Origen de la vida

Origen de la vida 260px Campo al que pertenece Evolución Principales exponentes Alexander Ivánovich Oparin

Origen de la vida. Uno de los misterios más insondables que ha enfrentado la humanidad es saber cómo se originó la vida, problema particularmente difícil por la inmensidad de tiempo que media entre nuestra época y el período en el cual se formaron las primeras formas de vida. Al tratar de explicar y recrear hechos o fenómenos acaecidos hace muchos millones podemos, con facilidad, equivocarnos, aunque la ciencia, paulatinamente, ha rasgado, parte del velo misterioso que rodea a este cautivante evento.

¿Qué es lo vivo?

Características que distinguen la vida: Los organismos son fundamentalmente diferentes de la materia inerte. Son sistemas ordenados jerárquicamente, con numerosas propiedades emergentes que no se observan nunca en la materia inanimada. Sus actividades están gobernadas por Programas genéticos que contienen información adquirida a lo largo del tiempo.

Los organismos vivos presentan una forma notable de Dualismo: el genotipo y el fenotipo. El genotipo consistente en Ácidos nucléicos. El fenotipo, construido sobre la base de la información aportada por el genotipo, consistente en Proteínas, Lípidos y otras Macromoléculas. No se conoce una dualidad semejante en el mundo inanimado.

Los organismos son el producto de 3 800 millones de años de Evolución y todas sus características reflejan esta historia. Están compuestos por los mismos átomos que la materia inanimada, sin embargo, los tipos de moléculas responsables del desarrollo y funcionamiento de los organismos vivos: ácidos nucléicos, Péptidos, Enzimas, Hormonas, componentes de las membranas, son macromoléculas que no existen en la naturaleza no viva.

Los organismos vivos son sistemas abiertos con capacidades realmente asombrosas y únicas: de evolución; de autorreplicación; de crecimiento y diferenciación siguiendo un programa genético; de metabolismo —captación y liberación de energía—; de autorregulación para mantener el sistema en estado estacionario; de responder a estímulos del ambiente —gracias a la percepción y a los órganos de los sentidos—, de cambio a dos niveles, el del fenotipo y el del genotipo.

Un poco de historia ante el problema del origen de la vida

Los primeros intentos por explicar el origen de la vida se deben a Anaxágoras (500?-430 ane) y posteriormente a Aristóteles (384-322 ane), quienes consideraron que esta surgía, por generación espontánea desde lo inanimado. La vida era algo eterno en el tiempo, no tenía comienzo, y emanaba del “nous”(inteligencia eterna), que era el ente supremo que convertía el caos en orden.

En el Génesis —parte del Pentateuco y primer libro de la Biblia—, la vida es creada por Dios, el tercer día, con las plantas.

En Occidente y después en muchas partes del mundo, por el proceso de evangelización de las potencias coloniales, la creencia en los mitos judeo-cristianos expresados en la Biblia, obstaculizaron, en gran medida, cualquier intento por una explicación científica del origen de la vida hasta mediados del Siglo XIX.

A mediados del siglo XIX se producen tres hechos, de carácter científico, que contribuyeron a re-plantearse el origen de la vida:

• 1) La publicación por Charles Darwin, en 1859, del libro El Origen de las Especies.

• 2) Los experimentos de Pasteur (1860-1862), antecedidos por los de F.Redi (siglo XVII) y L. Spallanzani (siglo XVIII) sobre la imposibilidad de la generación espontánea.

• 3) El concepto de M.J. Schleiden (1863) sobre la atmósfera primigenia anoxigénica (CO2, vapor de agua, metano y amoníaco).

Teorías evolutivas de Darwin

En el libro El origen de las especies en (1859), Charles Darwin estableció 5 importantes teorías acerca de los diferentes aspectos de la evolución variativa:

1. Los organismos evolucionan constantemente a lo largo del tiempo: teoría de la evolución propiamente dicha.

1. Diferentes tipos de organismos descienden de un antepasado común: la teoría de la descendencia común.

1. Las especies se multiplican con el tiempo: teoría de la multiplicación de las especies o especiación.

1. La evolución se produce por cambio gradual de las poblaciones: teoría del gradualismo.

1. El mecanismo de la evolución es la competencia entre gran número de individuos —todos con características únicas— por unos recursos limitados, lo que da lugar a diferencias en la supervivencia y reproducción: teoría de la selección natural.

