TEORÍA DEL ORIGEN DE LA VIDA

Abiogenesis

La abiogénesis o el origen de la vida en la Tierra ha generado en las ciencias de la  naturaleza un campo de estudio especializado cuyo objetivo es dilucidar cómo y cuándo surgió. La opinión más extendida en el ámbito científico establece la teoría de que la vida comenzó su existencia a partir de la materia inerte en algún momento del período comprendido entre 4.400 millones de años —cuando se dieron las condiciones para que el vapor de agua pudiera condensarse por primera vez— y 2.700 millones de años atrás —cuando aparecieron los primeros indicios de vida—. Las ideas e hipótesis acerca de un posible origen extraterrestre de la vida (panspermia), que habría sucedido durante los últimos 13.700 millones de años de evolución del Universo tras el Big Bang, también se discuten dentro de este cuerpo de conocimiento.

El cuerpo de estudios sobre el origen de la vida forma un área limitada de investigación, a pesar de su profundo impacto en la biología y la comprensión humana del mundo natural. Con el objetivo de reconstruir el evento se emplean diversos enfoques basados en estudios tanto de campo como de laboratorio. Por una parte el ensayo químico en el laboratorio o la observación de procesos geoquímicos o astroquímicos que produzcan los constituyentes de la vida en las condiciones en las que se piensa que pud ieron suceder en su entorno natural. En la tarea de determinar estas condiciones se toman datos de la geología de la edad oscura de la tierra a partir de análisis radiométricos de rocas antiguas, meteoritos, asteroides y materiales considerados prístinos, así como la observación astronómica de procesos de formación estelar. Por otra parte, se intentan hallar las huellas presentes en los actuales seres vivos de aquellos procesos mediante la genómica comparativa y la búsqueda del genoma mínimo. Y, por último, se trata de verificar las huellas de la presencia de la vida en las rocas, comomicrofósiles, desviaciones en la proporción de isótopos de origen biogénico y el análisis de entornos, muchas veces extremófilos semejantes a los paleoecosistemas iniciales.
 Los progresos en esta área son generalmente lentos y esporádicos, aunque aún atraen la atención de muchos científicos dada la importancia de la cuestión que se investiga. Existe una serie de observaciones que intentan describir las condiciones fisicoquímicas en las cuales pudo emerger la vida, pero todavía no se tiene un cuadro razonablemente completo acerca de cómo pudo ser este origen. Se han propuesto varias teorías, siendo la hipótesis del mundo de ARN y la teoría del mundo de hierro-sulfuro las más consideradas por la comunidad científica.
 

Biogenesis

Es la teoria que plantea que un ser vivo nace de otro de la misma especie, a través de la reproduccion.

 Generacion Espontanea

La generación espontánea antiguamente era una creencia profundamente arraigada descrita por Aristóteles. La observación superficial indicaba que surgían gusanos del fango, moscas de la carne podrida, organismos de los lugares húmedos, etc. Así, la idea de que la vida se estaba originando continuamente a partir de esos restos de materia orgánica se estableció como lugar común en la ciencia. Hoy en día la comunidad científica considera que esta teoría está plenamente refutada.
 

La autogénesis se sustentaba en procesos como la putrefacción. Es así que de un trozo de carne podían generarse larvas de mosca. Precisamente, esta premisa era como un fin de una observación superficial, ya que —según los defensores de esta corriente— no era posible que, sin que ningún organismo visible se acercara al trozo de carne aparecieran las larvas, a menos que sobre ésta actuara un principio vital generador de vida.

El Experimento de Redi

Francesco Redi, médico y experimentador, realizó un experimento en 1668 en el que colocó cuatro vasos en los que puso respectivamente un pedazo de serpiente, pescado, anguilas y un trozo de carne de buey. Preparó luego otros cuatro vasos con los mismos materiales y los dejó abiertos, mientras que los primeros permanecían cerrados herméticamente. Al poco tiempo algunas moscas fueron atraídas por los alimentos dejados en los vasos abiertos y entraron a comer y a poner huevos; transcurrido un lapso de tiempo, en esta serie de vasos comenzaron a aparecer algunas larvas. Esto no se verificó, en cambio, en los vasos cerrados, ni siquiera después de varios meses. Por tal motivo, Redi llegó a la conclusión que las larvas (gusanos) se originaban de las moscas y no por generación espontánea de la carne en descomposición.

