Origen y Evolución de la Vida

Introducción
Se estima que los planetas del sistema solar tienen una antigüedad aproximada de 4600 millones de años. Durante el tiempo que la Tierra fue formándose la liberación de energía de materiales radioactivos mantenía su interior muy caliente haciendo que los materiales más pesados se reunieran en un centro denso. Gradualmente la superficie de la Tierra fue enfriándose, y conforme esto ocurría se formaba la corteza terrestre. Las rocas más antiguas de la Tierra de esta capa, están datadas en 4100 millones de años. A los 3800 m.a. se cree que la Tierra estaba llena de cráteres por el bombardeo de asteroides y carecía totalmente de atmósfera. Se cree que por el gran vulcanismo y turbulencias geológicas se habría formado una atmósfera rudimentaria. El agua habría emanado de los géiseres en forma gaseosa y mantenido una atmósfera de vapor de agua, estas nubes de vapor de agua se habrían condensado y formado océanos calientes y poco profundos. En este contexto se formularon hipótesis bioquímicas. Desde una perspectiva bioquímica, tres características distinguen a las células vivas de otros sistemas químicos:

• La capacidad para duplicarse generación tras generación.

• La presencia de enzimas, las proteínas complejas que son esenciales para las reacciones químicas de las que depende la vida.

• Una membrana que separa a la célula del ambiente circundante y le permite mantener una identidad química propia distinta.

¿Cómo surgieron estas características? ¿Cuál de ellas apareció primero e hizo posible el desarrollo de las otras?
El primer conjunto de hipótesis verificables acerca del origen de la vida fue propuesto por A. I. Oparin y J. B. Haldane quienes, trabajando en forma independiente, postularon que la aparición de la vida fue precedida por un largo período de "evolución química". Hay un acuerdo general en dos aspectos críticos acerca de la identidad de las sustancias presentes en la atmósfera primitiva y en los mares durante este período:

• Había muy poco o nada de oxígeno presente y los cuatro elementos primarios de la materia viva (hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno) estaban disponibles en alguna forma en la atmósfera y en las aguas de la Tierra primitiva.

• La energía necesaria para desintegrar las moléculas de estos gases y volver a integrarlas en moléculas más complejas estaba presente en el calor, los relámpagos, los elementos radiactivos y la radiación de alta energía del Sol.

Oparin postuló que en las condiciones de la Tierra primitiva se formaron moléculas orgánicas a partir de los gases atmosféricos que se irían acumulando en los mares y lagos de la Tierra y, en esas condiciones (sin oxígeno libre), tenderían a persistir. Al concentrarse algunas moléculas, habrían actuado sobre ellas fuerzas químicas, las mismas que actúan sobre las moléculas orgánicas hoy en día. Estos agregados plurimoleculares fueron progresivamente capaces de intercambiar materia y energía con el ambiente. En estas estructuras coloidales -a las que Oparin llamó coacervados (en cuyo interior podían optimizarse ciertas reacciones) se habría desarrollado un metabolismo sencillo, punto de partida de todo el mundo viviente.
Con estos sistemas se pasó a una nueva etapa, la de evolución prebiológica. Los sistemas constituyen un nuevo nivel de organización en el proceso del origen de la vida, lo que implica el establecimiento de nuevas leyes. En los sistemas químicos modernos, ya sea en el laboratorio o en el organismo vivo, las moléculas y los agregados más estables tienden a sobrevivir, y los menos estables son transitorios. De igual modo, dado que los sistemas presentaban heterogeneidad, los agregados que tenían mayor estabilidad química en las condiciones prevalecientes en la Tierra primitiva habrían tendido a sobrevivir.
S. Miller aportó las primeras evidencias experimentales 29 años después de que Oparin publicara su teoría. Los experimentos de laboratorio han mostrado que, en estas condiciones, pueden formarse los tipos de moléculas orgánicas características de los sistemas vivos. Otros experimentos han sugerido el tipo de procesos por los cuales agregados de moléculas orgánicas pudieron haber formado estructuras semejantes a células, separadas de su ambiente por una membrana y capaces de mantener su integridad química y estructural. En el marco de la teoría de Oparin, se desarrollaron modelos alternativos, entre otros, el de Sidney W. Fox quien obtuvo estructuras proteicas limitadas por membrana -llamadas microesferas proteinoides- que podían llevar a cabo algunas reacciones químicas análogas a las de las células vivas.
Si bien estas microesferas no son células vivas, su formación sugiere los tipos de procesos que podrían haber dado origen a entidades proteicas con mantenimiento autónomo, distintas de su ambiente y capaces de llevar a cabo las reacciones químicas necesarias para mantener su integridad física y química.

