- Los primeros
antecedentes - Redi y Spallanzani contra los
vitalistas - Pasteur y la generación
espontánea - La alternativa
materialista - La evolución
química del universo - La síntesis
prebiológica de compuestos
orgánicos - Los sistemas
precelulares - Los primeros seres
vivos - De heterótrofos a
autótrofos - De sencillo a
complejo - La vida en el
universo
La preocupación por conocer el origen de los
seres vivos que nos rodean es, sin duda, tan antigua como el
momento mismo en que las primeras sociedades
humanas iniciaron el proceso de
racionalización de sus relaciones de dependencia con la
naturaleza y
las empezaron a transformar en relaciones de dominio.
Para los primeros recolectores de frutos, para los
cazadores y los agricultores primitivos, era una experiencia
común observar cómo los animales
podían engendrar descendencia semejante a los
progenitores.
De estas observaciones surgió la idea de la
generación espontánea, que habría de
resultar una explicación útil, no sólo para
comprender un fenómeno que era observado cotidianamente,
sino que incorporado a los sistemas
religiosos, se convirtió en el instrumento de
creación de la vida en la Tierra que
utilizó la multitud de dioses de las mitologías de
todos los tiempos.
Estas ideas creacionistas, impregnadas de un fuerte
carácter idealista, fueron enriquecidas por
las culturas mesopotámica y egipcia, y transmitidas a los
filósofos jónicos que habitaban en
las ciudades griegas del Asia
Menor.
Las teorías
de la generación espontánea fueron desarrolladas
por los griegos, pero aquellos que fundaron o pertenecían
a las corrientes materialistas del pensamiento
suprimieron de ellas los elementos místicos, o intentaron
reducirlos a su mínima expresión. Para Tales de Mileto,
Anaximandro, Jenófanes y Demócrito, la vida
podía surgir del lodo, de la combinación del
agua con el
fuego, del mar, o de cualquier otra combinación de los
elementos; pero en todo este proceso los
dioses no intervenían, ya que habían sido
suprimidos o relegados a planos de menor importancia.
Este punto de vista habría de encontrarse con la
oposición obstinada de los idealistas y en particular de
Platón,
quien, dos siglos más tarde, predicaría en Atenas
un sistema
filosófico de carácter
idealista con el que pretendería encadenar al hombre y a la
naturaleza
misma a un mundo supernatural regido por los dioses.
Es difícil apreciar en toda su magnitud el
valor de la
obra de Aristóteles en las ciencias, y en
particular en la biología; algunas de
sus observaciones no sólo subsistieron durante toda la
antigüedad, sino que siguen siendo válidas hasta
nuestros días. Pero sus ideas sobre el origen de la vida
fueron menos acertadas y reflejan claramente el carácter
idealista de su filosofía
Es cierto que surgieron luego otras concepciones
materialistas que se oponían a estos esquemas
idealistas.
Sin embargo, los puntos de vista aristotélicos se
afianzaron y permanecieron casi indiscutibles durante cerca de
dos mil años; el establecimiento de la Iglesia
cristiana en el Imperio Romano y
las hábiles piruetas filosóficas de los Concilios y
los neoplatónicos, incorporaron las ideas creacionistas de
Platón
y Aristóteles a los dogmas teológicos,
transformando y reagrupando algunos conceptos, como el de la
entelequia, que pronto pasó a ser equivalente al del
alma.
La Iglesia
aceptó de buen grado la idea de la generación
espontánea, ligándola a la mitología bíblica, y las obras e
ideas de los materialistas fueron olvidadas o
perseguidas.
REDI Y SPALLANZANI
CONTRA LOS VITALISTAS
En su libro Ortus
Medicinae dice:
… Las criaturas tales como los piojos, garrapatas,
pulgas y gusanos son nuestros miserables huéspedes y
vecinos, pero nacen de nuestras entrañas y excrementos.
Porque si colocamos ropa interior llena de sudor con trigo en
un recipiente de boca ancha, al cabo de veintiún
días el olor cambia y el fermento, surgiendo de la ropa
interior y penetrando a través de las cáscaras de
trigo, cambia al trigo en ratones. Pero lo que es más
notable aún es que se forman ratones de ambos sexos, y
que éstos se pueden cruzar con ratones que hayan nacido
de manera normal … Pero lo que es verdaderamente
increíble es que los ratones que han surgido del trigo y
la ropa íntima sudada no son pequeñitos, ni
deformes ni defectuosos, sino que son adultos perfectos!
…
La actitud de los
hombres había sufrido cambios sustanciales con la
desaparición del feudalismo.
Incrédulos, los científicos reavivan su capacidad
crítica; se empiezan a librar de la pesada carga que
constituía la herencia de
Aristóteles y comienzan a someter a la
experimentación todas las ideas y teorías. Imbuido plenamente de este
espíritu, Francesco Redi, un médico toscano asesta
en 1668 los primeros golpes experimentales a la teoría
de la generación espontánea. Preocupado por el
origen de los gusanos que infestaban la carne, logró
demostrar que éstos no eran sino larvas que
provenían de los huevecillos depositados por las moscas en
la misma carne. Sus experimentos,
vistos ahora, nos parecen sencillos: simplemente colocó
trozos de carne en recipientes tapados con muselina. No solamente
no se agusanó la carne, sino que al examinar la tela pudo
observar en ella los huevecillos que no habían podido
atravesarla.
