Origen de la vida en la Tierra

El ser humano siempre se ha preguntado sobre su origen y el origen de los animales. A lo largo de la historia se ha intentado encontrar una respuesta, pero a día de hoy todavía no se han concretado los mecanismos exactos para explicarlo. Es por eso que el origen de la vida es un tema con importantes implicaciones filosóficas.

Actualmente existen varias hipótesis, pero hay dos que son las más destacadas:

  • Panspermia: la vida se originó en el espacio
  • Abiogénesis: la vida proviene de moléculas orgánicas

La hipótesis de la panspermia propone que la vida habría llegado desde el espacio exterior a la Tierra mediante asteroides o cometas, después de haber habitado otros cuerpos celestes. Por otra parte, la hipótesis de la abiogénesis sugiere que la vida tiene un origen terrestre y que se formó a partir de reacciones químicas atmosféricas.

La abiogénesis es la hipótesis de mayor consenso entre la comunidad científica, y por lo tanto es la base de este artículo.

En el principio sólo había simples elementos químicos que produjeron aminoácidos. Estos aminoácidos se convirtieron en proteínas, necesarias para crear células individuales. Estas células individuales formaron organismos pluricelulares, hasta formarse plantas y animales a partir de millones de años de evolución.

Las condiciones iniciales en la Tierra

La Tierra se formó hace unos 4.567 millones de años, y desde entonces ha sufrido una importante evolución química. Cuando la Tierra todavía no tenía atmósfera estuvo sometida a una constante lluvia de fragmentos rocosos provenientes del espacio exterior que formaron muchos cráteres e incrementaron mucho su temperatura.

La corteza primitiva estaba llena de volcanes con constantes erupciones que dieron lugar a la atmósfera, formada sobretodo por dióxido de carbono, metano, amoníaco, hidrógeno y vapor de agua. Esta atmósfera primitiva todavía no tenía oxígeno. El vapor de agua se condensó hasta formar los océanos y los mares.

Se sabe a ciencia cierta que hace 3.900 millones de años ya existió agua en estado líquido en la Tierra, gracias a la detección de rocas sedimentarias que tienen esta edad. Los pesados gases se disolvieron en los océanos formando una especie de caldo prebiótico, también llamado caldo primigenio o caldo primitivo.

La Gran Fuente Prismática del Parque Nacional Yellowstone.
Foto de la Gran Fuente Prismática del Parque Nacional Yellowstone, en Estados Unidos. Se considera que el ambiente de esta gran fuente de aguas termales, con elevadas temperaturas y ausencia de oxígeno, sería parecido al ambiente primigenio de los mares de la Tierra. Crédito de imagen [1]: James St. John, del 5 de junio de 2013.

Muchos científicos están de acuerdo en suponer que las condiciones ambientales terrestres primitivas produjeron violentas tormentas eléctricas que desencadenaron reacciones químicas entre los gases presentes en la atmósfera y en el caldo prebiótico. Estas reacciones químicas dieron como resultado sencillas moléculas orgánicas como los aminoácidos.

Los aminoácidos serían el punto de partida de las formas de vida primitivas. Estos aminoácidos se depositaron en los océanos, donde posteriormente se produjeron otras reacciones químicas. Al final de esta fase —de más de mil millones de años de duración— empezaron a desarrollarse las células primitivas.

Demostración científica

El científico estadounidense y ornitólogo Stanley Miller hizo una demostración científica el año 1953 en la Universidad de Chicago. Stanley mezcló agua, metano, amoníaco e hidrógeno en un recipiente de vidrio para imitar las condiciones atmosféricas de la Tierra primitiva. Esta mezcla fue expuesta a descargas eléctricas.

Al cabo de una semana, una cromatografía en papel mostró que se habían formado distintos aminoácidos y otras moléculas orgánicas, quedando demostrado que pueden formarse moléculas orgánicas a partir de reacciones químicas atmosféricas. Evidentemente, estas moléculas se combinarían para formar proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas necesarias para la vida.

Diagrama del experimento de Miller
Diagrama del experimento de Miller

La replicación de la vida

¿Qué es la vida? Es difícil establecer la frontera que define entre la vida y la materia inerte, y se ha escrito mucho sobre este tema. Pero existen tres postulados que permiten definir qué es la vida y las características esenciales que se consideran necesarias para la vida:

  • Replicación: los seres vivos son capaces de replicarse, es decir, de producir descendencia de su especie.
  • Relación: los seres vivos responden de forma diferente a los estímulos que reciben del medio que los rodea.
  • Nutrición: los seres vivos requieren una o varias fuentes de materia para mantener su complejidad.

Los polinucleótidos

Las moléculas orgánicas primitivas empezaron a reproducirse de forma imperfecta. Esta reproducción fue posible gracias a las partículas llamadas polinucleótidos, que son las partículas encargadas de llevar la información genética con polímeros que a su vez contienen moléculas más pequeñas.

Dos ejemplos de polinucleótidos son el ARN y el ADN, y se clasifican según su estructura molecular, ya que pueden ser nucleótidos (ARN) o desoxinucleótidos (ADN). Se cree que los primeros polinucleótidos eran cadenas sencillas de ARN. Las proteínas y el ADN vinieron después.

Hace unos 3.800 millones de años, el ADN se impuso sobre el ARN como depositario de la información genética. El ADN le ganó la partida al ARN probablemente por sus dobles cadenas de ADN y la posibilidad de que la información genética fuese almacenada con una copia homóloga.

