Origen de la vida y evolución celular

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a formación de la Tierra y el resto del sistema solar está vinculada con la formación del universo. Hay datos que sugieren que el Universo no siempre estuvo disperso como lo esta ahora. Parece ser que hace 10 000 a 20 000 millones de años, el Universo era un cuerpo infinitamente compacto que estalló (el Gran Estallido o Big Bang), dispersando su materia en el espacio. Esta  materia se ha estado desplazan­do desde entonces, por lo cual el Universo esta en continua expansión. Cuando la materia se enfrió se formaron los átomos de diferentes elementos, en particular hidrógeno y helio.

Nuestro sol es una estrella que se formo hace 5 000 a 10 000 millones de años. Cuando la materia solar fue comprimida por fuerzas gravitacionales entró en ignición, produciendo una enorme cantidad de calor. Este calor desencadeno la formación de otros elementos a partir de hidrógeno y helio. Parte de esta materia fue expulsada del sol y se unió con detritos, polvo y gases alrededor del sol para formar los planetas.

La Tierra tiene unos 4 600 millones de años. La materia que la constituía originalmente se compactó como resulta­do de fuerzas gravitacionales; los elementos mas pesados -níquel y hierro- formaron el núcleo central, los elemen­tos de peso intermedio dieron origen al manto, y los ligeros permanecieron en la superficie. La primera atmósfera, formada en gran medida por los elementos mas ligeros; a saber: hidrogeno y helio, se perdió del planeta debido a que las débiles fuerzas gravitacionales terrestres no pudie­ron retener dichos elementos.

Se cree que al principio la Tierra era fría. Conforme continuaba  la compactación gravitacional se acumuló calor, al que contribuyó la energía de la desintegración radiactiva de algunos elementos. Este calor escapaba en ocasiones a través de fuentes termales y volcanes, que también produ­jeron gases. Estos gases constituyeron la segunda atmósfe­ra de la Tierra primitiva. Era una atmósfera reductora, con poco o nada de oxigeno libre. Entre esos gases se incluían dióxido de carbono (CO2), vapor de agua (H20), monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H2) y nitrógeno (N2). Tam­bién es posible que la atmósfera primitiva contuviera algo de amoniaco (NH3), sulfuro de hidrógeno (H2S) y metano (CH4). A medida que la Tierra se enfriaba con lentitud, se condensaba vapor de agua hasta que comenzaron a caer lluvias torrenciales, que formaron los océanos. La precipi­tación pluvial erosiono la superficie terrestre, aportando minerales a los océanos y haciéndolos salados.

 

 

 

ORIGEN  DE LA VIDA.

 

S

e cumplieron cuatro requerimientos para la evolu­ción química de la vida: 1 - ausencia de oxigeno libre, 2 - energía, 3 - "bloques de construcción" químicos, y 4 - tiempo.

 

1 - Primero, la vida sólo pudo haber comenzado en ausencia de oxigeno libre. El oxigeno es muy reactivo y habría degradado las moléculas orgánicas que son un paso necesario para el origen de la vida. Sin embargo, debido a que la atmósfera terrestre era fuertemente reductora, cualquier oxigeno li­bre habría formado óxidos con otros elementos.

2 -Un segun­do requerimiento era un lugar de alta energía, con violentas tormentas eléctricas, vulcanismo generalizado, bombardeo de meteoritos e intensa radiaci6n, incluyendo radiación ultravioleta del sol. Tal vez el sol "joven" producía mas radiación ultravioleta que el actual, además de que la Tierra carecía de una capa de ozono protectora que bloqueara gran parte de esa radiación.

3 -En tercer lugar, deben haber estado presentes las sustancias químicas necesarias como constituyentes para la evolución química. Entre ellas se incluían agua, minerales inorgáni­cos disueltos  y los gases de la atmósfera primitiva.

