EL ORIGEN DE LA VIDA, Resumen

ORIGEN DE LA VIDA: EL EXPERIMENTO DE MILLER

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ORIGEN DE LA VIDA: La uniformidad en la composición química y las funciones de los componentes esenciales que forman los seres vivos, así como una serie de reacciones básicas metabólicas destinadas a obtener energía de los alimentos, son comunes en la gran mayoría de los organismos. Esta similitud indica que la vida en la Tierra puede haber tenido un origen común.

Los ácidos nucleicos y las proteínas, son las dos sustancias químicas de vital importancia, que todos los seres vivos organizados compartimos en iguales circunstancias, ya sea desde las arcaicas formas de vida hasta el hombre. Con excepción de algunos virus, el ADN es en los organismos el material hE tarjo, que tiene como función trasmitir las características de cada uno de ellos, de generación en generación. Es aquí donde nos encontramos con el ARN, quien desempeña un papel importante en la genética al tener como misión el traslado de información de los genes de una parte a otra de la célula. 

Sin embargo, pese a que los grados de complejidad son muy heterogéneos entre ellas, la que las iguala son los veinte aminoácidos, cinco bases nitrogenadas y por último el ácido fosfórico que las forman.  Generalmente en sus funciones, es donde presentan similitudes de su composición química, como por ejemplo cuando un organismo necesita obtener energía a partir de los alimentos, las reacciones metabólicas que realizan serán coincidentes.

Tan difícil como definir la vida es fijar su origen.  La cuestión radica a menudo en campos ajenos a los de la biología.  Esta únicamente puede hacerse afirmaciones que se refieran a unos hechos conocidos y aventurar hipótesis y teorías, basándose en todos los datos disponibles hacia esa dirección.  La primera hipótesis y que  se encuentra en sus escritos es la de Aristóteles. La misma afirmaba que la vida había surgido de una manera espontánea y en determinadas condiciones que le fueron favorables para ello.

Sin embargo, hay quienes compartieron estas creencias durante los siglos XVI al SXIII, intentando demostrar mediante ensayos de laboratorio esta generación espontánea de la vida. Estamos hablando de personajes como Copérnico, Bacon, Galileo, Descartes entre otros. El debate de la misma siempre estuvo en manos de aquellos que la defendían y de aquellos que se oponían a tal teoría, cuestión que tuvo su aplacamiento hasta la aparición del francés Louis Pasteur (Siglo XIX). Este científico a través de sus experimentos, demostró que ningún organismo vivo puede existir si no es como descendiente de otros organismos similares.

Pero, sesenta años después, una nueva teoría sobre el origen de la vida sale a la luz.  La teoría de una larga “evolución molecular abiogénica” sobre la tierra.  La misma era sostenida por los científicos A. Oparin y B. Haldane. Estos postulaban que tras un lapso breve, los océanos se convirtieron en un rico caldo primordial de compuestos orgánicos: el caldo primordial, el cual dio origen a ala vida. Según las investigaciones, las sustancias simples que abundaban en los mares primitivos se fueron reuniendo y, con el aporte de energía de la radiación ultravioleta del sol y de las tormentas eléctricas, formaron sustancias complejas. Algunas de ellas eran pocos estables en las condiciones reinantes y por lo tanto se descomponían, mientras que otras más estables permanecían.  Estos compuestos comenzaron a acumularse en el mar primitivo con el paso del tiempo, se asociaron para dar principio a la primera célula. Estas hipótesis durante los años treinta y cuarenta del siglo XX generaron un centro en torno al cual surgieron infinitos debates.

