Un experimento de los 50 podría demostrar cómo comenzó la vida en la Tierra


DEL QUÍMICO STANLEY MILLER

Un experimento de los 50 podría demostrar cómo comenzó la vida en la Tierra

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MADRID, 21 Mar. (EUROPA PRESS) -

Los relámpagos, la actividad volcánica y los gases asociados podrían haber reaccionado entre sí para producir los primeros elementos constitutivos de la vida en la Tierra, según los descubrimientos de un estudio de 1958 que nunca llegó a publicarse y que ahora ha sido recuperado por investigadores de la Institución de Oceanografía Scripps en La Jolla (Estados Unidos).

El hallazgo se publica en la edición digital de la revista ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’ (PNAS).

Los científicos, dirigidos por Eric T. Parker, analizaron muestras archivadas de un experimentos que no se había dado a conocer antes realizado por el reconocido químico Stanley Miller, que simulaban las condiciones primitivas de la Tierra al exponer una mezcla de sulfuro de hidrógeno, agua, metano, dióxido de carbono y gas amoniaco para calentar descargas eléctricas similares a los relámpagos.

Las técnicas de análisis químico modernas, que son hasta 1.000 veces más sensibles que los métodos de investigación de los 50, detectaron los aminoácidos que contenían sulfuro, aminoácidos con proteínas y sin ellas y otros componentes en los residuos de la prueba original de Miller. Sólo se detectó una contaminación mínima.

El estudio con 53 años de antigüedad marca la síntesis más primitiva de aminoácidos de sulfuro procedentes de experimentos de descargas eléctricas que intentaban recrear el ambiente primitivo.

Una vez que los componentes complejos se formaron bajo las condiciones naturales presentes en los tiempos ancestrales, el agua de lluvia pudo haberse distribuido en áreas de marea en las que pudieron pasar por cambios posteriores.

Los autores también estudiaron dos meteoritos con base de carbono, cada uno con concentraciones de aminoácidos similares a las sintetizadas por Miller.

Según los investigadores, estos descubrimientos sugieren que el sulfuro de hidrógeno, en particular, jugó un importante papel en las reacciones químicas que fueron las precursoras del origen de la vida sobre la Tierra y posiblemente en cualquier otro lugar en los inicios del sistema solar.

El origen de la vida
142fc496eac1104b24ae30fdcb1cffa1.5579241771Hace cuatro mil millones de años la Tierra era una bola incandescente con la superficie apenas cubierta por una leve costra continuamente destrozada por la frecuente caída de los meteoritos que en aquella época aún poblaban el sistema solar.
Ninguna forma de vida actual hubiera sido capaz de sobrevivir en su superficie, pero en aquel caos continuo provocado por constantes erupciones volcánicas, geíseres y bombardeo de meteoritos y rayos cósmicos, se encontraban presentes todos los elementos necesarios para la vida.
En los lugares donde la corteza terrestre había tenido tiempo de solidificarse y enfriarse algo se podían llegar a producir precipitaciones de lluvia formando charcas y lagos de un líquido que no era agua precisamente, sino una mezcla de agua, amoníaco, metano, ácidos y sales en suspensión. Más adelante se unieron a esta atmósfera gases como monóxido y dióxido de carbono y nitrógeno.
Todo ello, con el continuo aporte de energía por parte del sol y la temperatura interna del planeta, producía reacciones químicas que generaban moléculas de un cierto grado de complejidad como formaldehído, ácido prúsico, glicinas y alcoholes.
También se formaban otras muchas substancias complejas pero en mucha menor proporción, y con el tiempo la atmósfera primitiva contuvo ingentes cantidades de moléculas complejas.
Primeras moleculas complejas.

Poco después ya no teníamos un caldo de átomos, sino un caldo de moléculas de bastante complejidad.

Los sucesivos hervores, las erupciones volcánicas, las descargas eléctricas de los rayos bombardeando ese caldo de moléculas hicieron que de vez en cuando muchas de estas moléculas fueran destruidas pero también hizo que se formaran, por azar, algunas moléculas más complejas.
El aporte energético era tan grande que las sustancias simples tendían a reagruparse con tanta o más rapidez que las complejas en destruirse, por eso a lo largo de millones de años el caldo fue conteniendo cada vez una mayor proporción de sustancias complejas.
Pero por muy complejas que fueran esas moléculas seguían siendo moléculas inertes, hubieron de pasar cientos de millones de años de experimentos para que por azar surgiera una molécula capaz de autoreplicarse.
Durante casi mil millones de años se había preparado un complejo caldo de cultivo y en ese caldo aquella primera molécula autorreplicantes tuvo alimento y energía suficientes para reproducirse durante cientos de generaciones, hasta cubrir la totalidad de la extensión de los mares.
Eran trillones de moléculas en todo el mundo intentando reproducirse dos o tres veces al día. Casi todas esas replicaciones eran correctas, pero había fallos, quizás una de cada mil replicaciones.
De esos fallos la mayor parte eran inviables pero unos pocos, quizás uno cada cien millones de errores, provocaban una molécula que también era capaz de autoreplicarse. Pero era una molécula distinta, no mejor ni peor, pero en determinadas condiciones podía ser más fuerte, más estable, o más capaz de replicarse sin errores.
Cuando una molécula tenía una cierta ventaja tendía a reproducirse más, por eso las moléculas que aprovechaban mejor alguna característica de su entorno, que eran más fuertes o estables, o que se reproducían con más eficiencia acababan sustituyendo a las más simples y frágiles.
Así fue como comenzó la evolución de las especies, aunque sólo había una única molécula (aún no ser vivo) evolucionando.
Millones, billones, trillones de experimentos más tarde, surgió una molécula capaz de rodearse de una membrana dando lugar a la primera célula procariota.
Celula Pocariota.

