Teorías del origen de la vida.

Teorías del origen de la vida.

 Creacionismo.

Atribuye la existencia de la vida a una “fuerza creadora” desconocida. Esta idea surgió quizá del hombre primitivo y se reforzó en las primeras culturas, como la egipcia o la mesopotámica. La teoría creacionista considera que la vida, al igual que todo el Cosmos, se originó por la voluntad creadora de un “ser divino”.

Teoría de la panspermia.

A principios del siglo xx, el científico llamado Svante Arrhenius propuso que la vida había llegado a la Tierra en forma de bacterias, procedente del espacio exterior, de un planeta en el que ya existían. Aunque a esta teoría se le pueden poner dos objeciones:

·         No explica cómo se originó la vida en el planeta de donde provienen las “bacterias”.

·         Sería imposibles que cualquier forma de vida puede atravesar la atmósfera de la Tierra sin quemarse debido a que se ha comprobado que cuando penetran el planeta se alcanzan elevadas temperaturas.

Teoría de la generación espontánea o abiogénesis.

“Esta hipótesis plantea la idea de que la materia no viviente puede originar vida por sí misma”.

Aristóteles pensaba que algunas porciones de materia contienen un "principio activo" y que gracias a él y a ciertas condiciones adecuadas podían producir un ser vivo. Este principio activo se compara con el concepto de energía, la cual se considera como una capacidad para la acción. Según Aristóteles, el huevo poseía ese principio activo, el cual dirigir una serie de eventos que podía originar la vida, por lo que el huevo de la gallina tenía un principio activo que lo convertía en pollo, el huevo de pez lo convertía en pez, y así sucesivamente.  También se creyó que la basura o elementos en descomposición podían producir organismos vivos, cuando actualmente se sabe que los gusanos que se desarrollan en la basura son larvas de insectos. 

Esta hipótesis fue aceptada durante muchos años y se hicieron investigaciones alrededor de esta teoría con el fin de comprobarla. Uno de los científicos que realizó experimentos para comprobar esta hipótesis fue Jean Baptiste Van Helmont, quien vivió en el siglo XVII. quien realizó un experimento con el cual se podían, supuestamente, obtener ratones y consistía en colocar una camisa sucia y granos de trigo por veintiún días, lo que daba como resultado algunos roedores. El error de este experimento fue que Van Helmont sólo consideró su resultado y no tomo en cuenta los agentes externos que pudieron afectar el procedimiento de dicha investigación. Si este científico hubiese realizado un experimento controlado en donde hubiese colocado la camisa y el trigo en una caja completamente sellada, el resultado podría haber sido diferente y se hubiese comprobado que lo ratones no se originaron espontáneamente sino que provenían del exterior

 

Experimento de van Helmont

Platón o Aristóteles creyeron en la generación espontánea, y aceptaron la aparición de formas inferiores de vida a partir de “materia no viva”. Se basaban en la observación natural de la carne en descomposición, de la que al cabo de unos días, surgían gusanos e insectos.

Francesco Redí (1626-1698) fue un médico italiano que se opuso a la teoría de la generación espontánea y demostró que en realidad esos gusanos que aparecían, eran las larvas de moscas que habían depositado sus huevos previamente. Para demostrar su teoría, en 1668 diseñó unos sencillos experimentos, que consistieron en colocar pequeños trozos de carne dentro de tres frascos de vidrio. A uno de los frascos lo tapo hermeticamente, a otro lo dejo abierto, y al tercero lo cubrió con una gasa. Unos días después, la carne que quedó al descubierto tenía moscas, huevos y larvas.La carne en los otros dos frascos estba podrida y olía mal, pero no habia sobre ella ninguna forma de vida macroscópica. Sobre la gasa del tercer recipiente encontró huevos que habían dejado las moscas. 
A pesar de los claros resultados de Redi, las discusiones continuaron casi 200 años más. el descubrimiento de los microorganismos, descriptos por primera vez por Anton Van Leeuwenhoek en el año 1674, dio nuevas ideas a quienes apoyaban la generación espontánea. Estos científicos sostenían que a partir de los caldos nutritivos podían desarrollarse formas de vida muy simples. los caldos nutritivos eran agua con nutrientes disueltos, que se realizaban en ese momento. El nombre que en la actualidad usan los científicos es "medio de cultivo". Hoy en día sabemos que los medios de cultivo deben esterilizarse antes de realizar cualquier tipo de actividad experimental ya que, de lo contrario, los microorganismos que están en el ambiente utilizarán esos nutrientes para crecer. Pero en aquella época se desconocían las técnicas de esterilización.

En la misma época, Anton Van Leeuwenhoek (1632-1723), un comerciante holandés con una gran afición por pulir lentes, estaba construyendo los mejores microscopios de su época, y realizó las primeras observaciones reconocidas de microorganismos, a los que él denominaba “animáculos”.

