Origen de la vida

Tomado de http://www.elprisma.com/apuntes/biologia/origendelavida/default.asp

BIOLOGÍA Origen de la vida: Teorías científicas a través del pensamiento científico. Es probable que el cosmos, integrado por todo aquello que pertenece a la realidad, tuviera su origen hace unos 10,000 a 20,000 millones de años. La región específica del cosmos en la que se encuentra nuestro planeta es el universo denominado vía láctea. Por universo se entiende un conjunto formado por millones de estrellas, aunque el vulgo suele aplicar este nombre al cosmos entero. El sol es una estrella de medianas dimensiones situada aproximadamente a dos terceras partes de la distancia entre el centro y la periferia de la Vía láctea. El sol y sus satélites planetarios constituyen el sistema solar. La teoría más aceptada sobre el origen del cosmos establece que éste surgió hace muchos millones de años como resultado de una descomunal explosión de materia densamente condensada: teoría del big bang o de la gran explosión. Los vestigios de esa antiquísima explosión se han estudiado mediante poderosos telescopios que hoy día captan la luz emitida hace millones de años por estrellas muy lejanas. Quizá nuestro sistema solar surgió como una nube giratoria de gases que acabaron por  condensarse formando el sol y los planetas. La Tierra debió iniciar su existencia como una masa gaseosa, pero después de un tiempo se formó un núcleo de metales pesados como el níquel y el plomo. Por encima de ese núcleo hay un manto grueso y, finalmente, una corteza relativamente delgada que constituye la superficie del planeta. Una teoría postula que en un principio la Tierra era fría, pero que se calentó al generarse colosales fuerzas de compresión durante la sedimentación y la síntesis de los materiales del núcleo. La radiactividad también produjo enormes cantidades de calor. Después de unos 750 millones de años, la Tierra se enfrió lo suficiente para que se formara la actual corteza. Así, puede decirse que vivimos en un planeta relativamente frío. El universo en el cual nosotros vivimos no es el único en el cosmos y se asemeja a otros tipos de universos. Asimismo, el Sol no es un tipo especial de estrella. Tampoco es rara su posición y, en cuanto a dimensiones, cabe decir que es de mediana estrella. El planeta Tierra es más grande que Mercurio pro mucho más pequeño que Júpiter o Saturno. Todas las teorías científicas acerca del origen de la vida exigen que la edad de la Tierra sea de varios miles de millones de años. Se tienen pruebas que apoyan esa suposición. Una de las líneas de evidencia se basa en la observación de otros universos y en los estudios de las atmósferas de nuestros planetas vecinos. Son dos las principales teorías acerca del origen de la vía. La teoría creacionista, basada en gran medida en la narración bíblica del Génesis, afirma que la Tierra no tiene más de 10,000 años de edad, que cada especie fue creada por separado durante un breve lapso de actividad divina ocurrido hace unos 6,000 años y que cada especie tiene a mantener a través del tiempo su peculiaridad única y bien definida. El creacionismo científico, un replanteamiento reciente de la teoría creacionista postulado por un  grupo de geólogo e ingenieros conservadores, fue causa en Estado Unidos de una serie de infructuosas batallas legales provocadas por los fundamentalistas, quienes se empeñaban en que los sistemas escolares laicos estadounidenses incluyeran la teoría creacionista como parte de las clases de biología, en las que por supuesto se enseña el concepto de evolución. La otra teoría (evolucionista) afirma que la vida surgió en un punto selecto ubicado en el extremo superior del espectro continuo de ordenamientos cada vez más complejos de la materia. Es decir, que cuando la materia se vuelve suficientemente compleja aparecen las características asociadas con la vida. A pesar de que ésta es una teoría mecanicista, en ella se dio cabida a epifenómenos biológicos como el amor, la conciencia, la moralidad, etc. cualidades que aparecen en las formas biológicas más danzadas; por ejemplo, el ser humano. Los biólogos se inclinan por un origen natural de la vida.      