Mucho más capaz que las moléculas autoreplicantes que poblaban el planeta, la primera célula procariota se reprodujo una y otra vez produciendo la segunda explosión demográfica de la historia.(la primera ocurrió cuando las células se complejiza ron y se reprodujeron en el mar).

Seguían siendo células procariotas, es decir, simple material genético envuelto en una membrana, tal como lo que hoy en día es el núcleo de una célula.
Pero su grado de complejidad produjo dos efectos contrapuestos. Por un lado la célula era tan compleja que distintas partes de la molécula actuaban en condiciones diferentes lo que hacía que fuera más adaptable a su entorno.
Por otro su complejidad producía errores de replicación con más frecuencia que en el caso de las moléculas. La mayor parte de estos fallos provocaban la destrucción de la célula, pero otros fallos suponían pequeños cambios en su diseño.
A veces ese cambio suponía una ventaja, otras veces era un cambio perjudicial y en ocasiones era totalmente neutro. Con el tiempo llegó a haber muchas versiones diferentes de la célula original, cada una con diferentes probabilidades de supervivencia en diferentes entornos.
En aquella época había millones de hábitats posibles, algunas células eran más capaces de sobrevivir en unos que en otros lo cual llevó a la primera especialización de la vida, distintos hábitats y distintas células pintando los colores del primer cuadro de la vida en la Tierra.
Había células capaces de tomar determinados compuestos y convertirlos en aminoácidos. Otras podían usar la energía del sol para fabricar azúcares. Otras células, en fin, podían ensamblar los aminoácidos para fabricar proteínas.
La actividad de cada célula era inconsciente y caótica, pero lo que hacía cada una era dirigirse a los lugares donde podía sobrevivir mejor. Los desechos de unas podían servir de alimento a las otras, era inevitable que al cabo de poco tiempo surgieran agrupaciones de dos o más células procariotas para formar una colonia con mayores posibilidad de supervivencia que las que tenían cada una por separado.
Algunas de esas colonias llegaron a encerrarse en una nueva membrana dando lugar a las primeras células eucariotas.
Celula eucariota.

De toda aquella producción de células extrañas e inviables, las que no tenían posibilidades de supervivencia eran destruidas de inmediato, pero de vez en cuando surgía una combinación que tenía más posibilidades de supervivencia que sus congéneres.

Estas células competían con ventaja contra sus antecesoras más simples y en pocas generaciones eran capaces de acabar con su anterior supremacía.
La reproducción de aquellas primeras células seguía siendo delicada y se producían errores con bastante frecuencia.
A veces unos componentes de la célula empezaban a replicarse antes que otros, lo que llevaba a la destrucción de la misma.
Otras veces la célula mezclaba los cromosomas de distintos componentes de la célula y de ello salía algo totalmente distinto, una mutación.
Casi siempre las mutacioes llevaban a la destrucción de las células pero algunas mutaciones eran capaces de seguir sobreviviendo y hasta de reproducirse generando una variedad diferente de la célula original.
A veces se producían mutaciones beneficiosas, y eso hizo que las células descendientes fueran más capaces de sobrevivir que sus antecesoras.
Con el tiempo se formaron células muy complejas, algunas de tamaños inusitados para nuestra experiencia, se han encontrado células fosilizadas que podían medirse ¡en centímetros!.
La vida había estallado.
Experimentos relacionados con el origen de la vida
Experimento de miller-urey
El experimento de Miller y Urey1 2 representa la primera demostración de que se pueden formar espontáneamente moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas simples en condiciones ambientales adecuadas.3 4 Fue llevado a cabo 1952 por Stanley Miller y Harold Clayton Urey en la Universidad de Chicago.
El experimento fue clave para apoyar la teoría del caldo primordial en el origen de la vida.5 6
Según este experimento la síntesis de compuestos orgánicos, como los aminoácidos, debió ser fácil en la Tierra primitiva. Otros investigadores –siguiendo este procedimiento y variando el tipo y las cantidades de las sustancias que reaccionan- han producido algunos componentes simples de los ácidos nucleicos y hasta ATP
Esta experiencia abrió una nueva rama de la biología, la exobiología. Desde entonces, los nuevos conocimientos sobre el ADN y el ARN, el descubrimiento de condiciones prebióticas en otros planetas y el anuncio de posibles fósiles bacterianos encontrados en meteoritos provenientes de Marte (como el ALH 84001), han renovado la cuestión del origen de la vida.