En 1745, el clérigo inglés John T. Needham (1713-1781), un investigador vitalista intentó, a pesar de los resultados obtenidos por Redi, demostrar la veracidad de la generación espontánea. Para ello realizó unos experimentos que consistieron en hervir caldos nutritivos durante dos minutos, para destruir los microorganismos que en ellos hubiera (ese tiempo de ebullición no es suficiente para matar a todos los microorganismos). A los pocos días volvían a aparecer pequeños microorganismos que, por tanto, debían haberse creado “espontáneamente”.

Lázaro Spallanzani (1726-1799), un naturalista italiano, no aceptó las conclusiones de Needham. En 1765 preparó ”caldos” en distintas vasijas de cristal con boca alargada (similar a un matraz aforado) y los sometió a ebullición prolongada. Unas vasijas las dejó abiertas, mientras que otras las tapó herméticamente. Cuando calentaba un caldo en un frasco abierto, se observaba que al cabo de un tiempo aparecían microorganismos, mientras que cuando lo hacía en frascos cerrados, éstos no aparecían.

Los resultados de Spallanzani no convencieron a Needham y sus partidarios, quienes alegaron que el calor excesivo destruía la vida y que los resultados de Spallanzani, únicamente demostraban que la vida se encontraba en el aire y que sin él no podía surgir (en los experimentos de Needham, los matraces estaban abiertos). Spallanzani repitió el experimento, hirviendo durante dos horas sus caldos, pero cometió el error de dejarlos semi-tapados como Needham acostumbraba a hacer, por lo que al observarlos después de unos días encontró que todos los caldos se habían contaminado con microorganismos que procedían del aire. Al considerarse que las pruebas no eran concluyentes, el problema quedo sin decidirse otros 100 años, en los que la controversia continuó, hasta que en 1859, la “Academia francesa de Ciencias” ofreció un premio a quien pudiera demostrar, con suficientes pruebas, si existía o no la generación espontánea.

El premio lo ganó Louis Pasteur (1822-1895) quien a pesar de su juventud, en aquella época ya era un reconocido químico-biólogo. Mediante una serie de serie de sencillos pero ingeniosos experimentos, obtuvo unos resultados irrefutables, que derrumbaron una idea (la “generación espontánea") que había durado casi 2.500 años. A partir de entonces se considera indiscutible que todo ser vivo procede de otro (Omne vivum ex vivo), un principio científico que sentó las bases de la teoría germinal de las enfermedades y que significó un cambio conceptual sobre los seres vivos y el inicio de la Bacteriología moderna.

Experimento de Pasteur

La Tierra primitiva

Hace unos 4.600 millones de años, cuando se formó nuestro planeta, las condiciones eran muy distintas a las que hoy conocemos. El planeta Tierra era una masa de roca fundida que se encontraba a una temperatura cercana a 1.500°C. A estas elevadas temperaturas, los materiales que la formaban se encontraban fundidos, es decir, en estado líquido. Los elementos más pesados, como el hierro y el níquel, se sumergieron y llegaron a su centro, y de esta manera dieron origen al núcleo. Los elementos más livianos, como el sílice, el magnesio, el aluminio y el oxígeno, se combinaron y formaron lo que hoy conocemos como manto y la corteza terrestre. Su atmósfera estaba formada por gases que hoy en día no están presentes y que resultarían tóxicos para la mayoría de los seres vivos. Los rayos del Sol producían una intensa radiación ultravioleta que alcanzaba la superficie terrestre, sobre la que además impactaban meteoritos, que dejaron numerosos cráteres. Para completar el panorama, también había intensa actividad volcánica debido a que las rocas se encontraban fundidas por la elevada temperatura. Esto último, resultaría clave para la formación de los primeros seres vivos.

Teoría de Oparín: teoría quimiosintética.

El soviético A. I. Oparin y el inglés J. B. S. Haldane publicaron (en 1924 y 1929, respectivamente) trabajos independientes acerca del origen de la vida. El modelo de Oparín propone que los primeros seres vivos se originaron por la combinación de diferentes moléculas orgánicas. Para llegar a esta conclusión, sostuvo que la atmósfera primitiva no poseía oxígeno, y estaba formada por los gases hidrógeno, metano, vapor de agua, dióxido de carbono, nitrógeno y amoníaco.

En la Tierra primitiva llegaban en su totalidad los rayos solares y había gran cantidad de tormentas eléctricas con descargas. Tanto los rayos como las descargas brindaron la energía necesaria para que los gases de la atmósfera reaccionaran entre ellos originando las primeras moléculas orgánicas sencillas.