Sin embargo, años más tarde, en 1953, experiencias realizadas por los investigadores estadounidenses Stanley Miller y Harold Urey apoyaron las suposiciones de Oparin.  Según su hipótesis se podría considerar que hubo un proceso de selección natural en la evolución de las sustancias (es decir, una evolución química), al  igual que en la evolución de los seres vivos que se originaron a partir de ese momento.  Para ello Miller construyó un dispositivo que simulasen las condiciones imperantes en la Tierra primitiva.  En el agua se hacían circular sustancias como metano, hidrógeno y amoníaco, y la energía se daba mediante descargas eléctricas.  Este dispositivo contenía un matraz en donde se depositaba el agua a la cual se mantenía hirviendo constantemente, el cual permitiría la circulación de los gases mencionados.  Por lo tanto los productos que se formaban tras las descargas eléctricas (simulación de los rayos) se condensaban a través de un tubo y otro matraz (simulación de los antiguos océanos existentes en tal época).  Después de unos días de funcionamiento, en tal dispositivo se obtuvieron sustancias complejas las cuales pasaron a analizarse.

Este experimento es un indicio de que los componentes de las células pudieron haberse originado en la Tierra primitiva a partir de las sustancias presentes en el mar, de manera espontánea, a lo largo de millones de años.  Ya que los resultados arrojaron un total de cuatro aminoácidos, comunes en la mayoría de las proteínas, urea y varios ácidos grasos simples; los cuales se encuentran comúnmente en una molécula en los seres vivos.

Sin embargo, esta evolución química de la que parte esta hipótesis, le resta un paso siguiente es el de la condensación, para la formación de los primeros aminoácidos, purinas, pirimidinas y azúcares, los cuales formaran moléculas de mayor tamaño dando lugar a la aparición de las proteínas y ácidos nucleicos. Su lado negativo es que la concentración no es sencilla con grandes masas de agua, lo que posibilitaría que posteriormente los mismos hubieran recibido reacciones de deshidratación, lo que sucede por ejemplo si tomamos los grandes océanos. Esta deshidratación produjo la concentración de microsferas proteínicas, facilitadas por la congelación, dentro de pequeñas gotas en la atmósfera, o por absorción dentro de partículas calizas de la superficie del planeta.

 La hipótesis de la condensación fue corroborada por el científico estadounidense Sydney Fox, que demostró cómo, calentando mezclas secas de aminoácidos y luego mezclando los polímeros resultantes con agua, se formaban pequeñas partículas esféricas proteinoides, que presentan ciertos rasgos de un sistema viviente. Son de tamaño comparable al de ciertas bacterias esféricas y presentan una doble doble capa que las separa del exterior; tienen propiedades osmóticas y de transporte selectivo de moléculas. Poseen, asimismo, capacidad para proliferar mediante procesos de gemación, como ciertos tipos de bacterias. Aunque nunca podrá ser probado con todas las garantías, estas formaciones proteínicas, creadas en un laboratorio, podrían ser los antepasados de las primeras células.

Dispositivo semejante al ideado por Miller en 1953, gracias al cual el científico estadounidense pudo reproducir en el laboratorio las condiciones de vida primitivas de la Tierra. El experimento demostró que muchos compuestos que resultan esenciales para la vida se obtienen a partir de gases sencillos, sometidos a la acción de descargas eléctricas y de calor

Dispositivo semejante al ideado por Miller en 1953, gracias al cual el científico estadounidense pudo reproducir en el laboratorio las condiciones de vida primitivas de la Tierra. El experimento demostró que muchos compuestos que resultan esenciales para la vida se obtienen a partir de gases sencillos, sometidos a la acción de descargas eléctricas y de calor

Origen de los sistemas vivientes

A partir de los estudios de laboratorio y de las leyes de la termodinámica se pueden establecer las etapas necesarias para la aparición de la primera célula:

— Formación de polímeros de ARN capaces de replicarse mediante el a miento de bases complementarias.

— Incorporación de los mecanismos necesarios para que las moléculas de ARN puedan regir la síntesis de moléculas proteicas.

— Formación de una membrana de lípidos que determine el aislamiento mezcla de ARN y nuevas proteínas.

— Sustitución como material que codifica la información para la síntesis d teínas, del ARN por el ADN.

— Aparición de los primeros organismos procariontes, hace aproximadamente 3.500 millones de años.