EL ORIGEN DE LA VIDA


La explicación de cómo se originó la primera forma de vida radica en conocer la organización y funcionalidad de la materia viva más sencilla, pequeña y antigua, es decir, el origen de las bacterias más antiguas en nuestro planeta, para lo cual nos iremos planteando algunas preguntas.

1. ¿Cómo está organizada la materia viva?

La materia en el universo se organiza a partir de partículas muy pequeñas como los electrones, protones y neutrones, estos a su vez constituyen a los átomos los cuales se agrupan y enlazan dando origen a las moléculas o compuestos, los que también se agrupan y enlazan formando asociaciones supramoleculares que cumplen funciones biológicas como los ribosomas y las membranas, así éstas últimas estructuras forman a las células, primera forma de vida.

Luego las células formaran a los tejidos, éstos a los órganos hasta constituir a los organismos pluricelulares.

2. ¿Cuáles son los cambios que ocurren en la materia viva?

Los cambios que experimenta la materia viva son cambios físico-químicos llamados metabolismo (rutas de auto organización y auto regulación). También reaccionan al medio ambiente (adaptación y selección).

Por último, se auto conservan a través de la reproducción, en la cual se observa al paso del tiempo nuevas características que determina la variabilidad de la materia viva (evolución).

3. ¿Hace que tiempo se originó la materia viva?

Para ello se emplea la teoría geoquímica en el estudio de las rocas antiguas y se efectúan simulaciones de laboratorio y por medio de ordenadores (experimentos que se denominan in silico).
Uno de los puntos centrales es determinar la disponibilidad de elementos y moléculas esenciales, en especial metales, puesto que son indispensables como cofactores en la bioquímica actual, así como su estado redox en las distintas localizaciones.

Asimismo, es esencial datar las primeras manifestaciones de la vida para aproximar el lapso de tiempo en el que estamos buscando. Según las evidencias actuales, la vida debió aparecer tras el enfriamiento del planeta que siguió al bombardeo intenso tardío, hace unos 4.000 millones de años.[

4. ¿Cuáles fueron las condiciones ambientales en el origen de la materia viva?

Existen dos isótopos estables del carbono, C12 y C13, siendo estables sus abundancias relativas en la atmósfera. Cuando se incorpora CO2 por un sistema biológico, este prefiere el isótopo más ligero, enriqueciendo las rocas carbonatadas por el otro isótopo.La prueba de una aparición temprana de la vida viene del cinturón supracortical de Isua en Groenlandia occidental y formaciones similares en las cercanas islas de Akilia.
El carbono que forma parte de las formaciones rocosas tiene una concentración de δ13C elemental de aproximadamente −5,5, lo que debido a que en ambiente biótico se suele preferir el isótopo más ligero del carbono,12C, la biomasa tiene una δ13C de entre −20 y −30.
Estas «firmas» isotópicas se preservan en los sedimentos y Mojzis ha usado esta técnica para sugerir que la vida ya existió en el planeta hace 3.850 millones de años.
Lazcano y Miller (1994) sugieren que la rapidez de la evolución de la vida está determinada por la tasa de agua recirculante a través de las fumarolas submarinas centro oceánicas. La recirculación completa lleva 10 millones de años, por ello cualquier compuesto orgánico producido por entonces podría ser alterado o destruido por temperaturas que excedan los 300 °C. Ambos estiman que el desarrollo a partir de un genoma de 100 kilobases de un heterótrofo primitivo de ADN/proteínas hasta la generación de un genoma de 7.000 genes de una cianobacteria filamentosa hubiera requerido sólo 7 millones de años
La acreción y formación de la Tierra tuvo que haber tenido lugar en algún momento hace 4.500 a 4.600 millones de años, según diferentes métodos radiométricos. La diferenciación del manto terrestre, a partir de análisis de la serie samario/neodimio en rocas de Isua Groenlandia, pudo haber sido bastante veloz, tal vez en menos de 100 millones de años.
Posteriores estudios confirman esta formación temprana de las capas de silicatos terrestres. Se ha sugerido que los océanos podrían haber aparecido en el eón Hadeico tan pronto como 200 millones de años después de la formación de la Tierra, en un ambiente caliente (100 °C) y reductor y con un pH inicial de 5,8 que subió rápidamente hacia la neutralidad.
Esta idea ha sido apoyada por Wilde quien elevó la datación de los cristales de zircón encontrados en cuarcitas metamorfizadas del terrane de gneis del Monte Narryer, en Australia occidental, del que previamente se pensaba que era de 4.100 – 4.200 millones de años a 4.402 millones de años.
Otros estudios realizados más recientemente en el cinturón de basalto de Nuvvuagittuq, al norte de Quebec, empleando neodimio-142 confirman, estudiando rocas del tipo falsa anfibolita (cummingtonita-anfibolita), la existencia muy temprana de una corteza, con una datación de 4.360 millones de años. Esto significa que los océanos y la corteza continental existieron dentro de los 150 primeros millones de años tras la formación de la Tierra. A pesar de esto, el ambiente hadeico era enormemente hostil para la vida.
Se habrían dado frecuentes colisiones con grandes objetos cósmicos, incluso de más de 500 kilómetros de diámetro, suficientes para vaporizar el océano durante meses tras el impacto, lo que formaría nubes de vapor de agua mezclado con polvo de rocas elevándose a elevadas altitudes que cubrirían todo el planeta.
Tras unos cuantos meses la altitud de esas nubes comenzaría a disminuir, pero la base de la nube continuaría aún estando elevada probablemente durante los siguientes mil años, tras lo cual comenzaría a llover a una altitud más baja.