En Inglaterra,
Needham intentó demostrar la existencia de una fuerza vital
mediante cientos de experimentos, en
los cuales llenaba botellas con caldos nutritivos, los
hervía durante dos minutos aproximadamente, y luego las
sellaba. Inevitablemente, y a pesar de todas sus precauciones,
los caldos se infestaban de microorganismos. Needham
concluyó que la generación espontánea de
microorganismos era el resultado obligado de la materia
orgánica en descomposición, al ser animada por una
fuerza
vital.
Pero, en Italia, Lazzaro
Spallanzani no aceptó las conclusiones de Needham.
Convencido de que los resultados que éste había
obtenido eran provocados por una esterilización
insuficiente, repitió los experimentos hirviendo sus
medios de
cultivo durante lapsos mayores, y en ningún caso
aparecieron microbios en ellos.
PASTEUR Y LA
GENERACIÓN ESPONTÁNEA
En realidad, Pasteur había trabajado desde antes
de 1862 en los problemas de
la acidificación de la leche, de la
fermentación del jugo de uva y de la
transformación del vino en vinagre. Esta experiencia le
permitió diseñar una serie de experimentos
sencillos y elegantes que acabaron por negar por completo la idea
de la generación espontánea.
Lo primero que hizo Pasteur fue demostrar que en el
aire había
una gran cantidad de microorganismos. Para ello, filtró
aire a
través de algodón, que luego disolvió, y
pudo así observar en el residuo sólido que
obtenía una gran cantidad de microorganismos.
Lo que Pasteur no dijo en público, fue su
convicción de que en la historia de la Tierra la
generación espontánea tuvo que haber ocurrido al
menos una vez, porque, de otra forma, ¿cómo
explicar el origen de los seres vivos?
Ciertamente los experimentos de Pasteur representaron un
triunfo de la ciencia
contra el oscurantismo y el misticismo de los vitalistas; pero
también vinieron, a colocar en aprietos a los
científicos que se quedaban por el momento sin la
única teoría
que explicaba el origen de la vida
en la Tierra. Los
experimentos de Pasteur eran, en este sentido, concluyentes e
irrefutables.
MECANICISMO Y PANSPERMIA
La atención que atrajeron sobre sí los
resultados de los experimentos de Pasteur, habría de
provocar el abandono parcial del estudio del origen de la
vida.
Pero no todos compartían este desdén por
una cuestión tan fundamental. Algunos, como los
científicos que pertenecían a las escuelas
mecanicistas, trataron de resolverlo, aunque infructuosamente, al
proponer que en el pasado había surgido, gracias a un
feliz accidente, una "molécula viviente".
Otra posible solución fue sugerida por Arrhenius
en 1908, quien propuso lo que él llamó la
teoría de la panspermia. De acuerdo con ésta, la
vida habría surgido en la Tierra
desarrollándose a partir de una espora o una bacteria que
llegó del espacio exterior, y que a su vez se
habría desprendido de un planeta en el que hubiese vida. A
la teoría de la panspermia, sin embargo, era fácil
oponer dos argumentos: por una parte, las condiciones del medio
interestelar son poco favorables para la supervivencia de
cualquier forma de vida, incluyendo las esporas y, por otro lado,
Arrhenius no solucionaba el problema del origen de la vida ya que
no explicaba cómo se podría haber originado en ese
otro planeta hipotético del cual se habría
desprendido la espora o la bacteria.
DARWIN, ENGELS Y EL EVOLUCIONISMO
A partir de la segunda mitad del siglo XIX, el pensamiento
científico había sufrido una transformación
revolucionaria con la aparición de la obra de Charles
Darwin, El origen
de las especies. Si bien es cierto que muchos autores anteriores
a Darwin se
habían preocupado por el problema de la evolución de las especies, él fue el
primero en proponer que las especies no son invariables, sino
que, basado en su teoría de la selección
natural, postulaba que cambiaban constantemente.
Darwin no habla en su obra, explícitamente del
problema del origen de los seres vivos, pero ciertamente daba un
marco de referencia estrictamente materialista para estudiarlo,
restando con ello toda validez al pensamiento vitalista.
Más aún, Darwin, con su prudencia característica, que le llevó a no
abordar públicamente el asunto, en privado escribió
a un amigo diciendo que:
… si pudiéramos (y qué "si" tan grande)
concebir un pequeño charco de agua templada,
con toda clase de sales nitrogenadas y fosfóricas, y con
luz, calor y
electricidad,
se formaría químicamente de allí un
compuesto proteínico capaz de sufrir transformaciones
aún más complejas, pero hoy en día un
compuesto así sería inmediatamente devorado o
absorbido; y
esto no hubiera ocurrido antes de que aparecieran los
seres vivos…
Ciertamente, aquí están plasmadas las
ideas de Darwin acerca del origen de la vida; pero ni las hizo
públicas, ni tampoco el desarrollo de
la ciencia en sus
días, en especial el de la química
orgánica, había alcanzado un nivel que permitiese
la comprobación experimental de esta
posibilidad.
Federico Engels, por su parte, preparando su obra
Dialéctica de la naturaleza, se preocupó
también por el origen de la vida.
Engels señaló claramente que la vida en la
Tierra no era el resultado de la intervención divina ni un
accidente de la materia, sino
que representaba un paso más en los procesos de
evolución de la naturaleza, dentro de los
cuales la materia puede alcanzar niveles de complejidad
creciente, yendo de lo inorgánico a lo orgánico y
de lo orgánico a lo biológico.