Hipótesis de Alexandr Ivánovich Oparin En la teoría mecanicista de la vida se postula que la mejor manera de explicar las complejas reacciones de los seres vivos es recurrir a las propiedades de sus partes componentes, además, se afirma que una ordenada serie de fenómenos de causa y efecto condujo al surgimiento de la vida a partir de conjuntos de sustancias inorgánicas sencillas, las cuales fueron convirtiéndose en macromoléculas orgánicas cada vez más complejas. A. I. Oparin presentó a sus colegas soviéticos en 1924 una clara y rigurosa explicación de cómo pudo haber acontecido esa evolución de la vida a partir del reino abiótico de la química y la física. Para 1936, sus ideas ya habían sido aceptadas en el mundo entero. La hipótesis de Oparin principia con el origen de la Tierra hace unos 4,600 millones de años. Es casi seguro que la atmósfera primitiva era reductora, quizá con altas concentraciones de metano (CH 4 ), vapor de agua (H2O), amoniaco (NH3) y algo de hidrógeno (H2). Una atmósfera de esa naturaleza debió promover la síntesis química. Conforme la Tierra se enfrió, buena parte del vapor se condensó para formar los mares primitivos. La mayor parte del trabajo experimental de Oparin se relacionó con la exploración de las propiedades  de los coacervados y su posible participación en la evolución de las primeras células vivas. En opinión de este científico, desde las primeras etapas del desarrollo de la materia viva debió haber síntesis de proteínas a partir de los aminoácidos. Stanley Miller dio apoyo experimental a la idea de Oparin de que las condiciones y las moléculas inorgánicas simples de la atmósfera primitiva del planeta tenían  realmente la capacidad de combinarse para formar moléculas orgánicas de los seres vivos. Miller, quien fue discípulo del premio Nobel Harold Urey (University of Chicago), dispuso un aparato de Tesla que producía pequeñas cargas eléctricas en el interior de un sistema cerrado que contenía metano, amoniaco, vapor de agua y un poco de hidrógeno gaseoso. Los resultados de esa estimulación enérgica de una atmósfera parecida a la de la Tierra primitiva fueron asombrosos. Se formaron diversas moléculas orgánicas entre las que se destacaron cetonas, aldehídos y ácidos, pero lo  más importante de todo fue que se sintetizaron aminoácidos. Dado que las proteínas son indispensables para la estructura y el funcionamiento de las células vivas. Fig. 1: Origen de la vida NH3 + CH 4 + H2O + etc. Luz ultravioleta porfirinas     nucleótidos      aminoácidos porfirinas de Mg    porfirinas de hierro    ácidos     proteínas (clorofila) célula de proteína     virus de escrapie células simples de ácido nucleico virus de  algas v.           ácido nucleic             cloroplastos              mitocondrias           células complejas de ácido nucleico bacterias célula animal  moderna célula vegetal moderna Origen de las células Los coacervados complejo pueden mantener su estructura a pesar de que se encuentran en un medio líquido amorfo. Por otra parte, a través de las fronteras del coacervado hay intercambio de sustancias con el medio. Aunque tales límites parecer  estar constituidos por moléculas de agua orientadas y otras sustancias inorgánicas sencillas, sus propiedades son semejantes a las características de permeabilidad observadas en las células y no sería remoto que fueran la estructura antecesora de la membrana de la primeras células procarióticas. La complejidad cada vez mayor de las sustancias orgánicas del interior del coacervado dependía de la política exterior de éste, la que cada vez era dictada por la membrana externa. Por su parte, la membrana iba aumentando su complejidad conforme llegaban a su superficie las sustancias previamente introducidas en la célula. Aunque la evolución de las primeras células es fundamental para probar un hipótesis mecanicista del origen de la vida, a muchos biólogos también los intriga la transición entre las células procarióticas y eucarióticas.    