Los experimentos de Pasteur

Tanto los experimentos de Redi con moscas, como los de Spallanzani con microorganismos, comenzaron a hacer tambalear el edificio de la generación espontánea, y, Pasteur le dió el golpe de gracia al demostrar, fehacientemente, que tampoco las Bacterias surgían de la materia inanimada; la vida surgía de lo vivo.

Esto trajo como resultado el hecho de que una Biogénesis a partir de materiales Abióticos era imposible en una atmósfera rica en oxígeno como la nuestra. Por lo que algún tipo de intervención tuvo que “mediar” en el inicio de la vida y los creyentes como Pasteur mismo lo atribuían a algún poder divino.

La otra atmósfera

Pensando en términos más científicos y racionales, Schleiden postula que no siempre la atmósfera había sido rica en oxígeno y que en las primeras etapas de formación del planeta pudo ser de índole reductora (rica en metano, dióxido de carbono, vapor de agua y amoníaco entre otros gases), por lo que un proceso de biogénesis podía haber sido posible.

La vida implantada

Diversos autores como H. Richter 1865, M. Wagner 1874, Lord Kelvin 1871 y W. Helmholtz 1884, pensaron en los Aerolitos como vehículos que podían transportar gérmenes en estado latente.

Fue S. Arrhenius 1908, con la teoría de la panspermia que considera el origen “exterior” de la vida, es decir procedente del espacio (corpúsculos empujados por rayos luminosos).

La teoría de Oparin

En el año 1922, en la Sociedad Botánica de Moscú, el bioquímico soviético Alexander Ivanovich Oparin, presentó un trabajo en el cual explicaba el origen de la vida a partir de materiales inorgánicos desde una perspectiva evolucionaria y materialista.

Con posterioridad, en 1924, publicó una monografía en ruso sobre el tema.

El núcleo de su teoría consistía en que en una atmósfera anoxigénica (reductora) los primeros sistemas vivientes surgieron cuando se formó, por Coacervación, una membrana alrededor de una o más macromoléculas proteínicas dotadas de Actividad catalítica. En tales “coacervados” o “microesferas” se desarrollaría posteriormente un sistema genético.

La teoría de Haldane

En el año 1929, de forma independiente, y sin conocer los trabajos de Oparin, el evolucionista inglés J.B.S. Haldane, publicó un trabajo sobre el origen de la vida, muy similar, al postulado por Oparin algunos años antes. De ahí que hoy se reconozca la paternidad de ambos autores, con la prioridad del soviético, y la teoría se llame de Oparin - Haldane.

Los experimentos de Miller-Urey

En 1950, y estimulado por la lectura crítica de los trabajos de Oparin y Haldane sobre el origen de la vida, el químico norteamericano Harold C. Urey, de la Universidad de Chicago, encomendó como tarea de tesis de doctorado, a su alumno Stanley Miller, que tratara de recrear el ambiente primigenio terrestre postulado por dicho autores y ver si se formaban macromoléculas orgánicas, precursoras de la vida.

Miller montó una serie de matraces, tubos, llaves y cristalería de destilación con el objetivo de recrear una sopa prebiótica con hidrógeno, dióxido de carbono, metano, vapor de agua, y amoníaco; la bombardeó con descargas eléctricas, Luz ultravioleta y calor, a semejanza del ambiente de la primitiva atmósfera terrestre.

El resultado de estos experimentos fue la formación de una serie de aminoácidos (base de las proteínas) así como, adenina y guanina; no logró, ni en ensayos posteriores, producir citosina, timina y uracilo. No obstante, por la relevancia de lo alcanzado, se consideró como una prueba experimental de la posibilidad de obtener compuestos fundamentales para la vida desde materiales inorgánicos.

Nuevos descubrimientos después de 1924

Con posterioridad a la publicación del libro del académico Oparin, se han producido varios descubrimientos importantes que han motivado a los científicos a buscar explicaciones alternativas al origen de la vida.

Se han descubierto: la Estructura ADN-ARN; el Código genético,la presencia de agua, y aminoácidos en asteroides, cometas y en el polvo cósmico; bacterias en letargo por Hibernación en el Permafrost de Siberia y Alaska con 30 mil años de antigüedad; bacterias en minas de oro de Sudáfrica a 3,5 kms de profundidad que viven a altas temperaturas y consumen óxido de hierro; bacterias primitivas que viven en fuentes hidrotermales (geiseres); organismos extremófilos que viven en ambientes hostiles alrededor de Fumarolas del lecho oceánico profundo.