 4 - Un último requerimiento fue tiempo suficiente para que las moléculas se acumularan y reaccionaran. La edad de la Tierra, de unos 4 600 millones de años, es un tiempo adecuado para la evolución química.

 

Dado que las moléculas orgánicas son los componentes esenciales para los organismos vivos, consideremos la for­ma en que pudieron haberse originado. El concepto de que moléculas orgánicas

sencillas como azúcares, nucleótidos y aminoácidos pudieron formarse de manera espontánea a partir de materia prima no viva fue propuesto por vez primera en el decenio de 1920 por  Oparin, bioquímico ruso.

Su hipótesis fue sometida a prueba en el año de 1953 por Miller y Urey, quienes diseñaron un aparato que simulaba las condiciones que se pensaba prevalecieron en la Tierra primitiva. La atmósfera con que partie­ron era rica en hidrógeno metano agua y amoníaco. Sometieron esta atmósfera a una des­carga eléctrica, que simulaba relámpagos. El análisis de las sustancias producidas en una semana reveló que se habían sintetizado aminoácidos y otras moléculas orgánicas.

 

Oparin concibió que durante largos periodos las mo­léculas orgánicas pudieron acumularse en los mares some­ros, como un "mar de sopa orgánica". Considero que en tales condiciones las moléculas orgánicas más pequeñas (monómeros) se habrían unido para formar moléculas grandes (polímeros). Con base en datos acumulados desde la época de Oparin, la mayoría de los científicos piensan que la polimerización que habría formado proteínas, áci­dos nucleicos y otras grandes moléculas orgánicas no pudo ocurrir en mares someros sino que es posible que haya  ocurrido en  la superficie de las rocas o arcilla en cuyo caso la polimerización es mas probable y puede demostrarse experimentalmente. Los polímeros formados (es decir las grandes moléculas) se ensamblaron entre si constituyendo los llamados protobiontes estructuras parecidas en varios sentidos a formas de vida sencilla pero que no pueden ser considerados células vivas. Estos protobiontes a menudo “crecían” y se dividían. Su ambiente interno era químicamente distinto al ambiente externo, y en algunos casos podían ocurrir en su interior reacciones químicas es decir presentaban cierto metabolismo. Los científicos han logrado obtener varios tipos de protobiontes: microsfera, liposomas, coacervado. Oparin formo coacervados a partir de mezclas relativamente complejas durante sus experimentos, pero no puede considerarse células vivas sino “precélulas”.

  

EVOLUCIÓN CELULAR

 

 

 

E

s incuestionable qué las primeras células en surgir fueron procarióticas. En rocas de Australia y Sudáfrica se han obtenido fósiles microscópicos de células procarióti­cas con 3100 a 3 400 millones de años de antigüedad.

Algunas de las primeras células pueden haber sido heterótrofas es decir que obtenían del medio las moléculas orgánicas que requerían. Estos organismos primitivos tal vez consumían muchos tipos de moléculas que se habrían formado espontáneamente a lo largo de millones de años. Obtenían la energía necesaria para la vida fermentando estos compuestos orgánicos que abundaban a su alrededor. La fermentación es un proceso anaerobio es decir que ocurre en ausencia de oxígeno. Por lo que los primeros seres vivos eran organismos unicelulares, heterótros y anaeróbicos.

Antes de que se agotara la existencia de moléculas orgánicas generadas espontáneamente, podrían haber ocurrido mutaciones que dieron origen a organismos con una clara ventaja evolutiva, obtener la energía a partir de la luz solar mediante el proceso de la fotosíntesis. Surgieron así los seres autotróficos fotosintéticos.

Los primeros autótrofos fotosintéticos en romper moléculas de agua a fin de obtener hidrógeno fueron las cianobacterias. EI agua es muy abundante en la tierra, y la ventaja selectiva de romper estas moléculas permitió a las cianobacterias prosperar. En el proceso de rotura se libe­raba oxigeno (O2). A1 inicio, el oxigeno liberado por la fotosíntesis oxidó minerales del océano v la corteza terres­tre. Con el tiempo se libero mas oxigeno del que podía ser absorbido por estos sumideros (grandes depósitos), y di­cho gas comenzó a acumularse en los océanos y la atmós­fera.