LA TEORÍA DE OPARIN-HALDANE
En 192 1, un joven bioquímico soviético,
Alexander I. Oparin, presentó ante la Sociedad Botánica de Moscú un breve trabajo
en el que concluía que los primeros compuestos
orgánicos se habían formado
abióticamente sobre la superficie del planeta, previamente
a la aparición de los seres vivos, y que éstos se
habían desarrollado a partir de las sustancias
orgánicas que les precedieron. En 1924 apareció un
libro del
propio Oparin titulado El origen de la vida, en ruso, en donde
desarrollaba con bastante más detalle su hipótesis materialista sobre el origen de
la vida.
EL REPLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La teoría de Oparin-Haldane habría de
influir, de una manera decisiva, sobre prácticamente todos
los científicos que se preocuparon por el problema del
origen de la vida a partir de 1930, gracias a que sus
planteamientos abrían, por una parte, la posibilidad de
experimentar diversas alternativas y por otra, el desarrollo de
diversas disciplinas científicas como la bioquímica, la astronomía, la geología y
muchas otras más que permitieron ir reconstruyendo los
procesos de
evolución previos a la aparición de la vida en la
Tierra.
LA
EVOLUCIÓN QUÍMICA DEL
UNIVERSO
EL ORIGEN DE LOS ELEMENTOS
QUÍMICOS
Aproximadamente el 95% de la materia viviente
está constituida por hidrógeno, carbón,
nitrógeno y oxígeno, que junto con muchos otros
elementos de la Tabla
Periódica se encuentran organizados formando proteínas,
ácidos
nucleicos, lípidos y
carbohidratos
y muchas otras moléculas complejas. Estos mismos elementos
son los más abundantes en el
universo.
La respuesta a esta pregunta la podemos encontrar
estudiando la estructura y
la evolución de las estrellas. Estos cuerpos, que se
forman a partir del colapso gravitacional de grandes nubes de
hidrógeno y polvo que existen en la galaxia, alcanzan
temperaturas y presiones tan grandes en su interior que generan
energía que se convierte en radicación luminosa que
es emitida al espacio.
LAS MOLÉCULAS INTERESTELARES
Como resultado de los procesos de evolución
estelar, las nubes de hidrógeno y polvo que existen entre
las estrellas de la galaxia se van enriqueciendo en elementos
químicos. Debido a las bajas densidades del medio
interestelar, se consideraba que era poco probable que los
átomos interaccionaran entre sí para formar
compuestos químicos. A pesar de que en 1937 se
descubrieron moléculas interestelares sencillas, como los
radicales metilidina (CH+) y cianógeno (CN-), se pensaba
que solamente existían en cantidades minúsculas, y
que no podrían existir moléculas más
complejas.
La mayoría de las moléculas que se han
descubierto en el medio interestelar tienen un carácter
orgánico; es decir, contienen al menos un átomo de
carbón en su estructura.
Por otra parte, debido a que el formaldehído y el
ácido cianhídrico, que son muy abundantes en el
medio interestelar, reaccionan fácilmente entre sí
para formar aminoácidos, es posible que en las nubes
más densas del material interestelar existan
moléculas más complejas como la glicina y la
alaniha, dos aminoácidos sencillos, y otras tales como la
purina y la urea.
EL ORIGEN DEL SISTEMA
SOLAR
Las nubes más densas y oscuras de la galaxia,
donde las moléculas existen en mayor abundancia, se
encuentran también sujetas a un proceso de
contracción gravitacional, durante el cual se fragmentan
en trozos de diferente masa y tamaño.
Hace aproximadamente cuatro mil quinientos millones de
años el Sol
empezó a emitir energía generada por procesos
termonucleares que ocurrían en su interior, y al hacerlo
empujó hacia las partes externas de la nebulosa solar el
material gaseoso más ligero. Los planetas que
se formaron a partir de la condensación del material del
disco que giraba alrededor del Sol quedaron separados en dos
grandes grupos, de
acuerdo con su composición química.
LA SÍNTESIS
PREBIOLÓGICA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
LA TIERRA PRIMITIVA
Si bien es cierto que la Tierra se formó, junto
con el resto del Sistema Solar, de
una nube densa de material interestelar que contenía una
gran cantidad de compuestos
orgánicos, es poco probable que estas moléculas
hayan podido sobrevivir a las altas temperaturas que se generaron
en las partes internas de la nebulosa solar durante su
colapso.
EL EXPERIMENTO DE MILLER-UREY
uno de los primeros experimentos que vino a demostrar
que los procesos de evolución química que
antecedieron a la vida pudieron haber ocurrido en la Tierra
primitiva, fue el que realizó en 1953 Stanley L. Miller,
trabajando bajo la dirección del profesor Harold C. Urey. Para
llevarlo a cabo intentaron simular en el laboratorio
las posibles condiciones de la atmósfera secundaria
de la Tierra. Colocaron una mezcla de hidrógeno, metano y
amoniaco en un matraz, al que le llegaba constantemente vapor de
agua y en el cual se colocaron electrodos que produjeron
descargas eléctricas durante una semana; al cabo de
ésta, se analizó el agua que se
había condensado al enfriarse y que tenía disueltos
los productos de
las reacciones
químicas.