Las primeras células procariotas

Las células procariotas fueron las primeras que poblaron la Tierra, hace unos 3.500 millones de años. Estas células fueron las protagonistas de la vida de la Tierra durante unos 2.000 millones de años, y tuvieron tiempo de ir perfeccionando su metabolismo. Se cree que la vida proviene de una única célula procariota.

Las procariotas tienen una estructura muy simple pero se reproducen muy rápidamente mediante un proceso llamado fisión binaria [2]: el cromosoma se replica, y los dos cromosomas resultantes se desplazan hacia los extremos opuestos de la célula. La membrana de plasma del medio crece hasta formar dos compartimentos separados con un completo material genético. Finalmente el citoplasma se divide (citocinesis), dando lugar a dos células hijas.

A esta gran capacidad de reproducirse hay que añadir la rápida evolución a partir de mutaciones y de la selección natural. La evolución facilitó que algunas especies tuvieran la capacidad de aprovechar el carbono en forma de CO2 de la atmósfera y convertirlo en energía química.

Las células vegetales primitivas utilizaban dióxido de carbono para sintetizar las moléculas orgánicas de las que se nutrían, como lo hacen hoy las plantas. Este proceso, conocido como fotosíntesis, tuvo una importancia fundamental, porque empezó a producirse oxígeno como subproducto.

En el transcurso de miles de millones de años, este oxígeno se ha ido acumulando en la atmósfera hasta cambiar su composición, dejando atrás la atmósfera primitiva hasta tener la composición química actual. Este cambio tan importante permitió la evolución de formas de vida animal que necesitan oxígeno para respirar.

Rayos solares
El aprovechamiento de la energía solar dio lugar a varios de los mayores cambios de la vida en el planeta Tierra. Crédito de imagen: Astrosigma.com.

Pero la presencia de oxígeno en la atmósfera produjo una crisis, ya que el oxígeno residual era tóxico para los seres que tenían respiración anaerobia. Con la presencia de oxígeno, las bacterias no podían hacer el proceso de fermentación del alimento. Algunas células evolucionaron para poder extraer más energía de los alimentos con utilización del oxígeno, creando la respiración aerobia que conocemos.

Otro cambio importante en la atmósfera de la Tierra fue la aparición de la capa de ozono, que nos protege de las peligrosas radiaciones ultravioletas procedentes del Sol. Con el paso de los años se generó un equilibrio ecológico entre las especies y la composición química de la atmósfera.

Las primeras células eucariotas

Las primeras células eucariotas aparecieron hace unos 1.400 millones de años. A diferencia de las procariotas, las eucariotas tienen un núcleo con su información genética. Para la aparición de las primeras células eucariotas fue necesaria la aparición de una membrana plasmática que independizara el ADN del medio.

También tuvieron que desarrollar un sistema de reparación de daños del ADN, y desarrollaron un sistema de traducción entre el ADN y el ARN. Además, les hizo falta un sistema para transportar los nutrientes del exterior al interior, de modo que también desarrollaron un metabolismo mínimo para extraer la energía de los azúcares y transformarla en el intercambiado de energía.

Los primeros organismos pluricelulares

Los organismos pluricelulares representan un paso muy grande en la evolución de la vida de hace 700 millones de años. Tal y como indica su nombre, son organismos formados por más de una célula. Y estas células no actúan como unidades independientes, sino que cada una se especializa en funciones concretas.

Los primeros seres pluricelulares que aparecieron fueron los hongos y la algas. Esto es fácil de saber porque son los únicos con antecedentes unicelulares. No obstante, la diferencia entre los hongos y las algas es muy grande. Por ejemplo, los hongos no hacen la fotosíntesis y las algas sí porque tienen clorofila.

Los cambios de la atmósfera

Aproximadamente 900 millones de años después de la aparición de la primera célula eucariota, la atmósfera de la Tierra tenía una composición porcentual de un 78% de nitrógeno, un 18% de dióxido de carbono y un 4% de oxígeno. La mayoría de las especies no podríamos vivir con esa composición química atmosférica.

Con la aparición de las plantas, algas y algunas bacterias, la atmósfera de la Tierra hizo un gran cambio: pasó a tener una concentración de dióxido de carbono del 0,036% y de oxígeno del 21%. Esta proporción se ha mantenido estable durante los últimos cientos millones de años gracias a la fotosíntesis.

La aparición del reino vegetal

El origen del reino vegetal proviene de los líquenes. Los líquenes evolucionaron formando estructuras parecidas a los musgos, aunque se seguían considerando líquenes. El musgo auténtico apareció hace unos 500 millones de años. Con el paso de los años, se formaron otras plantas más preparadas para la supervivencia.

Por lo tanto se puede decir que los musgos han sido imprescindibles para la evolución del reino vegetal. Disponían de células conductoras que les permitían absorber agua que no estuviera demasiado lejos. Por esta razón tienen que estar en zonas húmedas y su tamaño es pequeño.

La aparición del reino animal

Hace unos 450 millones de años, fruto de la evolución de los protozoos formando los metazoos surgieron los primeros animales. Los primeros animales tenían una simetría radial y un plano corporal diploblástico: que tienen únicamente dos hojas embrionarias.

Poco después aparecieron los triploblásticos con una tercera capa llamada mesoderma, que creaba muchos otros órganos en la larva. Se sabe que los primeros animales existentes fueron marinos (invertebrados), como las esponjas de mar, las estrellas de mar, los corales y las medusas.

Referencias bibliográficas

  1. Flickr: https://www.flickr.com/photos/jsjgeology/14486055835/in/photostream/
  2. GSU: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Biology/celrep.html