Lentamente, luego de millones de años, la temperatura del planeta comenzó a descender, lo que provocó que el vapor de agua que se encontraba en la atmosfera primitiva se condensara y precipitara. Dicha precipitación de agua líquida sobre la superficie terrestre habría formado los océanos primitivos. Las moléculas orgánicas sencillas de la atmósfera habrían sido “arrastradas” por la acción de las lluvias, formando parte de las grandes masas de agua. A partir de estas moléculas orgánicas sencillas se habrían formado moléculas cada vez más complejas, que habrían sido las primeras biomoléculas. Así, se habrían originado los primeros monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos y nucleótidos. A su vez, estas biomoléculas pequeñas, o monómeros, se habrían unido formando cadenas, o polímeros, como las proteínas. A esta enorme masa de agua que contenía gran cantidad de moléculas orgánicas sencillas y biomoléculas, Oparín le dio el nombre de caldo primitivo. Este caldo primitivo habría sido fundamental para la aparición de agregados moleculares muy simples (agrupación de moléculas que funcionan como un conjunto sin llegar a estar unidas), llamados protobiontes o coacervados. Según la teoría, estas estructuras se habrían vuelto más complejas y adquirido nuevas funciones durante un largo tiempo (aproximadamente 1.000 millones de años), lo que dio origen a las primeras células. Por este motivo, los coacervados son considerados los precursores de las primeras células.

Coacervados

La experiencia de Miller y Urey

 En 1953, Miller y Urey demostraron experimentalmente que esta teoría de Oparin pudo corresponder con lo ocurrido. Para ello, construyeron un dispositivo que constaba de un matraz con agua caliente (el caldo primitivo propuesto por Oparín) que liberaba vapor de agua, el que ingresaba a otro matraz en el que se encontraban los gases que componían la atmósfera primitiva (nitrógeno, metano, amónico, hidrógeno entre otros) y a su vez estaba conectado a dos electrodos que simulaban la intensa radiación UV que azotaba la Tierra en sus inicios. Dentro del matraz con los electrodos ocurrían combinaciones entre los gases,y el vapor de agua seguía su camino arrastrándolas. A medida que salía del matraz se encontraba con las paredes frías de un condensador, que provocaba que el vapor de agua condensara y pasara al estado líquido. El condensador simulaba el descenso de la temperatura del planeta. el agua, ahora en forma líquida, descendía y era recolectada en un recipiente para ser analizada. Al analizar la mezcla al microscópio, Miller encontró que se habían formado aminoácidos, que son las moléculas complejas que componen las membranas de las células actuales. Si en una semana, en esas condiciones, esos fueron los resultados, la formación de los compuestos debió llevar millones de años. Sin embargo, los experimentos de Miller y Urey no llegaron a los primeros seres vivos, ni siquiera a los coacervados.

Formación de los protobiontes o coacervados

Para explicar cómo se formaron los coacervados, Oparín propuso que las biomoléculas que se encontraban en el caldo primitivo, como las proteínas y los lípidos, se habrían agrupado formando una capa continua. Esta etapa se habría cerrado sobre sí misma originando pequeñas esferas huecas que encerraban agua del caldo primitivo en su interior. Estos agregados moleculares, o coacervados, son considerador por la teoría quimiosintética como el paso de transición entre las biomoléculas y las primeras células. No solo habrían tenido una composición química similar a la de los seres vivos, sino que además habrían presentado algunas de sus características.

La envoltura o membrana de los coacervados habría delimitado un medio interno, independiente del exterior. Así se habría creado dentro de ellos un espacio donde ocurrían reacciones químicas diferentes de las que tenían lugar en el caldo primitivo. Por ejemplo, algunas de las biomoléculas simples o monómeros se habrían agrupado para formar nuevos polímeros, como los ácidos nucleicos y el almidón. Estos nuevos polímeros habrían contribuido a que su forma fuera cada vez más compleja.

Otra de las reacciones que debe haber ocurrido en el interior de los coacervados es la descomposición de las moléculas complejas en otras más simples para obtener energía. Es decir, habrían presentado un tipo de metabolismo muy simple. Dicha característica les habría permitido aumentar de tamaño y, como consecuencia, es probable que se fragmentaran y originaran coacervados más pequeños.

La membrana de los coacervados también habría sido fundamental para el intercambio de moléculas con el exterior. Algunas sustancias del caldo primitivo habrían podido atravesarla y así ingresar al interior del coacervado. Otras moléculas habrían podido salir de este hacia el exterior. Sin embargo, este intercambio habría sido desorganizado y mucho menos complejo que el de una célula. Es por eso que los coacervados no habrían podido autorregular su medio interno de manera efectiva.