Algunos objetaron que Redi dice que en los vasos cerrados había faltado circulación del aire (el principio activo o principio vital) y eso había impedido la generación espontánea. Redi realizó un segundo experimento: esta vez los vasos del experimento no fueron cerrados herméticamente, sino sólo recubiertos con gasa. El aire, por lo tanto, podía circular. El resultado fue idéntico al del anterior experimento, por cuanto la gasa, evidentemente, impedía el acceso de insectos a los vasos y la consiguiente deposición de los huevos, y en consecuencia no se daba el nacimiento de las larvas.

Con estas simples experiencias, Redi demostró que las larvas de la carne putrefacta se desarrollaban de huevos de moscas y no por una transformación de la carne, como afirmaban los partidarios de la abiogénesis. Los resultados de Redi fortalecieron la biogénesis, teoría que sostiene que el origen de un ser vivo solamente se produce a partir de otro ser vivo.

El Experimento de Pasteur

Luís Pasteur. Químico y bacteriólogo francés (1847-1853). Estudió también los procesos de fermentación, tanto alcohólica como butírica y láctica, y demostró que se deben a la presencia de microorganismos y que la eliminación de éstos anula el fenómeno (pasteurización). Demostró el llamado efecto Pasteur,
según el cual las levaduras tienen la capacidad de reproducirse en ausencia de oxígeno.
 Postuló la existencia de los gérmenes y logró demostrarla, con lo cual rebatió
de manera definitiva la antigua teoría de la generación espontánea.

En la segunda mitad del siglo XIX, Luis Pasteur realizó una serie de experimentos que probaron definitivamente que también los microbios se originaban a partir de otros microorganismos.

Pasteur estudió de forma independiente el mismo fenómeno que Redi. Utilizó dos frascos de cuello de cisne. Estos matraces tienen los cuellos muy alargados que se van haciendo cada vez más finos, terminando en una apertura pequeña, y tienen forma de "S". En cada uno de ellos metió cantidades iguales de caldo de carne y los hizo hervir para poder eliminar los posibles microorganismos presentes en el caldo. La forma de "S" era para que el aire pudiera entrar y que los microorganismos se quedasen en la parte más baja del tubo.

Pasado un tiempo observó que ninguno de los caldos presentaba seña alguna de la presencia de algún microorganismo y cortó el tubo de uno de los matraces. El matraz abierto tardó poco en descomponerse, mientras que el cerrado permaneció en su estado inicial. Pasteur demostró así que los microorganismos tampoco provenían de la generación espontánea. Gracias a Pasteur, la idea de la generación espontánea fue desterrada del pensamiento científico y a partir de entonces se aceptó de forma general el principio que decía que todo ser vivo procede de otro ser vivo. Aún se conservan en museo algunos de estos matraces que utilizó Pasteur para su experimento, y siguen permaneciendo estériles.

Tomado del Libro de Biología del Helena Curtis

Teoría de Oparín

Alexandr Ivánovich Oparin (1894 -1980), fue un bioquímico ruso, pionero en el desarrollo de teorías bioquímicas acerca del origen de la vida en la Tierra

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: a. había muy poco o nada de oxígeno presente y b. 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 llemó 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.

Dice Oparin lo siguiente: “La cuestión relativa al origen de la vida, o aparición sobre la Tierra de los primeros seres vivientes, pertenece al grupo de los problemas más importantes y básicos de las Ciencias Naturales. Toda persona, cualquiera que sea su nivel cultural, se plantea este problema más o menos conscientemente, y, de mejor o peor calidad, producirá una respuesta, ya que sin ella no puede concebirse ni la más rudimentaria concepción del Mundo.

“La Historia nos muestra que el problema del origen de la vida ha atraído la atención de la Humanidad ya desde los tiempos más remotos. No existe un solo sistema filosófico o religioso, ni un solo pensador de talla, que no haya dedicado la máxima atención a este problema. En cada época diferente y durante cada una de las distintas fases del desarrollo de la cultura, este problema ha sido resuelto con arreglo a normas diversas. Sin embargo, en todos los casos ha constituido el centro de una lucha acerba entre las dos filosofías irreconciliables del idealismo y el materialismo.”

