UNIDAD 2: EL ORIGEN DE LA VIDA

2.0.- Introducción                                                                             

Nuestro planeta tiene muchas características especiales, que lo diferencian de los demás. Pero sin duda, la más especial es su capacidad para albergar vida, para albergarnos a nosotros. Pero, ¿qué es vida? La definición de vida es algo muy subjetivo. A lo largo de la historia, grandes eminencias científicas han puesto diversas definiciones y no podemos decir si alguna de ellas es más correcta que las otras. Aquí tenemos algunas de ellas:

Christian de Duve (Bioquímico; P Nobel de Medicina): “La vida es desequilibrio”

Carl Sagan: "La vida es una región donde se incrementa el orden en ciclos movidos por un flujo de energía”

Robert Shapiro (Bioquímico): “Una zona separada del medio, que incluya una fuente de energía, que se adapte al medio y evolucione y sea capaz de reproducirse”

Chris McKay (Astrobiólogo): “La vida es información y ADN replicable (mediante proteínas) al abrigo de una membrana”

Francis Crick: ”Por complicada que es, casi un milagro”

2.1.- El origen de la vida

         2.1.1.-  Los elementos químicos: C, H, O,….

         Los elementos químicos son sustancias simples formadas por un solo tipo de partículas (átomos) y no se pueden descomponer en otras sustancias más sencillas. Se representan mediante símbolos en la tabla, por ejemplo el Hidrógeno (H), el Carbono (C), el Oxígeno  (O), el Nitrógeno (N), el Hierro (Fe), entre otros.

 En el 99% del cuerpo de los organismos conocidos solo están presentes 6 de los elementos existentes en la tierra. El cuerpo humano, por ejemplo, está formado mayoritariamente por los elementos de Carbono (C), Oxígeno (O), Hidrógeno (H), Nitrógeno (N), Calcio (Ca), Fósforo (P) y Azufre (S). Mientras tanto, en la corteza terrestre, de estos elementos solo abunda el oxígeno y, en menor medida, el calcio que junto con el Silicio (Si), el Aluminio (Al) y el Hierro (Fe) constituyen más del 90% de la composición de la corteza.  En estos gráficos podemos observar los porcentajes con los que aparecen los elementos químicos en la corteza terrestre y en el cuerpo humano respectivamente.

Como podemos observar, los elementos más abundantes en los seres humanos son el oxígeno y el hidrógeno (que forman agua) y el carbono. Pero, ¿que hacen al agua y al carbono tan especiales como para constituir el 98% de los seres vivos?

      -El agua: Es primordial debido a que es un disolvente universal, lo que permite que las reacciones químicas que llevan a cabo los seres vivos se realicen de forma correcta. El hecho de que sea tan buen disolvente es debido a que es un compuesto con mucha polaridad (el átomo de oxígeno tiene mucha más electronegatividad que los de hidrógeno) y también a que puede formar puntes de hidrógeno muy fácilmente. Además, el agua también interviene en otros procesos importantes como la osmosis, así como la regulación de la temperatura del cuerpo. 

       -El carbono: Lo que hace a este elemento tan importante es su capacidad para formar 4 enlaces debido a que tiene cuatro electrones en la última capa, que le permite formar gran diversidad de moléculas esenciales para el ser humano, como los glúcidos, las proteínas, los lípidos o los ácidos nucléicos. Además, es necesaria muy poca energía tanto para formar los enlaces como para romperlos. 

         -Procedencia del agua: En la actualidad destacan dos teorías que tratan de explicar el origen del agua.Una de ellas es la teoría volcánica, que plantea que el agua se formó en el centro de la Tierra, por reacciones a altas temperaturas (527 ºC) entre átomos de hidrógeno y oxígeno. Estas moléculas se expulsarían en forma de vapor durante las erupciones volcánicas.

La otra teoría sostiene que el agua tiene un origen extraterrestre. Se afirma que el agua llegó a la Tierra en forma de hielo, en el interior de numerosos meteoritos, que al impactar sobre la superficie terrestre liberaron este compuesto.

         -Procedencia del carbono: El carbono procede del interior de la Tierra. Al entrar los volcanes en erupción, el carbono se libera a la atmósfera.

         2.1.2.-  Energía y vida

         Para que la vida exista, es necesario que haya una energía. Según la forma en la que los seres vivos obtienen la materia a partir de la cual obtendrán la energía distinguimos entre:

   
          -Seres vivos autótrofos: Las plantas, algunas bacterias y las algas pertenecen a este tipo de animales. Son aquellos que fabrican su propio alimento a partir de la materia orgánica realizando un proceso llamado fotosíntesis usando la energía de la luz del Sol, en la que se lleva a cabo la siguiente reacción química:

                                               CO₂ + 6 H₂O +  energía solar →   C₆ H₁₂ O₆  +  6 O₂

         

         -Seres vivos heterótrofos: Son aquellos que se alimentan de la materia orgánica fabricada por otros seres vivos ya que no pueden transformar la materia orgánica en inórganica. Son heterótrofos los animales, los hongos y algunas bacterias.


         Tanto los seres vivos autótrofos como los heterótrofos realizan la siguiente reacción química una vez obtenido el alimento (la glucosa). Esta reacción es la siguiente:

                                               C₆ H₁₂ O₆  +  6 O₂  →  6 CO₂   +  6 H₂O +  Energía  

         

         2.1.3.-  ¿Cómo surge la vida?
Para que haya vida en un planeta, este debería cumplira los siguientes requisitos:

-Que sean planetas rocosos. 