Durante 2.000 años las lluvias consumirían lentamente las nubes, devolviendo los océanos a su profundidad original sólo 3.000 años tras el impacto.

5. ¿Qué evidencias existen sobre el origen y evolución de la materia viva?


Una vez desechada la generación espontánea, la cuestión del origen de la vida se retrotraía a intentar explicar el origen de la primera célula. Los conocimientos de la astronomía y el origen del sistema solar permitían plantear hipótesis sobre las condiciones en que surgió la materia viva.
Simultáneamente, Oparin y Haldane elaboraron una serie de hipótesis estableciendo, a partir de estas posibles condiciones, la secuencia probable de acontecimientos que originarían la vida.
En 1924 Aleksandr Ivanovich Oparin demostró experimentalmente que el oxígeno atmosférico impedía la síntesis de moléculas orgánicas que son constituyentes necesarios para el surgimiento de la vida.
Según el profesor Loren S. Graham en su ensayo Science, philosophy, and human behavior in the Soviet Union. New York: Columbia University Press, Oparin recibió el impulso para comenzar sus investigaciones en un intento de demostrar el materialismo dialéctico en el contexto de la guerra fría en la antigua Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas.
En su obra El origen de la vida en la Tierra, Oparin exponía una teoría quimiosintética en la que una «sopa primitiva» de moléculas orgánicas se pudo haber generado en una atmósfera sin oxígeno a través de la acción de la luz solar.
Éstas se combinarían de una forma cada vez más compleja hasta quedar disueltas en una gotita de coacervado.
Estas gotitas crecerían por fusión con otras y se reproducirían mediante fisión en gotitas hijas, y de ese modo podrían haber obtenido un metabolismo primitivo en el que estos factores asegurarían la supervivencia de la «integridad celular» de aquellas que no acabaran extinguiéndose.
Muchas teorías modernas del origen de la vida aún toman las ideas de Oparin como punto de partida.
El mismo año J. B. S. Haldane también sugirió que los océanos prebióticos de la tierra, muy diferentes de sus correspondientes actuales, habrían formado una «sopa caliente diluida» en la cual se podrían haber formado los compuestos orgánicos, los constituyentes elementales de la vida. Esta idea se llamó biopoesis, es decir, el proceso por el cual la materia viva surge de moléculas autorreplicantes pero no vivas.

El químico norteamericano Cyril Ponnamperuma, de la Universidad de Maryland, encontró fósiles moleculares de 3.800 millones de años de edad.

Según declaraciones del citado científico dichos fósiles son tan similares a las células vivas que “la vida probablemente es tan antigua como la Tierra; estábamos procurando encontrar en la roca primitiva indicios de sopa o magma original y en cambio encontramos moléculas complejas”.

Carl Woese, de la Universidad de Illinois, también manifestó que la vida en la Tierra prácticamente coincidió con el nacimiento del planeta. Woese dijo que minúsculas gotas de agua polvorientas que se elevaran a la superficie terrestre podrían haber absorbido elementos químicos con gran rapidez haciendo que se produjera el nacimiento de la vida.

6. ¿De qué manera podemos demostrar la organización y cambio de la materia viva?

Los experimentos, que comenzaron en 1953, fueron llevados a cabo por Stanley Miller bajo condiciones simuladas que recordaban aquéllas que se pensaba que habían existido poco después de que la Tierra comenzara su acreción a partir de la nebulosa solar primordial.