La importancia y el origen de los organelos Desde principios del siglos XX los biólogos advirtieron que hay semejanza entre diversos organelos delimitados por membranas y ciertas bacterias. Es particular, una de las similitudes más notorias es la que hay entre los cloroplastos y las cianobacterias cargadas de clorofila. Asimismo, muchos biólogos notaron el parecido que hay entre las mitocondrias y otras bacterias de vida libre. El hecho de que los cloroplastos y las mitocondrias posean su propio ADN y puedan dividirse en forma independiente del resto de la célula apoya la hipótesis de que estos y otros organelos fueron otrora bacterias independientes que invadieron a las células primitivas y llegaron a establecer una relación permanente con ellas. Se piensa que los invasores fueron simbiontes a los que beneficiaba al hospedero capacidades y talentos de los que éste carecía. Esto significa que los cloroplastos bien pudieron ser cianobacterias que confirieron propiedades fotosintéticas a las células que empezaron a darles alojamiento. Otras moneras, sobre todo las de muy escasas dimensiones, pudieron dar origen de modo similar a otros organelos características de la célula eucariótica.     Lynn Margulis, de la Universidad de Boston, ha recabado un impresionante número de pruebas a favor de esta teoría acerca del origen de los organelos llama teoría de la endosimbiótica. La teoría ha sido aceptada ya por muchos citólogos y ha dado origen a un buen número de trabajos experimentales encaminados a confirmaría o rechazaría. Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular). Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared celular rígida.  La Generación espontánea Aristóteles que los peces, las ranas, los ratones, los gusanillos y los insectos se generaban a partir de un material creador adecuado, procedente del lodo, de materia orgánica en descomposición y de los suelos húmedos. En la edad Media, esta teoría se vio reforzada por la literatura y algunas ideas fantásticas como la que afirmaba que los gansos eran producidos por los “árboles gansos”, bajo ciertas condiciones. En el siglo XVII, Juan van Helmont, un científico belga, construyó un aparato ara generar ratones de las camisas viejas. En el  siglo XVII, cuando el físico y poeta italiano Francesco Redi refutó, en torno a 1660, la idea imperante de que las larvas de las moscas se generaban en la carne putrefacta expuesta al aire. Francisco Redi (1626 – 1627), poeta y médico italiano llevó a cabo un experimento de gran trascendencia, motivado por sus ideas contrarias a la generación espontánea. Concluyó, como resultado de su experiencia, que los gusanos no eran generados por la materia putrefacta, sino que descendían de sus progenitores como todos los animales. Redi formuló la llamada teoría de la biogénesis en la que afirmaba que la vida sólo se origina de la vida. En 1768, el naturalista italiano Lazzaro Spallanzani eclesiástico italiano, demostró que si un caldo se esteriliza por medio de calor y se tapa herméticamente, no se descompone debido a que se impide el acceso a los microbios causantes de la putrefacción. Spallanzani empleó en sus experimentos cultivos de vegetales y otras sustancias orgánicas, que después de someter a elevadas temperaturas colocaban recipientes, algunos de los cuales cerraba herméticamente, mientras que otros los dejaba abiertos, lo que dio como resultado que en los primeros no se forma microbio, en tanto que en los abiertos sí. En 1836, el naturalista alemán Theodor Schwann proporcionó pruebas adicionales mediante experimentos más meticulosos de este tipo. La polémica, que duro más de dos siglos y en a que algunos científicos apoyaban la generación espontánea y otros la biogénesis, concluyó con el empleo del “matraz de Pasteur”, inventado por el  químico y microbiólogo francés Louis Pasteur, quien resumió sus hallazgos en su libro Sobre las partículas organizadas que existen en el aire (1862). En caldos de cultivo estériles, que se dejaba expuestos al aire, él encontraba, al cabo de uno o dos días, abundantes microorganismos vivos. El botánico alemán Ferdinand Julius Cohn clasificó a estos organismos entre las plantas (una clasificación vigente hasta el siglo XIX) y los llamó bacterias. Al final, el físico británico John Tyndall demostró en 1869, al pasar un rayo de luz a través del aire de un recipiente, que siempre que había polvo presente se producía la putrefacción y que cuando el polvo estaba ausente la putrefacción no ocurría. Estos experimentos acabaron con la teoría de la generación espontánea. La panespermia Existen, además de la generación espontánea, otras teorías que tratan de explicar con ciertas bases científicas el origen de la vida en nuestro planeta. Una de ellas es la panespermia, propuesta en 1908 por Arrhenius, y que afirma que ciertos gérmenes vivientes llegaron adheridos a algunos meteoritos, a los que se les da el nombre de cosmozoarios. Éstos, al encontrar las condiciones adecuadas en los mares terrestres, evolucionan hasta alcanzar el grado de desarrollo que presentan los organismos en la actualidad.  