la metafísica o la religión.
Estas ideas, aunque no son biológicas, se mencionan para tener una idea de cómo fue cambiando la forma de dar explicación al problema del origen de la vida.

• ¿Por qué las explicaciones de tipo creacionista sobre el origen de la vida no son parte del estudio científico?

Generación espontánea.
De acuerdo a otro grupo de ideas se creía y aceptaba que ciertas criaturas, sobre todo las pequeñas como gusanos, insectos y microorganismos (con la invensión del microscopio), se formaban espontáneamente de la materia inerte; como organismos completos; es decir, sin causas aparentes, a partir de la materia inerte de pronto se formaban sere vivos. Así por ejemplo, se creía que los gusanos y las moscas, se formaban del estiércol; los piojos del sudor humano; las luciérnagas de las chispas de las hogueras; ranas y sapos del lodo; los cocodrilos de los troncos flotantes en los ríos y así muchas otras concepciones. En la actualidad hay personas que todavía llegan a exclamar ¡no dejes basura porque se van a hacer cucarachas! o “si comes pan con agua te van a salir lombrices”.

• ¿Conoces una expresión similar a las anteriores que denote en el fondo la idea de la generación espontánea?

La “Generación Espontánea” fue parte de la forma de pensar de respetadas personalidades del pasado, como: Aristóteles, San Agustín y Santo Tomás de Aquino e incluso, algunos de ellos llegaron a proponer recetas para provocar la generación espontánea de vida, como el alquimista Johann Van Helmont (siglo XVII) quien publicó cómo crear ratones con trapos viejos y un poco de trigo.
La idea de la generación espontánea se divide en dos corrientes, la vitalista y la mecanicista:
1. La primera, la vitalista, consideraba que existía una fuerza sobrenatural que le daba vida a las cosas inertes (sin vida), Aristóteles le llamó a esta fuerza “Entelequia”.
2. La segunda, la mecanicista, sostenía que la generación espontánea de vida se debía a procesos naturales de la materia, pero aún consideraba que la materia inerte se transformaba en organismos adultos.

• ¿Cuál es la diferencia entre las posturas vitalista y mecanicista sobre la Generación Espontánea?

No obstante, algunos hombres de pensamiento libre de aquellos tiempos no aceptaban la idea de la generación espontánea por no dar una explicación al cómo de materia inerte se pasa a materia viva. Por ello, entre éstos se pueden mencionar a: Francesco Redi (1626-1698), Lázaro Spallanzani (1726-1799) y Louis Pasteur (1822-1895), quienes realizaron experimentos para demostrar que la generación espontánea no ocurría y carecía de validez para dar solución al problema de cómo se originó la vida en la Tierra.
El experimento de Francesco Redi fue relativamente sencillo, pero denotó un avance para su época y a continuación se describe
• Colocó trozos de carne en tres frascos.
• Al primer frasco lo cerró herméticamente, al segundo frasco, lo cubrió con una gasa y al tercer frasco, lo dejó descubierto.
• Luego de un tiempo observó que en el primer frasco (el tapado) no había gusanos, aunque la carne estaba podrida y mal oliente.
• En el segundo frasco observó que, sobre la tela, había huevos de las moscas que no pudieron atravesarla.
• La carne del tercer frasco tenía gran cantidad de larvas y moscas. Con este experimento se empezó a demostrar la falsedad de la teoría de la "generación espontánea".


Figura 03. Experimento de Francesco Redi.

A finales de 1700 Lázaro Spallanzani trató de desaprobar, a través de un experimento, el planteamiento de la “generación espontánea”, de la manera siguiente:
• El colocó en dos frascos medio de cultivo y lo esterilizó calentándolo hasta ebullición.
• Uno de los frascos lo cerró herméticamente y el otro lo mantuvo abierto.
• Pasado un tiempo, él observó que sólo en el frasco que había permanecido abierto se había desarrollado microorganismos y en el cerrado no.



Figura 04. Se muestra el experimento de Lázaro Spallanzani.