Los experimentos se llamaron «experimentos de Miller». El experimento original de 1953 fue realizado por Miller cuando era estudiante de licenciatura y su profesor Harold Urey. El experimento usaba una mezcla altamente reducida de gases (metano, amoníaco e hidrógeno).
No obstante la composición de la atmósfera terrestre prebiótica aún resulta materia de debate. Otros gases menos reductores proporcionan una producción y variedad menores. En su momento se pensó que cantidades apreciables de oxígeno molecular estaban presentes en la atmósfera prebiótica, y habrían impedido esencialmente la formación de moléculas orgánicas.
No obstante, el consenso científico actual es que éste no era el caso. El experimento mostraba que algunos de los monómeros orgánicos básicos (como los aminoácidos) que forman los ladrillos de los polímeros de la vida moderna se pueden formar espontáneamente.

Las moléculas orgánicas más simples están lejos de lo que es una vida autorreplicante completamente funcional, pero en un ambiente sin vida preexistente estas moléculas se podrían haber acumulado y proporcionado un ambiente rico para la evolución química (teoría de la sopa).

En 1930, el mexicano Alonso Herrera realizó experimentos llegando a obtener estructuras semejantes a microorganosmos a los que llamó sulfobios y colpoides. Joaquín Bernal sugirió el desarrollo del proceso en charcos de agua estancada con la participación de partículas de arcilla.

Se ha postulado otras fuentes de moléculas complejas, incluyendo fuentes de origen extraterrestre, estelares o interestelares. Por ejemplo, a partir de análisis espectrales, se sabe que las moléculas orgánicas están presentes en meteoritos y cometas.
En el 2004, un equipo detectó trazas de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH’s) en una nebulosa, siendo la molécula más compleja hasta la fecha encontrada en el espacio.
El uso de PAH’s también ha sido propuesto como un precursor del mundo de ARN en la hipótesis del mundo de PAH’s (PAH world).
Experimentos de Fox: Entre las décadas de los 50 y los 60, Sidney W. Fox estudiaba la formación espontánea de estructuras peptídicas bajo condiciones que posiblemente pudieran haber existido tempranamente en la historia de la Tierra.
Demostró que los aminoácidos podían formar espontáneamente pequeños péptidos. Estos aminoácidos y pequeños péptidos podían haber sido estimulados para formar membranas esféricas cerradas, llamadas microesferas. Fox describió este tipo de formaciones como «protocélulas», esferas de proteínas que podían crecer y reproducirse.
Los experimentos de Joan Oró: El científico español Joan Oró obtuvo en sus experimentos sobre el origen de la vida bases nitrogenadas, que son los elementos fundamentales del ADN.
En 1961 Juan Oró, añadió ácido cianhídrico al caldo primigenio y obtuvo algunas purinas. En 1962, en otro experimento, añadió formaldehído y consiguió la síntesis de dos azúcares, ribosa y desoxirribosa, componentes de soporte de los ácidos nucléicos en el ADN y ARN.
Hipótesis de Eigen: A principios de los años 1970 se organizó una gran ofensiva al problema del origen de la vida por un equipo de científicos reunidos en torno a Manfred Eigen, del instituto Max Planck. Intentaron examinar los estados transitorios entre el caos molecular de una sopa prebiótica y los estados transitorios de un hiperciclo de replicación, entre el caos molecular en una sopa prebiótica y sistemas macromoleculares autorreproductores simples.
En un hiperciclo, el sistema de almacenamiento de información (posiblemente ARN) produce una enzima, que cataliza la formación de otro sistema de información en secuencia hasta que el producto del último ayuda a la formación del primer sistema de información.
Con un tratamiento matemático, los hiperciclos pueden crear cuasiespecies, que a través de selección natural entraron en una forma de evolución darwiniana. Un impulso a la teoría del hiperciclo fue el descubrimiento de que el ARN, en ciertas circunstancias, se transforma en ribozimas (una forma de enzima de ARN) capaces de catalizar sus propias reacciones químicas.
Hipótesis de Wächstershäuser: Fumarolas negras.
Algunas teorías afirman que la vida surgió en las proximidades algún tipo de fuente hidrotermal submarina. Otra posible respuesta a este misterio de la polimerización fue propuesta por Günter Wächtershäuser en 1980, en su teoría del hierro-sulfuro.
En esta teoría, postuló la evolución de las rutas (bio) químicas como el fundamento de la evolución de la vida. Incluso presentó un sistema consistente para rastrear las huellas de la actual bioquímica desde las reacciones ancestrales que proporcionaban rutas alternativas para la síntesis de «ladrillos orgánicos» a partir de componentes gaseosos simples.
Al contrario que los experimentos clásicos de Miller, que dependían de fuentes externas de energía (como relámpagos simulados o irradiación UV), los «sistemas de Wächstershäuser» vienen con una fuente de energía incorporada, los sulfuros de hierro y otros minerales (por ejemplo la pirita).
La energía liberada a partir de las reacciones redox de esos sulfuros metálicos, no sólo estaba disponible para la síntesis de moléculas orgánicas, sino también para la formación de oligómeros y polímeros.
Se lanza por ello la hipótesis de que tales sistemas podrían ser capaces de evolucionar hasta formar conjuntos autocatalíticos de entidades autorreplicantes metabólicamente activas que serían los precursores de las actuales formas de vida.
El experimento tal y como fue llevado a cabo rindió una producción relativamente pequeña de dipéptidos (del 0,4% al 12,5 %) y una producción inferior de tripéptidos (0,003%) y los autores advirtieron que «bajo estas mismas condiciones los dipéptidos se hidrolizaban rápidamente.»
Otra crítica del resultado es que el experimento no incluía ninguna organomolécula que pudiera con mayor probabilidad dar reacciones cruzadas o terminar la cadena (Huber y Wächsterhäuser, 1998).
La última modificación de la hipótesis del hierro-sulfuro fue propuesta por William Martin y Michael Russell en 2002. De acuerdo con su escenario, las primeras formas celulares de vida pudieron haber evolucionado dentro de las llamadas «chimeneas negras» en las profundidades donde se encuentran las zonas de expansión del fondo oceánico.
Estas estructuras consisten en cavernas a microescala que están revestidas por delgadas paredes membranosas de sulfuros metálicos. Por tanto, estas estructuras resolverían varios puntos críticos de los sistemas de Wächstershäuser «puros» de una sola vez:
1. Las microcavernas proporcionan medios para concentrar las moléculas recién sintetizadas, por tanto aumentando la posibilidad de formar oligómeros.
2. Los abruptos gradientes de temperatura que se encuentran dentro de una chimenea negra permiten establecer «zonas óptimas» de reacciones parciales en diferentes regiones de la misma (por ejemplo la síntesis de monómeros en las zonas más calientes, y la oligomerización en las zonas más frías).
3. El flujo de agua hidrotermal a través de la estructura proporciona una fuente constante de «ladrillos» y energía (sulfuros metálicos recién precipitados).
4. El modelo permite una sucesión de diferentes pasos de evolución celular (química prebiótica, síntesis de monómeros y oligómeros, síntesis de péptidos y proteínas, mundo de ARN, ensamblaje de ribonucleoproteínas y mundo de ADN) en una única estructura, facilitando el intercambio entre todos los estadios de desarrollo.
5. La síntesis de lípidos como medio de «aislar» las células del medio ambiente no es necesaria hasta que básicamente estén todas las funciones celulares desarrolladas