“Hacia comienzos de nuestro siglo -se refiere Oparin al siglo 20- esta lucha no solamente no amaina, sino que adquiere renovado vigor; ello debido a que las Ciencias Naturales de entonces eran incapaces de encontrar una solución racional y científica al problema del origen de la vida, a pesar de que en otros terrenos ya habían logrado tan brillantes éxitos. Se había entrado, por así decirlo, en un callejón sin salida. Pero un tal estado de cosas no era fortuito. Su causa residía en el hecho de que hasta la segunda mitad del siglo pasado todos, casi sin excepción, se habían obstinado en resolver este problema basándose en el principio de la generación espontánea. Es decir, con arreglo al principio según el cual, los seres vivos podrían generarse no solamente a partir de los semejantes suyos, sino también de una manera primaria, súbitamente, a partir de objetos pertenecientes a la Naturaleza inorgánica, disponiendo además, ya desde el primer instante, de una organización compleja y perfectamente acabada. Este punto de vista era defendido tanto por los idealistas como por los materialistas, limitándose las discrepancias exclusivamente a las causas o fuerzas que condicionaban aquella génesis.”

Stanley L. Miller nació Oakland,el 7 de marzo de 1930, y murió a la edad de 77 años en 2007.

Este científico estadounidense es esencialmente conocido por sus estudios sobre el origen de la vida. 

En 1953 como estudiante diplomado realizó el experimento Miller-Urey donde lleva a cabo una 

simulación de las condiciones de la Tierra primitiva en busca de las reacciones químicas 

que pudieron construir sus primeros bloques esenciales (los aminoácidos y  las proteínas simples)

S. Miller aportó las primeras evidencias experimentales 29 años después de que Oparin publicara su teoría. Los experimentos de laboratorio demostraron que, en ciertas condiciones, se  pueden formarse los tipos de moléculas orgánicas características de los sistemas vivos. Otros experimentos sugieren el tipo de procesos por los cuales agregados de moléculas orgánicas forman 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.

Experimento realizado por Stanley Miller en 1950 para comprobar
 la hipótesis de la síntesis prebiótica de Oparin

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.

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.

Sin embargo, la vida podría ser muy distinta de como nosotros la conocemos. En el caso de que la vida hubiera surgido en Marte en forma independiente, no habría por qué esperar que ésta compartiera sus rasgos con la de los seres vivos terrestres. El fenómeno de la vida podría haber sido resultado de una combinación inimaginable de moléculas desconocidas y con propiedades diferentes.

En los más de 3.500 millones de años transcurridos desde que apareció la vida, los autótrofos más exitosos (o sea, aquellos que han dejado la mayor cantidad de descendencia y se han diversificado en la mayor variedad de formas) han sido los que desarrollaron un sistema para hacer uso directo de la energía solar en el proceso de fotosíntesis. Con el advenimiento de la fotosíntesis, el flujo de energía en la biosfera asumió su forma dominante moderna: la energía radiante del Sol, canalizada por medio de los autótrofos fotosintéticos pasa a todas las otras formas de vida.

Heterótrofos y autótrofos

La energía que produjeron las primeras moléculas orgánicas provino de una variedad de fuentes existentes en la Tierra primitiva y en su atmósfera: calor, radiaciones ultravioletas y perturbaciones eléctricas. Cuando aparecieron las primeras células primitivas, o estructuras semejantes a células, requirieron un aporte continuo de energía para mantenerse, crecer y reproducirse. El modo como estas células obtuvieron la energía  actualmente es objeto de una discusión vivaz.

Los organismos modernos y las células de las cuales están compuestos pueden satisfacer sus requerimientos energéticos en una de dos formas. Los heterótrofos son organismos que dependen de fuentes externas de moléculas orgánicas para obtener su energía y sus moléculas estructurales.

Todos los animales y los hongos, así como muchos organismos unicelulares, son heterótrofos. Los autótrofos, por contraste, se "autoalimentan". No requieren moléculas orgánicas procedentes de fuentes externas para obtener su energía o para usarlas como pequeñas moléculas de tipo estructural; en cambio, son capaces de sintetizar sus propias moléculas orgánicas ricas en energía a partir de sustancias inorgánicas simples. La mayoría de los autótrofos, incluyendo las plantas y varios tipos diferentes de organismos unicelulares, realizan fotosíntesis, lo que significa que la fuente de energía para sus reacciones de síntesis es el Sol. Ciertos grupos de bacterias, sin embargo, son quimiosintéticas; estos organismos capturan la energía liberada por reacciones inorgánicas específicas para impulsar sus procesos vitales, incluyendo la síntesis de las moléculas orgánicas necesarias.