— Transformación de estas células de estructura y funcionalidad sencillas, como las procariotas, en formas eucariotas más evolucionadas, hace aproximadamente 1.000 o 1 .500 millones de años. Estas células eucariotas son las que están presentes en la mayor parte de los animales y las plantas superiores.

— Aparición de los primeros organismos (celentéreos, protoanélidos y protoartrópodos).

Las células son hoy en día sistemas complejos organizados, que poseen una serie de reacciones mediadas por enzimas. Algunas de estas células son capaces de captar la energía del Sol y transformarla en energía química, que se puede almacenar en forma de glucosa, ATP y otras moléculas. Otras aprovechan la energía acumulada en estos enlaces, para crecer, dividirse y mantener su integridad. Todas las características de la vida, como la conversión de energía, la asimilación, la secreción, la excreción, las respuestas a estímulos y la capacidad de reproducción dependen totalmente de las complejas rutas del metabolismo de las células actuales.

Los estudiosos del origen de la vida sostienen que los organismos primitivos eran heterótrofos primarios —de aspecto semejante al género actual de bacterias Clostridium— anaerobios —podían obtener todos sus alimentos directamente del ambiente—. Estas características se mantuvieron hasta que el aporte de nutrientes disponibles en la Tierra empezó a disminuir. A partir de este momento, los organismos que desarrollaron la capacidad de sintetizar los compuestos esenciales tomando como base otros compuestos accesibles adquirieron una serie de ventajas fundamentales con respecto a los que no podían hacerlo. Para la consecución de estas reacciones metabólicas es imprescindible el desarrollo de nuevas enzimas que puedan mediar en las nuevas rutas.

Una vez agotados los nutrientes de la llamada sopa primordial, debido a la proliferación de organismos, el siguiente paso en la evolución de la vida fue la aparición de la fotosíntesis, la capacidad de aprovechar la energía solar para el desarrollo. De esta manera, los organismos heterótrofos pasaron a estar en desventaja frente a los nuevos autótrofos.

De igual manera, la acumulación de oxígeno en la atmósfera, orno consecuencia de la fotosíntesis, determinó la aparición de un metabolismo aerobio u oxidativo. Los primitivos organismos de aspecto de bacteria —procariotas— parecieron hace 3.000 millones de años, entre ellas las cianobacterias, capaces de desprender oxígeno. Posteriormente aparecieron los primeros eucariotas, organismos con núcleo. Según las más avanzadas teorías, surgieron como consecuencia de la unión simbiótica de varios procariotas. Entre ellos se encuentran las algas, los hongos, las plantas y los animales. Su enorme éxito en la evolución puede estar, en gran medida, basado en la variabilidad genética derivada de la reproducción sexual.

PASA SABER MAS...

Dilucidar el misterio del origen de la vida sobre la Tierra es un desafío que atrae a todo el mundo. Y al no disponer de una máquina que nos permita retroceder en el tiempo unos 3.500 millones de años, una buena parte de las hipótesis que se barajan resultan meramente especulativas. Sin embargo, existe cierto consenso dentro de la comunidad científica en lo que respecta al tema.

Todos los expertos coinciden en que los primeros organismos vivos debieron poseer dos propiedades fundamentales. En primer lugar, tenían que almacenar información para transmitirla de una generación a otra, para lo cual debían contar necesariamente con algo equivalente a lo que hoy llamamos genes. Pero además, tenían que producir copias de su propia estructura, es decir, ser capaces de auto-duplicarse (autocatálisis).

Dentro de las moléculas candidatas al puesto del "polímero primordial", como se lo denominó, sobresalían tanto las proteínas como los ácidos nucleicos. Entre las primeras existen excelentes catalizadores (las enzimas), pero son incapaces de acumular información genética. Los ácidos nucleicos, como el ADN y el ARN, guardan información pero necesitan de enzimas para su duplicación.