Zachary Adam, de la Universidad de Washington en Seattle, afirma que procesos mareales mayores que los actuales, producidos por una luna situada a una distancia mucho menor podrían haber concentrado partículas radiactivas de uranio y otros elementos radiactivos en la marea alta en las playas primordiales donde debieron haber sido los responsables de generar los componentes elementales de la vida.

De acuerdo con los modelos de computación publicados en Astrobiology un depósito de tales materiales radiactivos podría haber mostrado la misma reacción nuclear autosostenida que se encuentra en el yacimiento de uranio de Oklo, en Gabón. Esta arena radiactiva proporciona suficiente energía para generar moléculas orgánicas, como aminoácidos y azúcares a partir de acetonitrilo procedente del agua.
La monazita radiactiva también libera fosfatos solubles en las regiones que se encuentran entre los granos de arena, haciéndolos biológicamente accesibles. Así pues los aminoácidos, azúcares y fosfatos solubles pueden ser producidos simultáneamente, de acuerdo con Adam. Los actínidos radiactivos, que entonces se encontraban en mayores concentraciones, pudieron haber formado parte de complejos órgano-metálicos. Estos complejos pudieron haber sido importantes como primeros catalizadores en los procesos de la vida.

Homoquiralidad: Algunos procesos de la evolución química deberían explicar el origen de la homoquiralidad, es decir, el hecho de que todos los componentes elementales de los seres vivos tienen la misma quiralidad, siendo los aminoácidos levógiros, los azúcares ribosa y desoxirribosa de los ácidos nucleicos son dextrógiros, así como los fosfoglicéridos quirales.