Tanto los heterótrofos como los autótrofos parecen estar representados entre los microfósiles más antiguos. Se ha postulado durante largo tiempo que la primera célula viva fue un heterótrofo extremo. Sin embargo, descubrimientos recientes han planteado la posibilidad de que las primeras células hayan sido autótrofas, quimiosintéticas o fotosintéticas antes que heterótrofas. Se han descubierto varios grupos diferentes de bacterias quimiosintéticas que hubieran sido muy adecuadas para las condiciones que prevalecían en la joven Tierra.

Algunas de estas bacterias son habitantes de los pantanos, mientras que otras se han encontrado en profundas trincheras oceánicas, en áreas donde los gases escapan por las fisuras de la corteza terrestre. Hay evidencia de que estas bacterias representan los sobrevivientes de grupos muy antiguos de organismos unicelulares.

Aunque los biólogos aún no han podido resolver el problema acerca de si las primeras células fueron heterótrofas o autótrofas, es seguro que sin la evolución de los autótrofos la vida en la Tierra pronto habría llegado a su fin.

Procariotas y eucariotas

Todas las células comparten dos características esenciales. La primera es una membrana externa, la membrana celular -o membrana plasmática- que separa el citoplasma de la célula de su ambiente externo. La otra es el material genético -la información hereditaria- que dirige las actividades de una célula y le permite reproducirse y transmitir sus características a la progenie  Existen dos tipos  fundamentalmente distintos de células, las procariotas y las eucariotas. En las células procarióticas, el material genético se encuentra en forma de una molécula grande y circular de DNA a la que están débilmente asociadas diversas proteínas. En las células eucarióticas, por el contrario, el DNA es lineal y está fuertemente unido a proteínas especiales.

Dentro de la célula eucariótica, el material genético está rodeado por una doble membrana, la envoltura nuclear, que lo separa de los otros contenidos celulares en un núcleo bien definido. En  las procariotas, el material genético no está contenido dentro de un núcleo rodeado por una membrana, aunque está ubicado en una región definida llamada nucleoide.

En el citoplasma se encuentra una gran variedad de moléculas y complejos moleculares. Por ejemplo, tanto los procariotas como los eucariotas contienen complejos proteicos y de RNA llamados ribosomas que desempeñan una función clave en la unión de los aminoácidos individuales durante la síntesis de proteínas. Las moléculas y complejos moleculares están especializados en determinadas funciones celulares. En las células eucarióticas, estas funciones se llevan a cabo en

una gran variedad de estructuras rodeadas por membranas -llamadas organelas- que constituyen distintos compartimientos internos dentro del citoplasma. Entre las organelas se destacan los peroxisomas que realizan diversas funciones metabólicas; las mitocondrias, centrales energéticas de las células y, en las algas y células vegetales, los plástidos como los cloroplastos, donde acontece la fotosíntesis.

La membrana celular de los procariotas está rodeada por una pared celular externa que es elaborada por la propia célula. Ciertas células eucarióticas, incluyendo las de las plantas y hongos,  tienen una pared celular, aunque su estructura es diferente de la de las paredes celulares  procarióticas. Otras células eucarióticas, incluyendo las de nuestros propios cuerpos y las de otros  animales, no tienen paredes celulares. Otro rasgo que distingue a los eucariotas de   los procariotas es el tamaño: las células eucarióticas habitualmente son de mayor tamaño que las procarióticas.

En las células eucarióticas, ciertas proteínas se organizan formando intrincadas estructuras que dan lugar a una especie de esqueleto interno, el citoesqueleto, que aporta sostén estructural y  posibilita el movimiento celular.

Algunos ejemplos de células procariotas son la bacteria Escherichia coli y las cianobacterias, grupo de procariotas fotosintéticos llamadas antes algas azules. Un eucariota fotosintético unicelular es el alga Chlamydomonas.

INTERESANTE ARTÍCULO PARA LA LECTURA COMPLEMENTARIA AL TEMA

http://directoriodenoticias.wordpress.com/2011/03/22/un-experimento-de-los-50-podria-demostrar-como-comenzo-la-vida-en-la-tierra/