SIMULANDO LA TIERRA PRIMITIVA
Usando diferentes fuentes de
energía y mezclas de
gases, los
investigadores rápidamente llegaron a una
conclusión: siempre que no existiese oxígeno
libre en los dispositivos experimentales donde se simulaba la
atmósfera
primitiva, se podían formar compuestos orgánicos
complejos..
Los experimentos posteriores, si bien estaban basados en
los principios
generales del de Miller-Urey, se fueron haciendo cada vez
más complicados. Ya no solamente se simulaba la
atmósfera primitiva sino, como lo hizo Ponnamperuma,
también la hidrosfera, colocando un matraz en el que
el agua se
vaporizaba y acumulaba todos los productos de
la reacción de una atmósfera reductora que en
contacto directo con ella, formaba una "sopa
primitiva".
LAS REACCIONES DE CONDENSACIÓN
El siguiente paso trascendental en la evolución
prebiológica era la aparición de los enlaces
cóvalentes que permitiría la formación de
moléculas tales como los nucleótidos, los
péptidos y los lípidos, y
la posterior aparición de polímeros como los
polisacáridos, los polinucleótidos y los
polipéptidos. Sin embargo, para que éstos
polímeros se puedan formar, es necesario que ocurran las
llamadas reacciones de condensación, que implican la
formación de moléculas de agua a partir de grupos
químicos presentes en los movimientos que se unirán
entre sí por medio de enlaces covalentes.
EL PROBLEMA DE LA ASIMETRÍA
Estamos habituados a considerar algunos objetos que
existen en la naturaleza como imágenes
especularas de otros. Por ejemplo, la mano derecha es en cierta
forma la imagen especular
de la mano izquierda aun cuando su forma sea básicamente
la misma, el hecho de que la una sea la imagen al espejo
de la otra, impide que podamos utilizar un guante izquierdo para
una mano derecha, y análogamente, no podemos superponer
una mano izquierda a una derecha. Con las moléculas, sobre
todo con las más complicadas, sucede lo mismo: existen dos
formas, una de ellas orientada hacia la derecha, que se designa
anteponiendo la letra D al nombre de la molécula y otra,
que puede ser químicamente idéntica, que es la
imagen especular orientada hacia la izquierda, y que se designa
anteponiendo la letra L.
LA FORMACIÓN DE SISTEMAS
POLIMOLECULARES
Paralelamente a la formación abiótica de
los polímeros que ocurría en las arcillas y los de
los charcos situados en la orillas de los mares primitivos, se
daba un proceso de gran importancia cualitativa: formación
de pequeños sistemas constituidos por gotitas de agua de
tamaño microscópico en las que se encontraban
disueltas grandes cantidades de estos mismos polímeros y
de muchas sustancias orgánicas.
Este tipo de sistemas, que seguramente antecedieron a la
formación de las primeras células,
representan un cambio
fundamental en la
organización de la materia que podemos estudiar a
partir de modelos que
fácilmente se forman en el laboratorio,
tales como los coacervados y las microesférulas
proteicas.
LOS COACERVADOS
Uno de los modelos,
más. estudiados como un posible antecesor de las primeras
células
es el de los coacervados. Originalmente fueron sugeridos como un
modelo del
citoplasma por un químico holandés, B. de Jong,
quien demostró que mezclando dos soluciones
diluidas de compuestos de alto peso molecular, como proteínas
y carbohidratos,
se podían obtener gotitas microscópicas donde las
macromoléculas tendían a agregarse como resultado
de cargas eléctricas opuestas. Estas gotitas, que Jong
llamó. coacervados, quedaban suspendidas en la matriz
líquida, en la cual se daba una disminución notable
en la concentración de las macromoléculas a medida
que éstas se iban acumulando en las gotas de
coacervado.
LAS MICROESFÉRULAS PROTEICAS
Sidney W. Fox, en cambio, ha
sugerido que las primeras células fueron directamente
precedidas por lo que él ha llamado microesférulas
proteicas, que son pequeñas gotitas que se forman en
soluciones
concentradas de proteinoides, y cuyas dimensiones son comparables
a las de una célula
típica. Estas pequeñas esferas, que suelen ser muy
resistentes, se forman fácilmente y en grandes cantidades
a partir de aminoácidos que se polimerizan por
acción del calor; estos
proteinoides, disueltos en agua hirviendo, dan lugar a las
microesférulas al enfriarse la solución, y en
condiciones, adecuadas de pH y de
concentraciones salinas.
SULFOBIOS Y COLPOIDES
A principios de la
década que se inició en 1930, un científico
mexicano, don Alfonso L. Herrera, preocupado también por
el problema del origen de la vida, empezó a experimentar
con una serie de estructuras
minúsculas, con apariencia de microorganismos, que formaba
a partir de la mezcla de diferentes proporciones de sustancias
tales como aceite, gasolina y diversas resinas. De esta forma,
logró obtener una gran variedad de estructuras,
algunas de las cuales, enviadas a diferentes
microbiólogos, fueron identificadas como diversas especies
de microorganismos.
En 1942 publicó un artículo en el que
describió la formación de lo que llamó
sulfobios, que no eran sino microestructuras organizadas con
apariencia de células, formadas a partir de tiocianato de
amonio y formalina. Informaba, al mismo tiempo, de la
síntesis de dos aminoácidos y de
otros productos, de condensación, incluyendo algunos
pigmentos.