Se pueden sintetizar moléculas quirales, pero en ausencia de una fuente de quiralidad o de un catalizador quiral se forman en una mezcla 50/50 de ambos enantiómeros, a la cual se le llama mezcla racémica. Clark sugirió que la homoquiralidad pudo comenzar en el espacio, puesto que los estudios sobre los aminoácidos del meteorito Murchison mostraron que la L-alanina era dos veces más frecuente que la forma D, y el ácido L-glutámico era 3 veces más prevalente que su contrapartida dextrógira.
Se ha sugerido que la luz polarizada tuvo el poder de destruir uno de los enantiómeros dentro del disco protoplanetario. Noyes ha demostrado que la desintegración beta provocaba la destrucción de la D-leucina en una mezcla racémica y que la presencia de 14C, presente en grandes cantidades en las sustancias orgánicas del ambiente temprano de la tierra, podría haber sido la causa.
Robert M. Hazen ha publicado informes de experimentos realizados en distintas superficies cristalinas quirales que actuaban como posibles lugares de concentración y ensamblaje de monómeros quirales en macromoléculas. Una vez estabilizado el sistema, la quiralidad podría haber sido seleccionada favorablemente por la evolución.
Los trabajos con compuestos orgánicos encontrados en meteoritos tienden a sugerir que la quiralidad es una característica de la síntesis abiogénica, puesto que los aminoácidos actuales son levógiros, mientras que los azúcares son predominantemente dextrógiros.
Autoorganización y replicación: Si se considera, como a menudo sucede, que la autoorganización y autoreplicación son los procesos principales que caracterizan a los sistemas vivos, hay que decir que hay muchos tipos de moléculas abióticas que exhiben estas características en las condiciones adecuadas.
Por ejemplo, Martin y Russel mostraron que la formación de un compartimento distinto del ambiente por membranas celulares y la autoorganización de reacciones redox autocontenidas son los atributos más conservados entre los seres vivos, y esto les lleva a argumentar que la materia inorgánica con estos atributos podrían estar entre los atributos más probables del antepasado común de todos los seres vivos
El mundo de ARN: La hipótesis del mundo de ARN fue enunciada por Walter Gilbert, de Harvard, con base en los experimentos de Thomas Cech (Universidad de Colorado) y Sidney Altman (Yale) en 1980. Sugiere que las moléculas relativamente cortas de ARN se podrían haber formado espontáneamente de modo que fueran capaces de catalizar su propia replicación continua. Otras posibilidades incluyen sistemas de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de sustratos de arcilla o en la superficie de rocas piríticas.

Entre los factores que apoyan un papel importante para el ARN en la vida primitiva se incluye su habilidad para replicar, su habilidad para actuar tanto para almacenar información y catalizar reacciones químicas (como ribozimas); su papel extremadamente importante como intermediario en la expresión y mantenimiento de la información genética (en forma de ADN) en los organismos modernos y en la facilidad de su síntesis química aproximadas de la Tierra primitiva. Se han producido artificialmente en el laboratorio moléculas de ARN relativamente cortas capaces de duplicar a otras.

EVOLUCIÓN CELULAR
Carl Woese (1980) denominó protobionte o progenote al antepasado común de todos los organismos y representaría la unidad viviente más primitiva, pero dotada ya de la maquinaria necesaria para realizar la transcripción y la traducción genética. De este tronco común surgirían en la evolución tres modelos de células procariotas :

• arqueas 
• urcariotas 
• bacterias
Durante un período de más de 2000 millones de años, solamente existieron estas formas celulares, por lo que se puede pensar que se adaptaron a vivir en todos los ambientes posibles y “ensayarían” todos los posibles mecanismos para realizar su metabolismo.
La evolución celular se produjo en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y de los océanos. La teoría más aceptada es que:

1. las primeras células serían heterótrofas anaerobias, utilizarían como alimento las moléculas orgánicas presentes en el medio. Como estas moléculas terminarían por agotarse, podría haber ocurrido una primera crisis ecológica, si no hubiera sido porque en algún momento de la evolución celular…

2. algunas células aprendieron a fabricar las moléculas orgánicas mediante la fijación y reducción del CO2. Se iniciaba así la fotosíntesis, como un proceso de nutrición autótrofa. El empleo del agua en la fotosíntesis como donante de electrones, tuvo como origen la liberación de O2 y por tanto la transformación de la atmósfera reductora en la atmósfera oxidante que hoy conocemos. 
Empezó una revolución del oxígeno que causaría la muerte de muchas formas celulares para las que fue un veneno, otras se adaptarían a su presencia y …

3. algunas células aprendieron a utilizarlo para sus reacciones metabólicas, lo que dio lugar a la respiración aerobia, realizando una nutrición heterótrofa aerobia.

Estas formas celulares tienen organización procariota y son de pequeño tamaño. A partir de ellas, se piensa que evolucionaron las células eucariotas.

El siguiente paso en la evolución celular fue la aparición de las eucariotas hace unos 1.500 millones de años.

Lynn Margulis, en su teoría endosimbiótica propone que se originaron a partir de una primitiva célula procariota, que perdió su pared celular, lo que le permitió aumentar de tamaño, esta primitiva célula un momento dado, englobaría a otras células procarióticas, estableciéndose entre ambos una relación endosimbionte.conocida con el nombre de urcariota. 