 Origen de las primeras células

No se sabe a ciencia cierta cómo se formaron las primeras células a partir de los coacervados. Los científicos suponen que este largo proceso llevó aproximadamente 1.000 millones de años. Durante ese tiempo, los coacervados se volvieron cada vez más complejos y fueron adquiriendo nuevas funciones. Las estructuras resultantes de ese largo proceso evolutivo y que tuvieron todas las características de los seres vivos, fueron las primeras células. Estas células debieron de haber sido muy parecidas a las células más simples que existen en la actualidad: las bacterias.

Todas las células poseen material genético, un tipo de ácido nucleico, el ADN, que cumple dos funciones fundamentales para la vida. Por un lado, guarda la información para controlar las reacciones químicas que ocurren dentro de la célula. Por otra parte, tiene la capacidad de hacer copias de si mismo para que esta información sea transmitida a sucesivas generaciones. Es decir, el material genético es indispensable para garantizar la reproducción. Por tal motivo, uno de los pasos fundamentales para la aparición de las primeras células fue la formación de este material genético dentro de los coacervados.

Paralelamente, las membranas de los coacervados se fueron volviendo cada vez más especializadas hasta que lograron regular el intercambio de sustancias. Las membranas tienen una composición química especial, con moléculas que permiten reconocer señales externas y otras que posibilitaron regular el paso de ciertas sustancias. Esto habría permitido una autorregulación interna, que le habrían garantizado cierta estabilidad. La formación de membranas fue el paso previo a la capacidad de responder ante los estímulos externos o irritabilidad.

Finalmente, dentro del coacervado se habrían originado proteínas especializadas, capaces de cumplir funciones específicas dentro de su medio interno y habrían sido las encargadas de llevar a cabo los procesos metabólicos simples. Es decir, con el paso del tiempo habrían adquirido un verdadero metabolismo. 

Evolución de las formas de nutrición de los primeros seres vivos.

Para que las células pudieran cumplir todas sus funciones, necesitaban energía. Se sabe actualmente que las moléculas orgánicas poseen energía acumulada en las uniones entre los átomos de carbono. Cuando se rompen las uniones entre los átomos de las moléculas, la energía se libera y queda disponible. Se cree que los primeros seres vivos, las bacterias, adquirían energía rompiendo moléculas orgánicas que incorporaban del medio externo. Entonces, las primeras células se habrían alimentado de moléculas orgánicas que estaban presentes en el caldo primitivo, por eso eran heterótrofas. Estas primeras células vivían en una atmosfera primitiva sin oxígeno, es decir, no requerían de este gas para poder respirar, eran anaeróbicas. El oxígeno es necesario para la mayoría de los seres vivos actuales, ya que lo utilizan en el interior de sus células para extraer la energía del alimento. Estos organismos que requieren oxígeno para respirar se llaman aeróbicos.

Durante muchísimo tiempo, estas bacterias que se alimentaban de moléculas orgánicas presentes en el caldo primitivo, eran los únicos habitantes en nuestro planeta. con el paso del tiempo, estos organismos sufrieron cambios en la manera en que guardaban la información en su molécula de ADN. Gracias a estos cambios surgieron otras formas de alimentarse. Algunos de ellos lograron fabricar su propia materia orgánica a partir de la energía que obtenían de degradar compuestos inorgánicos. Estos organismos recibieron el nombre de autótrofos quimiosintéticos. Una prueba actual de ello son las bacterias extremófilas, especialmente las que habitan en fuentes hidrotermales y volcanes, que viven y se nutren en condiciones extremas de presión y temperatura. Estas condiciones eran comunes en la Tierra primitiva.

Con el paso del tiempo, durante 3.500 millones de años que transcurrieron desde que apareció la vida, siguieron ocurriendo cambios en las moléculas de ADN, y algunos organismos adquirieron la capacidad de utilizar la luz del sol como fuente de energía para combinar moléculas inorgánicas y formar moléculas orgánicas que serían su fuente de alimento. Es así como surgieron los primeros organismos autótrofos fotosintéticos. Por medio de la fotosíntesis, estos organismos no solo utilizaban los minerales disponibles del medio, sino que también adquirieron la capacidad de utilizar el dióxido de carbono del aire como fuente de carbono para formar las moléculas orgánicas. Como consecuencia de este proceso, estos organismos liberaban oxigeno a la atmósfera. Como estos organismos empleaban dióxido de carbono para formar sus moléculas orgánicas, y liberaban oxigeno, la cantidad de dióxido de carbono en el aire comenzó a descender y la cantidad de oxígeno comenzó a aumentar. Luego de millones de años, la atmosfera se volvió rica en oxigeno y los organismos que utilizaban moléculas orgánicas para alimentarse empezaron a hacerlo en presencia de este gas, y es así como aparecieron los heterótrofos aeróbicos. 

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