EL ORIGEN DE LAS MEMBRANAS
El estudio de los posibles precursores de las
células demuestra la importancia de aislar el interior de
las gotas de coacervados o de las microesférulas del medio
externo, permitiendo al mismo tiempo el
intercambio de materia y energía. Este tipo de funciones, junto
con otras más complejas, las realizan actualmente las
membranas biológicas, y están directamente
relacionadas con su estructura misma.
EL ORIGEN DEL CÓDIGO
GENÉTICO
Todos los seres vivos en la Tierra poseen dos tipos
fundamentales de moléculas, sin las cuales no podemos
imaginarnos la existencia de sistemas vigentes: las
proteínas y los ácidos
nucleicos. En particular, la compleja molécula de DNA,
cuya estructura de doble hélice conocemos gracias a los
trabajos de Wilkins, Watson y Crick, es el centro coordinador de
un conjunto de complicadas reacciones
químicas que permiten el mantenimiento
de la vida y la evolución de los organismos.
En segundo lugar, la molécula de DNA, puede
producir copias de sí misma, garantizando la continuidad
genética a
medida que los organismos se van reproduciendo, al transmitir a
sus descendientes la información necesaria para la
síntesis de sus propias proteínas. Sin embargo,
durante este proceso pueden ocurrir cambios en la molécula
de DNA que se ha autocopiado. De este modo, la información que se transmite es alterada,
produciendo mutaciones que permiten la eventual evolución
de los sistemas biológicos.
DE PROTOBIONTES A EUBIONTES
La aparición de sistemas polimoleculares cada vez
más complejos condujo con toda seguridad a un
número muy grande de estructuras precelulares que se
diferenciaban entre sí por su grado de organización interna, por el tipo de
sustancias que los conformaban y por su estabilidad. Todos ellos,
sin embargo, tenían una propiedad en
común, fundamental para su evolución: eran sistemas
abiertos, capaces de intercambiar constantemente materia y
energía con el medio
ambiente, creciendo y fragmentándose a menudo en otros
sistemas similares. Este nuevo nivel de organización de la materia llevó a
la aparición de lo que Oparin ha llamado los protobiontes,
es decir, de los sistemas precelulares que en el curso de
millones de años fueron adquiriendo gradualmente las
características de complejidad que les
permiten convertirse en los antecesores directos de los primeros
seres vivos.
EL CASO DE LOS VIRUS
El estudio de los virus ha
demostrado que en su mayoría no son sino pequeñas
cápsulas de proteínas que rodean una
molécula de un ácido nucleico; este tipo de
estructura, aparentemente tan simple, ha llevado a algunos a
sugerir que los virus son los
representantes contemporáneos de los primeros organismos
que aparecieron en la Tierra.
Al pequeñísimo tamaño de los virus
que permite verlos únicamente al microscopio
electrónico, y a su simplicidad estructural, hay que
agregar una propiedad
igualmente sorprendente: las soluciones virales se pueden
cristalizar y permanecer inertes por años. Pero cuando los
cristales se disuelven en agua y se ponen en contacto con
células vivas, los virus las pueden infestar
inmediatamente.
LOS FÓSILES MÁS ANTIGUOS
El estudio de las rocas
sedimentarias del Precámbrico ha permitido reconstruir
parte de la historia de los inicios de
la vida en nuestro planeta. No ha sido ésta una tarea
fácil: muy pocos de los sedimentos de mayor
antigüedad has escapado a las alteraciones a que está
sujeta la corteza terrestre por acción de los procesos
geológicos que la transforman constantemente.
A pesar de ello, los trabajos de los
micropaleontólogos, entre los que destacan Tyler,
Barghoorn y Schopf, han logrado demostrar la existencia de
fósiles microscópicos en rocas
sedimentarias precámbricas localizadas en la
formación de Fig Tree, en el África del Sur, y que
tienen una edad de aproximadamente tres mil doscientos millones
de años.
LA APARICIÓN DE LOS
AUTÓTROFOS
Los primeros seres vivos que aparecieron en la Tierra
eran seguramente muy similares a los organismos unicelulares
más primitivos que existen actualmente, tales como las
bacterias
Y las algas verde-azules. Tenían, sin embargo, un
rasgo distinto: con seguridad eran
heterótrofos; es decir, no fabricaban sus propios alimentos, sino
que los tomaban ya elaborados de la gran cantidad de materia
orgánica disuelta en los mares primitivos, y que se
había formado abióticamente.
Estas sustancias, incorporadas al interior de las
primeras células, eran utilizadas para obtener
energía aprovechable biológicamente por medio de la
fermentación anaerobia, un proceso que es
poco eficiente desde un punto de vista energético.
Seguramente en forma similar a como la realizan algunas bacterias
contemporáneas, como las responsables de la gangrena, eran
capaces de fermentar muchos tipos de carbohidratos; pronto se
dio, por un proceso de evolución biológica, un gran
salto, al aparecer bacterias que eran capaces de incorporar el
dióxido de carbono
(CO2 )presente en la atmósfera a compuestos
reducidos de origen metabólico utilizando para ello el
ácido sulfhídrico (H2S)
atmosférico mediante procesos fotosintéticos
primitivos. Aparecieron después bacterias que utilizaban
las moléculas de sulfatos, mucho más
energéticas, liberando a su vez el H2S como un
producto
secundario.