Figura A: 1) Evolución de los ARN. 2) Evolución de nuevas proteínas – enzimas – que sintetizan ADN y producen copias de ARN a partir de él.

Todos los biólogos acuerdan en que la forma ancestral de vida necesitaba un rudimentario manual de instrucciones que pudiera ser copiado y transmitido de generación en generación. La propuesta más aceptada es que el RNA habría sido el primer polímero en realizar las tareas que el DNA y las proteínas llevan a cabo actualmente en las células. Por errores de copia en su duplicación habría aparecido una inmensa variedad de RNA; más tarde, estas moléculas pasaron a ejercer control sobre la síntesis de proteínas. En una etapa ulterior, las proteínas habrían reemplazado al RNA en la función de acelerar las reacciones químicas. Mediante un proceso aún no esclarecido, la función de almacenar la información genética habría sido transferida del RNA al DNA, que es menos susceptible a la degradación química (Fig. 5).
Posteriormente, estas moléculas autorreplicantes se habrían introducido dentro de compartimientos. Uno de los mayores interrogantes que permanece abierto es cómo se produjo el pasaje de la química prebiótica a la aparición de la vida. Hasta el día de hoy los científicos no han podido transformar en el laboratorio la materia no viva en una célula funcional.
Frente a las controversias sobre el origen de la vida, algunos científicos reconocidos postularon que hasta las formas de vida más simples son demasiado complejas para haber surgido mediante reacciones químicas al azar en el seno de una sopa oceánica y ubicaron el origen de la vida en el espacio interestelar.
El registro más antiguo de vida en nuestro planeta data de aprox. 3100 millones de años atrás, con fósiles de bacterias, es decir nuestro planeta desde su formación pasó aprox. 1100 millones de años sin vida.

Resumen
Hace 3100 m.a. aparecen las primeras formas de vida en la Tierra: las bacterias. Una bacteria consta de una sola célula, la cual es la menor unidad biológica para que funcione independientemente. Es probable que estas primeras bacterias fueran heterótrofas, es decir se alimentaban de moléculas orgánicas muy abundantes en los océanos primitivos. Al ir escaseando esta “sopa orgánica” aparecieron nuevos tipos de bacterias, los autótrofos, los cuales sintetizan su propia energía a través de sustancias inorgánicas o a partir del sol, pero aún sin producir oxígeno. Las bacterias hasta este momento eran anaeróbicas (vida sin el uso de oxígeno).
Hace aprox. 2500 m.a. aparecen un nuevo tipo de bacterias llamadas algas azules o cianofíceas, que tenían la capacidad de utilizar la luz solar para fotosintetizar. El desecho de la fotosíntesis es el oxígeno, que empezó así a acumularse en las aguas de los océanos y en la atmósfera. De esta manera, el oxígeno que hasta ese momento era tóxico para todos los seres vivos, fue aprovechado por nuevos tipos de bacterias llamadas aeróbicas (vida con oxígeno) como combustible para “quemar” alimento y generar energía. Estas últimas bacterias aeróbicas también eran heterótrofas y a partir de ellas evolucionaron todos los animales superiores. De las bacterias autótrofas evolucionaron todas las plantas, las cuales todas hacen fotosíntesis. Así las plantas y animales comparten un ancestro común.

Fuentes:
• CURTIS HELENE & BARNES N. S. 2003. Biología. sexta edición en español. Ed. Médica Panamericana.
• Hipertextos de Biología. UNNE.