Ante estos resultados, Spallanzani concluyó:
• Que los microorganismos no provienen del medio de cultivo, sino del aire y al entrar en contacto con el medio de cultivo, del frasco abierto, se desarrollan en éste al entrar junto con el aire.
• Por lo que ningún microorganismo proviene de la materia inerte.
Desafortunadamente, esto no convenció a la mayoría de los hombres de ciencia de su época, ya que pensaban que el mantener el frasco cerrado impedía que entrara a éste la fuerza de vida que pudiera generar microorganismos a partir de la materia inerte. Así permanecieron las cosas hasta que en el siglo XIX Louis Pasteur probó definitivamente la invalidez de la generación espontánea con experimento similar.


Menciona las semejanzas y las diferencias entre los experimentos de Spallanzani y Pasteur.
Semejanzas Diferencias


Figura 05. Se muestra el diseño experimental con el que Pasteur demostró que la vida no se genera espontáneamente, dando fin a la teoría que planteaba esto.


Es así como uno de los trabajos más recordados, con microbios, es el del químico Louis Pasteur, en el siglo XIX. Los resultados de Pasteur, con su experimento con matraces de “cuello de cisne”, se abrieron paso con dificultad en medio de creencias milenarias creacionistas y de generaciones espontáneas, así como a diferencias políticas, pero al fin, él fue quien puso fin a la polémica demostrando que la vida no se origina por generación espontánea.



Teoría de la Síntesis Abiótica.


“Esta teoría plantea que antes de una evolución biológica, debió existir una evolución química”.


Esta afirmación será explicada a continuación.
Distintos tipos de explicaciones se han dado para explicar el origen de la vida en la Tierra, como ya te habrás dado cuenta. No obstante, sólo algunas de éstas lo intentan a través del conocimiento que se llega a tener sobre los seres vivos. En este tipo de explicaciones se encuentra la que fue propuesta, de manera independiente, por el bioquímico Alexander I. Oparin y el biólogo John D. S. Haldane en la década de los años veinte del siglo XX, en la que manifestaron que la vida es el resultado de un proceso de evolución molecular, refiriéndose para ello a los principios físicos y químicos, en vez de imaginación y creencias. La teoría que estos científicos propusieron se conoce como SÍNTESIS ABIÓTICA.


La teoría quimiosintética, como también se le conoce, Plantea que la vida se originó bajo condiciones ambientales (climáticas, físicas y químicas) distintas a las que actualmente presenta la Tierra.
Para explicar esto, primeramente se tiene que considerar que una vez que la Tierra se condensó (solidificó), su superficie se encontró expuesta a un intenso “viento solar”, al choque de meteoritos y a la intensa radiación de elementos radiactivos como el Torio y el Uranio. Todas estas condiciones provocaron que la temperatura superficial del planeta se elevara considerablemente y grandes extensiones se encontraban fundidas (como lava), lo que provocó que el Hierro y el níquel, en estado líquido, se desplazaran hacia el interior del planeta formando su Núcleo. Pero al mismo tiempo, estas altas temperaturas y el intenso “viento solar” hicieron que se perdiera al espacio la primera atmósfera, constituida principalmente por Hidrógeno y Helio. Por lo que es probable que la Tierra estuviese girando alrededor del Sol como un planeta carente de atmósfera por algunos millones de años.


• ¿Cómo explica la teoría de la Síntesis Abiótica el origen de la vida en la Tierra?

Una vez que se formó la corteza terrestre, grandes cantidades de gases provenientes de las fisuras en la superficie de ésta y de los primeros volcanes, fueron exhaladas del interior de la Tierra. El resultado de estos procesos fue la formación de la segunda atmósfera o también conocida como Atmósfera Secundaria la que estaba formada por compuestos como tales como:


• HIDRÓGENO (H),
• METANO (CH4),
• AMONIACO (NH3),
• Ácido CIANHÍDRICO (HCN),
• VAPOR DE AGUA (H2O),
• BIÓXIDO DE CARBONO (CO2) y otros más.



Un hecho importante era que esta atmósfera secundaria estaba carente de oxígeno; y por su composición química la naturaleza de esta segunda atmósfera era REDUCTORA, en vez de oxidante como en la actualidad. Esto era un requisito indispensable para que se pudiesen dar los acontecimientos que precedieron al origen de la vida, ya que de haber sido oxidante, cualquier compuesto orgánico hubiese sido degradado por la acción oxidativa de la atmósfera.
En aquella época, los compuestos químicos inorgánicos como los mencionados anteriormente, propiciaron la formación de moléculas orgánicas bajo la acción de algunas fuentes de energía tales como:

» Energía eléctrica de las intensas descargas eléctricas (rayos).
» La radiación ultravioleta del Sol.
» La energía térmica de las erupciones volcánicas.
» La radiactividad de los elementos radiactivos .