LA TRANSFORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA
REDUCTORA
La aparición de organismos fotosintéticos
que liberaban oxígeno provoco una serie de cambios
fundamentales en la composición química de la
atmósfera terrestre. Aunque algunas moléculas de
agua eran fotodisociadas por la radiación
ultravioleta, lo cual provoca la formación de una
pequeña capa de ozono,
la atmósfera tenía un carácter
básicamente reductor, dado por la presencia de
hidrógeno libre y compuestos hidrogenados. Sin embargo,
como resultado de los procesos fotosintéticos que
ocurrían en los organismos que contenían clorofila,
hace unos tres mil millones de años se empezó a
acumular lentamente el oxígeno libre en la
atmósfera, transformando se de reductora a
oxidante.
LA EVOLUCIÓN DEL METABOLISMO
Aunque los primeros seres vivos que surgieron en la
Tierra eran muy sencillos tanto estructural como funcionalmente,
requerían de cualquier manera de un aparato
catalítico, tal vez de origen abiótico
inicialmente, capaz de regular las tasas de las reacciones
químicas que formaban la base de su metabolismo.
Sin embargo, en el curso de la evolución biológica
fueron apareciendo sustancias cada vez más complejas y
específicas, cuya presencia en un organismo implicaba un
metabolismo
más eficiente, y que podían ser transmitidas a los
descendientes que eran entonces más competentes que otros
en las poblaciones primitivas, para sintetizar proteínas.
Es decir, que como resultado de un cambio en la
información genética
de un organismo, aparecían mutaciones con ventajas
selectivas que eran transmitidas a sus descendientes, de manera
que las generaciones sucesivas tendrían una frecuencia
cada vez mayor de la nueva capacidad
metabólica.
LA EVIDENCIA FÓSIL
Los resultados de las investigaciones
que Barghoorm y sus colaboradores han desarrollado trabajando en
rocas sedimentarias provenientes de la llamada formación
Gunflint, en Canadá, aportan evidencias concretas sobre la
evolución de los organismos fotosintéticos durante
el periodo precámbrico.
Al analizar muestras de la formación Gunflint,
que tiene una edad de aproximadamente dos mil millones de
años, han logrado identificar una gran variedad de
fósiles muy similares a algunas algas verde-azules
contemporáneas, sobre todo las pertenecientes a los
géneros Oscillatoria y Lyngbya. La mayor parte de los
fósiles encontrados en esta formación, son
estructuras filamentosas que llegan a tener hasta varios cientos
de micras de largo y en las cuales es posible distinguir
estructuras internas como tabiques de separación. Algunos
fósiles asociados a estas estructuras son de forma
esférica; tal vez representen cianofíceas
unicelulares, aunque algunos autores piensan que podría
tratarse de las endoesporas fosilizadas de las formas
filamentosas.
PROCARIONTES Y EUCARIONTES
Con la excepción de los virus, que
podríamos llamar acelulares, todos los organismos
terrestres pertenecen a una u otra de estas dos
categorías: la de los organismos formados por
células que carecen de núcleo, llamados
procariontes, o bien la de los formados por células que
poseen un núcleo, o sea los eucariontes.
Esta distinción entre dos grupos de seres vivos,
cuya importancia evolutiva ha sido comprendida apenas
recientemente, en opinión de muchos biólogos, tiene
un significado mayor que la separación de los organismos
en plantas y
animales, que
era la base de los esquemas tradicionales de
clasificación.
Ambos tipos de organismos pueden estar representados por
formas unicelulares o pluricelulares; aunque los procariontes
nunca llegan a alcanzar la complejidad y el tamaño de los
eucariontes pluricelulares. De hecho, los procariontes
típicos, como las bacterias y las cianofíceas, son
organismos simples, en los cuales las moléculas de DNA se
encuentran mezcladas con el resto del material del citoplasma, en
el cual no existen mitocondrias, cloroplastos ni estructuras
ciliares complejas. Las células procariontes, de
dimensiones reducidas, se nutren básicamente por
absorción de material, aunque existe un número
considerable de bacterias fotosintéticas y de algas
verde-azules; en general, las procariontes se reproducen por
fisión o por otros mecanismos igualmente
sencillos.
LA TEORIA SIMBIOTICA DE LA EVOLUCION
Lynn Margulis, en cambio, ha sugerido una alternativa
radicalmente diferente respecto de la teoría que sostiene
que las células eucariontes evolucionaron de una especie
procarionte por procesos de diferenciación intracelular.
Basándose también en el hecho de que existe
material genético en cloroplastos y mitocondrias que es
independiente del contenido en el núcleo, Margulis ha
propuesto que estos organelos eran en realidad organismos
procariontes independientes que vivían en ámbitos
cercanos y que entraron en simbiosis dando origen a las
células eucariontes.
Esta teoría sugiere que los cloroplastos, las
mitocondrias y los flagelos de las células eucariontes no
son sino los remanentes de procariontes que se simplificaron a lo
largo de un proceso de endosimbiosis. Margulis ha supuesto que la
secuencia de los eventos que
condujeron a la aparición de los eucariontes estuvo
precedida por la presencia, en la Tierra primitiva, de
procariontes ancestrales entre los cuales existían formas
heterotráficas y otras fotoautotróficas. Prosigue
diciendo que un procarionte amiboideo engulló, sin
digerirlo, un organismo procarionte de respiración aerobia, que persiste hasta la
fecha en forma modificada como mitocondria en las células
eucariontes contemporáneas.