A lo anterior se suman Estudios paleoclimáticos, realizados por Shapiro y colaboradores en 1987, sobre las atmósferas primigenias terrestres que han aportado nuevas evidencias geoquímicas que modifican la hipótesis original de una atmósfera totalmente anoxigénica y plantean otros escenarios.

Otras teorías

H. J. Müller, alumno del genetista Morgan, ya desde 1929, consideraba contrariamente a Oparin y Haldane, que el gen había aparecido antes que las proteínas.

Basado en sus conocimientos de genética molecular, algunos años después, consideró que la primera forma de vida debió ser un “gen desnudo” ya que una molécula de ácido nucleíco posee la capacidad potencial de vivir gracias a sus facultades rectoras de autorreplicación y de experimentar mutaciones. La adquisición de una membrana limitante y el desarrollo de catalizadores serían acontecimientos posteriores.

En 1960, Orgel y otros autores, consideraron al ARN como precursor y sintetizador de proteínas y ácidos nucleícos y que mucho más adelante en la evolución se formarían las células primitivas.

En 1975, los astrofísicos Hoyle y Wickramasinghe retomaron la hipótesis de la panspermia, pero en este caso, argumentada por los hallazgos de aminoácidos en cometas y de la supuesta improbabilidad de una biogénesis terrestre a partir de las teorías vigentes sobre la formación del Planeta Tierra.

La Teoría de los Cristales

En 1975, Cairn-Smith sugirió la teoría de los cristales. Suscintamente plantea a los cristales como precursores de la vida, por su estructura y la probable capacidad de recibir, tratar y almacenar datos ambientales.

Antes que la célula de “alta tecnología” apareciese en la Tierra, debía haber una estructura precursora de ella, de “baja tecnología”, posiblemente alguna forma de cristal.

La idea de que las primeras formas de vida eran parecidas al cristal no es nueva en sí misma. Se conoce que entre los reinos de lo vivo y no vivo, los cristales representaban el grado más alto de organización estable. La materia inorgánica no es capaz de crear sistemas estables más ordenados que los que se encuentran en los cristales.

Cairn-Smith, que es especialista en la química de las arcillas, postuló que la vida primitiva heredó en su núcleo una estructura cristalina sólida, pero sustituyó su química por lo que más adelante se convirtió en el sistema proteínico ADN-ARN de la vida moderna.

Según este autor, quizás nuestros antepasados más lejanos fueron “fideos moleculares que flotaban en un caldo primordial, quizás, cristales que temblaban rítmicamente en la arcilla húmeda”…

Afirmaba que “se pudiera hacer una lista de las definiciones mínimas indispensables” que tienen que ocurrir antes de que a una entidad se la pueda calificar de viva: tiene que haber alguna manera de recibir, tratar y almacenar datos ambientales: dicho de otro modo, una especie de conciencia y memoria toscas deben existir desde el principio; debe haber una capacidad de percibir los daños y repararse; y finalmente, tiene que existir una forma de actividad cíclica.

Consideraciones finales

¿Quiénes surgieron primero los ácidos nucleícos o las proteínas? Si existió un mundo primigenio de ARN, ¿cómo se formó el Uracilo? ¿Actuaron los Ribosomas como catalizadores primigenios? ¿Fue el origen de la vida, caliente, como se desprende de Oparin-Haldane-Urey-Miller? ¿O menos caliente de acuerdo con Cairn-Smith y sus arcillas? ¿Fue la vida implantada desde el espacio? ¿Surgió en el fondo de los océanos, alrededor de las fumarolas? ¿O en los geiseres?

La XI Conferencia Mundial sobre el Origen de la Vida que se celebró en Orleans, Francia en Julio de 1996 consideró —firmada por más de 300 científicos— que sin las moléculas de ADN y ARN (los ácidos nucleícos que portan la herencia), la vida no habría emergido en nuestro planeta, ni en otros mundos cuyos habitantes se cimentaran en la química del carbono que conocemos”

El problema no es tan sencillo, aún faltan muchos “cabos” por atar en el problema del origen de la vida.

Lo que sí se sabe es que en algún momento, casi inmediato al salvaje bombardeo de Meteoritos que sufrió el planeta en sus primeros 600 millones de años, alrededor de 4 000 millones años atrás, la vida surgió.

Fuente

• Alayón García, Giraldo. 2010. El Origen de la Vida. Museo Nacional de Historia Natural. La Habana, Cuba.