Esquema 01. Síntesis abiótica de compuestos orgánicos sencillos a partir de inorgánicos.

De esta forma se explica la formación de compuestos orgánicos sin la participación de ser vivo alguno, es decir, se formaron abióticamente.


• ¿Qué elemento era del que carecía la atmósfera secundaria?

El siguiente paso, en la evolución prebiológica, fue la formación de moléculas orgánicas de mucho mayor complejidad tales como: Nucleótidos, péptidos, ácidos nucleicos y proteínas. Para que esto sucediese, se llevaron a cabo las reacciones de CONDENSACION también llamadas de POLIMERIZACIÓN , con las que se formaron compuestos orgánicos (Polímeros) complejos a partir de sencillos (Monómeros). Como ejemplo se tiene a las proteínas.
Este tipo de reacciones pudieron haber ocurrido a orillas de los mares y en las acumulaciones de aguas de las charcas formadas y lagunas someras, donde las soluciones se concentraban al evaporarse el agua de ellas. Al suceder esto, la materia orgánica se depositó en las arcillas y lodos, donde podían darse estas reacciones de condensación o polimerización, también abióticamente.
REACCIONES DE CONDENSACION
Monómeros a Polímeros.
Aminoácidos a PROTEÍNAS
Purinas y Pirimidinas a ADN Y ARN
Monosacáridos a POLISACÁRIDOS
Ácidos grasos a LÍPIDOS complejos


Esquema 02. En el que se representan las distintas reacciones de condensación que permitieron la formación de polímeros orgánicos.


Oparin y Haldane explicaron el origen de la vida en términos de procesos físicos y químicos. Una progresión de lo más simple a lo más complejo, en términos moleculares.
Se rompió así el círculo vicioso que afirmaba que las sustancias presentes en los seres vivos solamente podían ser fabricadas por éstos.


Un tercer paso en el proceso de origen de la vida fue el surgimiento de moléculas capaces de almacenar y transmitir información, es decir, un material genético.
En opinión de los científicos el problema más importante en los estudios acerca del origen de la vida es la naturaleza del primer material genético. El origen de la vida es la continuación de la evolución, y para eso se requiere de una sustancia que pueda replicarse. Además, se necesita que ese proceso de replicación utilizara sustancias orgánicas formadas de manera abiótica.
Hoy se piensa que el primer material genético pudo ser el ácido ribonucleico (ARN) por lo que se conoce de esta biomolécula. Este ácido nucleico sirve como molde para la formación de copias de sí mismo (replicación). Además, como si fuera una enzima, puede modificar su propia estructura y la de otras moléculas.
Dentro de la explicación que proporciona la teoría de la síntesis abiótica se encuentra la teoría llamada “El Mundo del ARN” que postula que al principio aparecieron familias de moléculas de ARN capaces de autorreplicarse. La selección natural favoreció las familias que interactuaban con aminoácidos y guiaban la formación de proteínas.


El cuarto paso fue la aparición de membranas capaces de formar cuerpos esféricos delimitados. Lo que era benéfico ya que si una molécula de ARN formaba una proteína especialmente apta, pero ésta se diluía en un océano lleno de moléculas de distinto tipo, la relación con el ARN original se perdía. Pero si ambos permanecían en un mismo compartimiento; es decir dentro de del espacio delimitado por una membrana, la selección podía actuar sobre la proteína favoreciendo la prevalencia de su correspondiente ARN. Las membranas estaban hechas de lípidos y proteínas, sustancias que en el agua forman espontáneamente pequeñas esferas delimitadas por una membrana.
Las membranas cumplieron la función de separar el interior del exterior, pero sin obstruir el intercambio de componentes entre éstos, es decir, tenían la característica de ser semipermeables.
El mismo Oparin describió como se pudieron originar las membranas que delimitaron un medio interno dentro de ellas, señalando que mezclas de compuestos orgánicos pueden formarlas, al reaccionar químicamente, a estas estructuras esféricas delimitadas por una membrana de naturaleza lipídica él las llamó COACERVADO.