Después, este primer sistema simbiótico se
asoció con procariontes semejantes a las espiroquetas,
adquiriendo de esta manera un mecanismo de movilidad que luego se
transformó, en el curso del tiempo, en el mecanismo
mitótico y en los flagelos de las eucariontes actuales. De
este sistema, ciertamente más complejo surgieron las
células eucariontes animales. Otros sistemas, en cambio,
ya con procariontes semejantes a las espiroquetas asociadas a
ellos, entraron a su vez en simbiosis con procariontes
fotosintéticos tales como las cianofíceas o las
bacterias fotosintéticas, de donde surgirían
después los antecesores de las algas eucariontes y de las
plantas
verdes.
Finalmente, la diferenciación de una membrana
nuclear, la aparición de un mecanismo mitótico que
permitía una distribución más adecuada del
material genético y el surgimiento de los cromosomas
marcó la aparición de las células
eucariontes contemporáneas.
LA FAGOCITOSIS Y EL ORIGEN DE LOS
EUCARIONTES
Una tercera teoría para explicar el origen de las
células eucariontes a partir de las procariontes ha sido
sugerida recientemente por Cavalier-Smith; él supone que
la evolución de la endocitosis (fagocitosis y pinocitosis)
pudo haber jugado un papel
fundamental en la aparición de las células
eucariontes. Pero a diferencia de Margulis, no propone que este
proceso de fagocitosis haya sido importante para conducir a la
endosimbiosis, sino que proveyó a las procariontes
iniciales de un mecanismo físico para lograr la
compartamentalización celular, que permite entender no
únicamente los orígenes de las mitocondrias, los
plástidos y aun el núcleo mismo, sino
también sus propiedades características.
Cavalier-Smith supone que el ancestro común a
todas las eucariontes era una cianofícea unicelular,
facultativamente fototrófica, incapaz de fijar
nitrógeno, pero que podía liberar oxígeno
mediante procesos fotosintéticos y capaz también de
realizar respiración aerobia basada en citocromos y
otras moléculas transportadoras de electrones. El primer
paso que conduciría a las eucariontes sería la
pérdida de la pared celular en un alga de este tipo, que
viviese en un medio bentónico poco profundo y rico en
restos orgánicos y bacterias que pudiese engullir. La
aparición de compartimientos intracelulares como resultado
de la fagocitosis llevaría entonces a la
especialización de cada uno de estos compartimientos en
funciones
específicas, lo cual daría una ventaja selectiva
sobre otras células en las cuales este proceso no se
hubiese llevado a cabo.
LA DIVERSIFICACIÓN DEL MUNDO
VIVO
Aún cuando no comprendemos los procesos que
dieron origen a las eucariontes, su aparición hacia el
final del Precámbrico marca un cambio
fundamental en la
organización y la evolución de los seres vivos.
La aparición de células nucleadas abría las
puertas a la reproducción sexual, la cual involucra la
recombinación de las características heredables, y
que es la clave de la variabilidad genética que
llevó a una complejidad creciente de forma y función a
todos los niveles de organización
biológica.
LA EXOBIOLOGíA
La posibilidad de que exista vida extraterrestre ha
inquietado a los hombres de ciencia y a
los filósofos desde tiempos muy antiguos. En el
siglo XVI, Giordano Bruno escribió una obra en la que
afirmó que las estrellas no eran sino otros soles, en
torno a los
cuales también giraban planetas donde
existían múltiples formas de vida. Las ideas de
Bruno, demasiado avanzadas para su época, lo
habrían de conducir a la muerte.
Víctima de la intolerancia religiosa y de la
superchería eclesiástica, en 1600 es llevado a la
hoguera de la Inquisición en Roma.
Poco a poco se fueron extendiendo entre los hombres de
ciencia concepciones similares a las de Bruno, Kepler, Newton y
muchos otros más estaban seguros de que
existía vida en otros planetas. En la mayoría de
los casos, sin embargo, estas ideas no eran sino especulaciones
que carecían de una base científica que pudiera
resistir sólidamente una crítica
cuidadosa.
La teoría de la panspermia de Arrhenius, por
ejemplo, tiene implícita la noción de vida
extraterrestre. Sin embargo, no fue sino hasta la
formulación de la teoría de Oparin-Haldane, que
explica satisfactoriamente el origen de los seres vivos en la
Tierra, cuando los hombres de ciencia contaron con un marco de
referencia adecuado que permitió fundamentar
científicamente la posibilidad de que en otras partes del
universo se
originasen y desarrollaran otras formas de vida.
VENUS Y MARTE
De todos los planetas que existen en el Sistema Solar, el
más parecido a la Tierra es Venus. Los tamaños, las
masas y las densidades de ambos planetas son muy similares;
además, se encuentran situados a distancias del Sol que de
alguna manera son comparables.
Esta similitud de características llevó a
algunos científicos a suponer que en la superficie de
Venus podrían existir organismos; sin embargo, la gran
cantidad de nubes que existen en su atmósfera
impedía el examen de su superficie y esta cuestión
permaneció abierta durante mucho tiempo, hasta que
descendieron en Venus satélites
espaciales enviados por Estados Unidos y
la URSS.