En las últimas décadas se realizaron muchos experimentos, en los que se imitaron las condiciones de la atmósfera primitiva. Ésta probablemente haya sido reductora: rica en metano, amoníaco, vapor de agua y dióxido de carbono. En los ensayos se agregaban también descargas eléctricas y luz ultravioleta (UV) como fuente de energía para simular la iluminación original. Así se sintetizaban en forma espontánea distintos compuestos químicos, entre los que se contaban algunos aminoácidos y también purinas y pirimidinas (unidades que forman los ácidos nucleicos).

El panorama pareció despejarse un poco más en 1983, cuando los investigadores Thomas R. Cech y Sidney Altman descubrieron que ciertas moléculas de ARN ribosómico del protozoo Tetrahymena, bautizadas ribozimas, podían actuar como enzimas de ARN. Creíase hasta entonces que las proteínas realizaban todas las posibles reacciones experimentales enzimáticas. Y el término enzima se reservaba para las proteínas. Pero estas ribozimas podían cortar y unir ARN preexistente, y por este comportamiento "enzimático" se dio apoyo a la idea de que el antiguo ARN pudo también haber sido catalítico.

Sobre esta base, el científico Walter Gilbert propuso que, en los inicios de la vida, el mundo habría estado poblado por moléculas de ARN que catalizaban su propia replicación a la par que desarrollaban una serie de actividades enzimáticas. En una etapa posterior, estas moléculas habrían empezado a sintetizar proteínas, las cuales resultaron catalizadores más eficaces.

Una de las mayores críticas a este modelo e^ maba que era imposible que, en las condiciones primitivas, el ARN se sintetizara a una velocidad may que la de su destrucción por la radiación ultravioleta, la hidrólisis o la reacción con otros compuestos. A partir de allí, los expertos volvieron sus mirada sobre los aciclonucleósidos derivados del glicerol, compuestos similares al ARN, que resultan mucho más estables.

Pero para A. G. Cairns-Smith, esta última opción. tampoco resultaba convincente. Para él, los primeros organismos no tuvieron por qué estar formados pee aminoácidos o nucleótidos, elementos muy elaborados a los que llama de "alta tecnología". Según Snvc la complejísima bioquímica actual se apoyó prime: en elementos simples, de "baja tecnología". Éstos cabían disponer, obviamente, de algún tipo de genes.

Los primeros seres debieron estar hechos de sustancias geoquímicas, que con el tiempo fueron reemplazadas por otras de tipo orgánico. Para el investigador, las moléculas orgánicas son los materiales óptimos para la vida, por eso no sería incorrecto suponer que son el producto de la evolución y que se comenzó a partir de algo más simple, lo que nos lleva a la arcilla. En este material, las unidades simples pueden auto ensamblarse y formar espontáneamente cristales.

Esto pudo haber ocurrido también en la Tierra primitiva. Las láminas de arcilla se apilan formando capas y, como explica Armin Weiss, de la Universidad de München (Munich), en Alemania, en el caso de esmectita, por ejemplo, "las capas nuevas tomar  información de las preexistentes." A medida que la  red cristalina crece, pueden generarse algunas variar.:-en la estructura, con ventajas o desventajas respecto de la forma original.

Para Smith, con el correr del tiempo se habría incorporado en esta formación moléculas orgánicas sencillas. Y, más tarde aún, se habrían sintetiza los primeros aminoácidos y nucleótidos.

Sea que el ARN surgió de modo espontáneo o que fue reemplazando a otro material previo, como las arcillas catalíticas, parece ser que condujo hacia la primera síntesis de las proteínas, a la formad': del ADN y a la aparición de las protocélulas, primeros ros ancestros de la vida terrestre.
Y éste habría sido sólo el comienzo. Tendrían que pasar todavía miles de millones de años para que los seres humanos pudiéramos preguntarnos cuál fue el origen de la vida sobre la Tierra.

Fuente Consultada:
Texto basado en Enciclopedia Espasa Calpe-Wikipedia-Encarta
Biología y Ciencias de la Tierra Estructura - Ecología - Evolución Polimodal

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