Figura 06. Microesférulas de Sydney Fox.


Otro investigador como Sidney Fox y sus colaboradores obtuvieron otro tipo de sistema delimitado por membranas, las MICROESFÉRULAS. Ambas estructuras pueden ser inducidas a que presenten comportamientos como los de una célula verdadera, ya que se puede reproducir por bipartición. Adicionalmente, en ambos modelos, microesférulas y coacervados, se pueden efectuar reacciones químicas, propias del metabolismo ocurriendo a una velocidad diferente del medio externo, lo que sugiere que en un sistema delimitado por una membrana, como los coacervados o las microesférulas, se pudieron realizar:


• reacciones de un metabolismo rudimentario,
• una reproducción sencilla y
• un crecimiento más o menos controlado,


Posteriormente el ARN fue sustituido por el ácido desoxirribonucleico (ADN), debido a que el ADN es más estable y se replica en forma más eficiente que el ARN.
El ADN con su estructura molecular de de doble hélice, es decir, dos cadenas de ADN enrolladas en espiral, permite la existencia de un sistema que corrige y repara los daños que sufre una de las cadenas, usando la otra como molde.


Las pruebas que apoyan la teoría de la síntesis abiótica.
Usando diferentes fuentes de energía y mezclas de gases, los científicos han buscado obtener pruebas de lo que Oparin-Haldane propusieron en su teoría de la Síntesis Abiótica. Entre los más conocidos, están los experimentos realizados por:
1. Miller y Urey.
2. Cyril Ponnamperuma.



Figura 07. Experimento de Miller y Urey en el que lograron obtener de manera abiótica algunos de los compuestos químicos de la vida, como ciertos aminoácidos esenciales para la formación de proteínas.


Los experimentos de estos y otros científicos no prueban que los eventos ocurridos en el laboratorio sean los mismos que llevaron al desarrollo de la vida en la Tierra. Sin embargo, sí son evidencias de que las moléculas orgánicas de gran complejidad que se encuentran en los seres vivos se pudieron formar antes de que existiera el primer organismo.


Todas estas investigaciones y teorías sugieren que los primeros seres vivos, muy probablemente, pudieron presentar las siguientes características.

» Unicelulares.
» Procariontes.
» Anaerobios.
» Heterótrofos

Figura 08. Protocélula la cual presentaba un metabolismo y reproducción rudimentarios.


La Teoría de la PANSPERMIA.
Otra explicación que trata de aclarar el origen de la vida es aquella que plantea que los componentes para el surgimiento de los seres vivos provinieron del espacio.


Ya en la antigua Grecia, (año 450 A.C) Anaxágoras hablaba de “semillas de vida” de las cuales todos los organismos descienden.
Esta idea fue asumida por la Panspermia, que comenzó a tener un mayor rasgo científico por las aportaciones de varios autores como Berzelius (1834), Richter (1865), Kelvin (1871), y Helmholtz (1871), Finalmente alcanzó un nivel más detallado con la ampliamente discutida hipótesis del químico sueco Svante Arrhenius en 1908. Precisamente Arrhenius sugirió que la vida se formó en la Tierra a partir de esporas que pudieron sobrevivir en espacio y se dispersaron de un sistema planetario a otro. Planteando la idea de los componentes de la vida se generaron en algún lugar del universo .

La idea de Arrhenius expone una serie de respaldos observacionales. Sin embargo, experimentos como los de Paul Becquerel, refutaron dichas aseveraciones, señalando que ningún ser viviente podría atravesar el espacio y resistir las rigurosas condiciones que reinan en el vacío (temperatura extremadamente baja, radiación cósmica intensa, por ejemplo) . Por lo que, ni las esporas de las bacterias, ni éstas mismas pueden sobrevivir en condiciones aproximadas a las del espacio. Esto es algo en lo que la mayoría de los científicos están de acuerdo y llegan a la conclusión de que la radiación ultravioleta estelar es capaz de matar a cualquier forma de vida.
Un planteamiento alternativo y más actual de la Panspermia argumenta que no fueron seres vivos o sus esporas los que realizaron el viaje espacial sino los componentes químicos de la vida necesarios para que ésta surja bajo condiciones como las que se encontraban en nuestro planeta hace miles de millones de años. Es decir, esta versión de la Panspermia menciona que las sustancias que dieron origen a los seres vivos No se formaron en la Tierra, como lo platea la teoría de la “Síntesis abiótica”, sino que se originaron en el espacio exterior ya que piensan que el tiempo en la Tierra para que se formaran dichas moléculas precursoras de la vida no fue suficiente, entonces ¿de dónde salieron esas moléculas? Los que apoyan la teoría de la Panspermia dicen que del espacio exterior provinieron las partículas que dieron origen a los seres vivos en la Tierra. Ellos se basan en hechos comprobados tales como que se han detectado compuestos orgánicos en el polvo interestelar, meteoritos, cometas y las atmósferas de Júpiter, Saturno y Titán. Dentro del meteorito Murchison, que cayó el 28 de setiembre de 1969 en Australia, se encontraron 18 aminoácidos formados en el espacio.
La teoría de la Panspermia significa “todo semilla”, o dicho de otra manera, “El universo lleno de semillas de vida”.