Esta célula en algunas fueron las precursoras de los peroxisomas, con capacidad para eliminar sustancias tóxicas formadas por el creciente aumento de oxígeno en la atmósfera. 
Otras fueron las precursoras de las mitocondrias, encargadas en un principio de proteger a la célula huésped contra su propio oxígeno.

Por último, algunas células procariotas fueron las precursoras de los cloroplastos .
De hecho, mitocondrias y cloroplastos son similares a las bacterias en muchas características y se reproducen por división. Poseen su propio ADN y poseen ARN ribosómicos semejantes a los de las bacterias.
La incorporación intracelular de estos organismos procarióticos a la primitiva célula urcariota, le proporcionó dos características fundamentales de las que carecía: 
1. La capacidad de un metabolismo oxidativo, con lo cual la célula anaerobia pudo convertirse en aerobia. 
2. La posibilidad de realizar la fotosíntesis y por tanto ser un organismo autótrofo capaz de utilizar como fuente de carbono el CO2 para producir moléculas orgánicas.

Así mismo, la célula primitiva le proporcionaba a las procariotas simbiontes un entorno seguro y alimento para su supervivencia.
Se trataría de una endosimbiosis altamente ventajosa para los organismos implicados, ventaja que sería seleccionada en el transcurso de la evolución.
En el siguiente dibujo, puede verse esquematizada esta teoría endosimbiótica:

Lyn Margulis de la universidad de Massachusetts elaboró su “Teoría de la endosimbiosis seriada” (SET): en el origen evolutivo de las células eucariotas (con núcleo) se encontraría la asociación (simbiosis) entre diferentes células procariotas – algunas, más grandes, habrían englobado a otras menores, de las cuales un cierto tipo (capaz de utilizar el oxígeno en su metabolismo) habría dado lugar a las mitocondrias, otras (capaces de realizar fotosíntesis) serían precursoras de los cloroplastos, y ciertas células con capacidad de movimiento (semejantes a las espiroquetas) habrían dado lugar a los flagelos y cilios.

Profundizando en la idea de la endosimbiosis, Lynn Margulis propone la “simbiogénesis” como mecanismo evolutivo generador de variación, un mecanismo que podría originar nuevas especies: dos organismos que han evolucionado por separado se asocian en un determinado momento, su asociación resulta beneficiosa en el medio en el que viven y finalmente acaban siendo un único organismo.
Los postulados de Margulis encajan perfectamente en la teoría darwinista de la evolución: los organismos aparecidos por simbiosis serían variedades mejor adaptadas que superan la selección natural.
La teoría de la simbiogénesis resulta revolucionaria y atractiva por muchos motivos, entre otros porque coloca la cooperación entre organismos distintos en el centro del proceso evolutivo.
Las simbiosis son asociaciones entre individuos de diferentes especies que benefician a los dos organismos implicados; la dependencia puede ser tan fuerte que ninguna de las dos especies sea capaz de sobrevivir sin la otra.
El ejemplo más conocido es el de los líquenes: una asociación simbiótica entre alga y hongo, otro ejemplo animales marinos (platelmintos, nematodos) con células de algas alojadas en su piel.

Dato:

Haldane científico que con sus conocimientos en matemáticas y biología le llevaron a dedicarse a la genética de poblaciones y a la matematización de la teoría evolutiva y la selección natural (teoría evolutiva sintética);
después se ocupó de las enfermedades genéticas y las mutaciones en los seres humanos y del origen de la vida (Teoría De Oparin–Haldane).
A pesar de pertenecer a una familia aristocrática, estuvo mucho tiempo afiliado al Partido Comunista. Se exilió en la India, donde trabajó en Calcuta y Orissa y finalmente adoptó la nacionalidad india. Murió en 1964.
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Comments
One Response to “Un experimento de los 50 podría demostrar cómo comenzó la vida en la Tierra”
  1. liliana rodriguez dice:

    La primera teoría coherente que explicaba el origen de la vida la propuso en 1924 el bioquímico ruso Alexander Oparin. Se basaba en el conocimiento de las condiciones físico-químicas que reinaban en la Tierra hace 3.000 a 4.000 millones de años. Postuló que, gracias a la energía aportada primordialmente por la radiación ultravioleta procedente del Sol y a las descargas eléctricas de las constantes tormentas, las pequeñas moléculas de los gases atmosféricos (H2O, CH4, NH3) dieron lugar a unas moléculas orgánicas llamadas prebióticas. Estas moléculas, cada vez más complejas, eran aminoácidos (elementos constituyentes de las proteínas) y ácidos nucleicos. Según Oparin, estas primeras moléculas quedarían atrapadas

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