Las Cianobacterias  aparecie­ran hace unos 3 100 a 3 400 millones de años. Las rocas de ese tiempo contienen restos de clorofila.  Hace unos 2 000 millones de años, las cianobac­terias habían producido oxigeno suficiente para que la atmósfera comenzara a cambiar de manera significativa.

A1 aumentar el contenido de oxigeno de la atmósfera, surgieron organismos aerobios que podían utilizarlo durante la respiración aeróbica.

EI incremento del oxigeno atmosférico tuvo un profundo efecto en la Tierra y en la vida. Primero, el oxigeno de la atmósfera superior reaccionó  para formar ozono, 03. EI ozono protege a la Tierra al

reflejar gran parte de la radiación ultravioleta proveniente del sol e impedir que llegue a la superficie terrestre. Permitió a los organismos vivir más cerca de la superficie en los ambientes acuáticos e incluso en tierra. Debido a que la energía de la radiación ultravioleta había sido necesaria para la formación espon­tánea de moléculas orgánicas, la síntesis de estas disminu­yó. Muchos de los seres anaeróbicos fueron afectados por el oxígeno y desaparecieron como especie.

  

 

 

 

APARICIÓN DE LAS CÉLULAS EUCARIOTAS (TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA)

 

 

E

s lógico considerar que los ancestros de los organismos modernos eran muy sencillos. Entre los organismos mo­dernos, las formas mas simples de vida celular son los procariotes. Recuerda que estas células carecen de envoltura nuclear así como de otros organelos membranosos, como mitocon­drias, retículo endoplásmico· cloroplastos y complejo de Golgi

 

  

Los eucariotes (células con núcleo verdadero) aparecieron en el registro paleontológi­co hace 1500 a  1700 millones de años. La teoría endosimbiótica, sugiere que las mitocondrias, los cloroplastos y quizás incluso los centríolos y los flagelos pueden haberse originado a partir de relaciones simbióti­cas entre dos organismos procarióticos. De este modo, los cloroplastos se consideran antiguas bacterias fotosintéticas (pero por lo general no cianobacterias), y las mitocondrias, antiguas bacterias aerobias. Estos endosimbiontes fueron “ingeridos” originalmente por la célula huésped pero no digeridos. Sobrevivieron y se reprodujeron junto con la célula huésped, de modo que las generaciones sucesivas de esta también contenían endo­simbiontes. Los dos organismos desarrollaron una rela­ción mutualista, y con el tiempo el endosimbionte perdió la capacidad de vivir fuera de su huésped.

Esta teoría estipula que cada uno de estos socios apor­tó a la relación algo de lo que el otro carecía. Por ejemplo, las mitocondrias dieron la capacidad de realizar la respi­ración aerobia, de la que carecía la célula huésped original; los cloroplastos dieron la capacidad de realizar la fotosíntesis.  La célula huésped propor­cionó un hábitat seguro y materias primas o nutrimentos.

La principal prueba en favor de la teoría endosimbió­tica es que mitocondrias y cloroplastos tienen su propio ADN  (en un cromosoma circular, de manera muy parecida a como ocurre en los procariotes) y sus propios ribosomas (parecidos a los ribosomas procarióticos más que a los eucarióticos). Además, es posible matarlos con un antibiótico que afecte a bacterias pero no a células eucarióticas. Mitocondrias y cloroplastos están protegidos por una doble membrana. Se cree que la membrana externa se desarrolló por la invaginación de la membrana plasmática de la célula huésped, y que la interna se formó a partir de la membrana plasmática del endosimbionte.

Sin embargo esta teoría no explica como el material genético en el núcleo llegó a rodearse de una membrana nuclear.