LOS PLANETAS EXTERIORES
Más allá de la órbita de Marte se
encuentran, en el Sistema Solar, muchos otros cuerpos de interés
para comprender los procesos de origen de la vida en la Tierra, y
de posibles implicaciones exobiológicas; sin embargo, las
temperaturas de esta parte del sistema planetario son
aparentemente demasiado bajas para permitir la aparición y
el desarrollo de organismos vivos.
A pesar de las bajas temperaturas, algunos cuerpos como
Júpiter y Titán (una de las lunas de Saturno),
pueden ser el sitio dónde estén ocurriendo procesos
de evolución química similares a los que
precedieron el origen de la vida en la Tierra. Júpiter es
el más masivo de todos los planetas del Sistema Solar, y
aunque un análisis somero podría suprimirlo
como un sitio de interés
desde un punto de vista exobiólógico, debido al
alto valor de su
gravedad y a sus bajas temperaturas, su atmósfera
está compuesta de metano, amoniaco, hidrógeno y
agua lo cual la hace comparable a la atmósfera secundaria
que alguna vez poseyó la Tierra.
¿BIOQUÍMICAS
EXÓTICAS?
A pesar de la extraordinaria diversidad que es posible
observar en el mundo vivo, existe una unidad bioquímica
fundamental entre todos los organismos terrestres, que dependen,
entre otros factores, de las propiedades químicas del
carbón y de la utilización del agua como un
solvente. Sin embargo, algunos autores han sugerido que en otras
partes del universo pudieran
existir formas de vida con químicas totalmente diferentes
de las de la vida terrestre, lo cual les permitiría
soportar condiciones ambientales en las que la vida, tal como la
conocemos, no se podría ni siquiera originar; una
posibilidad que a veces se menciona, por ejemplo, es la de
organismos que utilizarían como solvente el amoniaco, que
tiene un punto de congelación más bajo que el del
agua y que por tanto podría permanecer en estado
líquido en planetas donde el agua sería un
sólido; o bien, por el contrario, formas de vida basadas
en el silicio o el azufre, que podrían resistir
temperaturas mucho más altas que las que pueden soportar,
sin carbonizarse, los organismos terrestres.
¿OTROS SISTEMAS PLANETARIOS?
Si bien durante mucho tiempo se pensó que la
formación del Sistema Solar había sido el resultado
de algún evento relativamente poco frecuente en la
galaxia, como el choque de dos estrellas, hoy en cambio los
astrónomos se inclinan a creer que el origen de los
sistemas planetarios como el nuestro puede ser un proceso
común en la evolución de las nubes densas del
material interestelar.
¿Cuántos sistemas planetarios existen en
la Vía Láctea? Ésta es en realidad una
pregunta difícil de responder; a diferencia de las
estrellas que emiten luz, los planetas
únicamente reflejan la que reciben del Sol. Esto se
traduce en dificultades casi insuperables para poder observar
directamente planetas asociados a otras estrellas, aunque
sí los podemos detectar indirectamente a partir de
perturbaciones gravitacionales en el movimiento de
las estrellas alrededor de las cuales girasen. En la vecindad del
Sol existen varias estrellas que parecen tener asociados
compañeros oscuros cuyas masas son comparables a las masas
de Júpiter y Saturno, y quizás podrían
existir otros cuerpos de dimensiones comparables a las de nuestro
planeta.
Un gran número de estrellas de la galaxia se
encuentran formando los llamados sistemas múltiples, en
donde de existir planetas difícilmente se podrían
desarrollar sistemas biológicos. Un planeta asociado a un
sistema múltiple tendría seguramente órbitas
muy complejas que lo alejarían o lo acercarían
demasiado a las estrellas, lo cual provocaría grandes
variaciones en su temperatura,
que impedirían la aparición y desarrollo de la
vida.
A partir de la primera formulación de la
teoría de Oparin-Haldane, en poco más de cincuenta
años hemos logrado reunir, una cantidad impresionante de
conocimientos y datos
provenientes de diferentes disciplinas que se enlazan
fácilmente entre sí y nos permiten reproducir en
los laboratorios muchos de los pasos intermedios de la
evolución química que precedió a los
primeros organismos.
Las observaciones astronómicas y la
exploración de otros cuerpos del Sistema Solar, el estudio
de las rocas y los fósiles más antiguos de nuestro
planeta, los experimentos químicos en el laboratorio y el
estudio de la estructura y el funcionamiento de los seres vivos,
nos ha permitido reconstruir, al menos parcialmente, el camino
evolutivo de la materia hasta llegar a la aparición de la
vida.
Llegados a este punto, bien podemos preguntarnos
cuál es el sentido de investigar el origen de la vida en
la Tierra y en otras partes del universo, y qué
relación guarda con nuestras actividades cotidianas la
preocupación por comprender los procesos de
evolución de la materia. Estas preguntas son perfectamente
legítimas y responderlas sin duda alguna contribuye a
entender mejor el papel social
de la ciencia y
del científico mismo.
En realidad, la preocupación del hombre por
conocer el origen de los seres vivos no es sino parte de su lucha
constante por comprender a la naturaleza para poderla dominar.
Cuando el hombre se
preguntó por primera vez cuál era el origen de la
vida, estaba interesado en conocer cómo surgían los
animales y los vegetales que le dañaban o le beneficiaban.
Más aún, responder a esta pregunta le
permitía ubicar mejor sus propios orígenes y su
relación con el mundo.
Maribel Gonzalez Campos