-Que mantenga una distancia acorde a su estrella más cercana, de modo que las ondas radioactivas sean las justas para mantener una temperatura adecuada y que pueda contener agua en estado liquido en la superficie del mismo. 


-Que tenga un campo magnético propio lo suficientemente intenso para proteger el planeta de vientos estelares y partículas cósmicas.

-Que tenga un interior muy caliente lo que produce un vulcanismo intenso, casi todo submarino. Muchos organismos primitivos (bacterias y similares) viven aguas cálidas ricas en minerales disueltos sin necesidad de la energía solar.

-Que tenga una atmósfera densa sin oxígeno; En la protoatmósfera no había O₂ ni tampoco O₃   que protegiese de la radiación UV del Sol; por tanto para que pudiera prosperar algún atisbo de vida tendría que estar protegida por una capa bastante gruesa de agua.

En septiembre de 2010 se encontró un planeta con estos requisitos a unos 20 años luz de nuestro planeta. El nuevo planeta se nombró como Gliese 581 g

                                          Gliese 581 g

      
             -Teorías sobre el origen de la vida:
A lo largo de la historia se ha tratado de explicar el origen de la vida de diversas formas y a día de hoy aún no se ha conseguido explicar de forma concluyente. Aquí tenemos tres de las teoría más importantes que se han presentado:

            Generación espontánea: Esta teoría fue formulada por muchos sabios de la antigüedad, como Aristóteles. En ella se afirma que los seres vivos se originan a partir de materia inorgánica como el barro, el polvo o la comida descompuesta. .  El encargado de refutar esta teoría fue Pasteur, que con un experimento muy famoso usando matraces con cuellos de cisne, demostró que  la materia no surge de la nada, sino que debe proceder de materia orgánica.

                                                   Experimento de Pasteur

                       

            Teoría del origen químico de la vida: Esta teoría se basa en la hipótesis química expuesta independientemente por A. Oparin  (1924) y  Haldane  (1928). Estos plantearon la existencia de una serie de procesos evolutivos que en el origen de la vida se fueron superponiendo y desarrollando a la vez. Estos procesos se iniciaron con la formación de la Tierra primitiva y la atmósfera. A partir de sustancia inorgánicas y bajo la acción de diversas fuentes de energía, se sintetizaron los primeros compuestos orgánicos, y la concentración y unión de éstos dio lugar a la formación de otros compuestos de mayor complejidad. Estos compuestos que se encontraban en el océano dieron lugar al "Caldo primitivo", a partir del cual surgieron los primeros organismos.

          Teoría del origen extraterrestre de la vida: Esta teoría sostiene que los primeros seres vivos llegarían a la Tierra procedentes del espacio en algunos cuerpos como meteoritos o cometas.Por ejemplo, Svante Arrhenius sostenía que la vida habría llegado a la Tierra por esporas procedentes de espacio exterior. Sin embargo esta teoría dejaría sin explicar como surgió la vida. Además no tiene muchos seguidores.

          2.1.4.-  Experimento de Miller

Esta comprobación se llevo a cabo en 1952 por Stanley Miller y Harold Clayton en la universidad de Chicago. El experimento fue clave para aprobar la teoría de Oparin y Haldane.

El experimento básicamente consistió en mezclar metano, amoníaco, hidrógeno, dióxido de carbono, nitrógeno y agua a descargas eléctricas de 60.000 voltios aproximadamente y a temperaturas elevadas. El resultado de este experimento fue la formación de materia orgánica entre las cuales destacan el  ácido acético, glucosa, y los aminoácidos glicina, alanina, ácido glutámico y ácido aspártico los cuales son fundamentales ya que son usados por las células como los pilares básicos para sintetizar sus proteínas.

Diseñaron un tubo que contenía la mayoría de los gases, similares a los existentes en la atmósfera primitiva de la tierra.

El agua que se encontraba en el otro extremo del aparato (simulando el océano primitivo) se mantenía en ebullición y luego a eso se producía la condensación, las sustancias se mantenían en el tubo mientras dos electrodos realizaban descargas eléctricas continuas.

Cuando la mezcla había circulado mucho tiempo por este sistema (una semana), por medio de una llave se extraían muestras para analizarlas. En esas muestras se encontraron materiales inorgánicos, varios aminoácidos, carbohidratos y algunos otros compuestos orgánicos que se habían formado espontáneamente.

         2.1.5.-  Teorías actuales: hipótesis metabólica y mundo ARN

         Hipótesis metabólica: En esta hipótesis se afirma que algunas moléculas pequeñas desarrollaron una membrana y se aislaron del medio. Después de esto se empezaron a producir varias reacciones químicas cada vez más complejas, hasta  que se formó un organismo capaz de autorreproducirse.


         Mundo ARN: esta hipótesis se basa en la capacidad de las moléculas de ARN para actuar como catalizadores en reacciones metabólicas. De esta forma, se contempla la posibilidad de que una polimerización espontánea de nucleótidos diese como resultado enzimas de ARN capaces de llevar a cabo su propia autorreplicación. En estos tiempos prácticamente no existirían enzimas formados por moléculas proteicas, sino que todo estaría compuesto de ARN de distintas longitudes, formas y configuraciones. A partir de entonces todo sería cuestión de tiempo y muchas, muchas replicaciones hasta que algo más parecido a la vida que conocemos empezase a tomar forma. Podemos considerar la aparición de la vida como una cuestión de prueba y error repetida a lo largo de millones y millones de años.