Figura 09. La panspermia propone que los componentes esenciales para la vida o incluso formas primitivas de ésta se formaron en alguna parte del universo y llegaron a la Tierra, sembrando la vida.

Conclusión.
Como te habrás dado cuenta son varias las ideas que se han planteado para explicar el origen de la vida en la Tierra y van en concordancia con los aspectos culturales y filosóficos que prevalecen en la época en la que se propusieron, por ello sólo algunas de éstas recurren a los conocimientos científicos y a la comprobación para dar soporte a sus afirmaciones. En ciencia no se puede hablar de verdades absolutas sino de conjeturas con un alto nivel de probabilidad y susceptibles de ser refutadas.

• Tú ¿Qué opinas?

Actividades para después de leer el texto.

ACTIVIDAD I.

Instrucciones. Elabora un Mapa Conceptual, en un cartulina o pliego de papel bond, en el que incluyas los conceptos principales de este documento y los ordenes jerárquicamente.


ACTIVIDAD II.

Instrucciones. Contesta, en tu libreta de notas, el siguiente cuestionario. Realiza esta actividad en equipo. Sin embargo, cada integrante deberá contar con el cuestionario resuelto en su cuaderno de apuntes.

1. ¿Qué nombre recibe la teoría de Oparin-Haldane que explica el origen de la vida?

2. ¿Cuáles fueron los componentes químicos de la atmósfera secundaria?

3. ¿Recuerdas en qué consiste la OXIDACION y en qué consiste la REDUCCION?

4. ¿Por qué se dice que la atmósfera primitiva tenía una naturaleza química reductora?

5. ¿Cuáles fueron las fuentes de energía que propiciaron la evolución química que antecedió al origen de la vida?

6. ¿Cuál fue la importancia biológica de las reacciones de CONDENSACION también llamadas de POLIMERIZACIÓN?

7. Explica ¿qué es lo que se prueba con el experimento de estos dos científicos?

8. ¿Por qué fue importante la aparición de una membrana que delimitara un medio interno para la parición de la vida? Recuerda que los seres vivos son sistemas abiertos.

9. Menciona ¿qué es un coacervado y una microesférula?

10. ¿Cuáles debieron ser las características de los primeros organismos?

11. ¿Por qué un coacervado es un sistema polimolecular abierto?

ACTIVIDAD III.


Instrucciones. Elabora un esquema (el cual puede ser un diagrama de flujo o una línea del tiempo) en el que representes, de manera secuencial, las diferentes etapas de la evolución pre-biológica explicadas por la teoría de la Síntesis Abiótica.




Bibliografía.
• Consultado el 22 de abril del 2007 en: http://www.daviddarling.info/encyclopedia/P/panspermia.html



• Lazcano – Araujo, A. 1994. Origen de la vida. Trillas. Pág. 44.
• Sherman y Sherman. 1987. Biología: perspectiva humana. Mc graw hill. Pág. 10.
• Consultado el 22 de abril de 2007, en: http://soko.com.ar/Biologia/Evolucion/Origen%20y%20evoluci%F3n%20de%20los%20seres%20vivos.htm

3 comentarios:

  1. todo aquello critica que sea aga es una farsa
    y aquello ce miramos es mentira

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  2. está pésimo, el supuesto experimento de redi es de spallanzani y el que pusiste de spallanzani es de louis pasteur, se supone que eres profesor?

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