Origen de la vida en la Tierra Es una declaración demasiado obvia decir que las condiciones de la Tierra fueron distintas al principio de lo que  son ahora. La superficie del planeta fue quizá lo bastante caliente como para hervir el agua y la atmósfera consistió de gases venenosos. Las condiciones eran inhóspitas para la vida, como la conocemos ahora; sin embargo, bajo estas condiciones austeras, se piensa que la vida se originó hace aproximadamente 3 mil millones de años. La mayoría de los científicos piensan que la vida surgió de sustancias abióticas. Alternamente, algunos científicos sugieren que la vida, o cuando menos sus precursores, llegó a la tierra como esporas llevadas en meteoritos o que quizá fue sembrada por alguna civilización extraterrestre tecnológicamente avanzada. Sin embargo, estas alternativas sólo dan una respuesta; no explican cómo surgió la vida inicialmente.    TEORIA DE LYNN MARGULIS Lynn Margulis, de la Universidad de Boston, ha recabado un impresionante número de pruebas a favor de esta teoría acerca del origen de los organelos llama teoría de la endosimbiótica. Una de ellas, a la que daremos más énfasis, alega que estos orgánulos que forman parte de las células eucariontes, fueron antes de esta era organismos unicelulares capaces de autorreproducirse y de sintetizar la totalidad de sus proteínas. Contenían y contienen las típicas macromoléculas informáticas y estructurales de la vida. O sea su mensaje genético, su genomio propio. Hoy en día toda célula eucarionte tiene dos mensajes genéticos: el mitocondrial fuera del núcleo y el que reside en el núcleo, inexistente en las formas que hasta ahora hemos visto. Tienen modernamente dos códigos aparentemente diferentes. El mitocondrial tiene un par de instrucciones diferentes con respecto al código "universal", que es el que se usa para la información en el núcleo.      Material genético        Origen del núcleo surgir la       Disperso Mitocondria Pared celular: de quitina Origen de la La undolipodia Origen del Cloroplasto Relación de organelos que dieron origen a la célula eucarionte, presencia del ADN de cada uno. La teoría ha sido aceptada ya por muchos citólogos y ha dado origen a un buen número de trabajos experimentales encaminados a confirmaría o rechazaría. Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud. Se piensa que lo más probable es que las mitocomdrias, que fabrican ribosomas parecidos a los de las bacterias de pequeño tamaño y por los detalles de su composición química, provengan de bacterias púrpuras no sulfurosas que eran originariamente fotosintéticas y que perdieron esa capacidad.  Taxonomía y sistemática: Clasificación de los organismos Organismo de la vida:  El estudio de la evolución es particularmente útil para dividir los organismos en grupos porque revelan cómo esos organismos están emparentados cronológicamente y morfológicamente entre sí. La clasificación de los organismos se denomina taxonomía, (Taxis = orden, rango)  la taxonomía es la rama de la biología que se ocupa de la clasificación de los seres vivos, y su tendencia actual es realizar clasificaciones naturales, la sistemática clasifica a los seres vivos en diferentes categorías taxonómicas.  Los taxónomos utilizan las relaciones evolutivas para crear grupos. Aunque los esquemas de clasificación son por necesidad un tanto arbitrarios, es probable que representen el “árbol genealógico” de las diversas formas actuales. Cada organismo pertenece a uno de los cinco reinos. El reino es la categoría taxonómica más general. Esos cinco reinos son: Monera, Protista, Fungi, Plantae y Animalia. El reino Monera está formado por organismos unicelulares que carecen de núcleo y de muchas de las estructuras celulares de núcleo y de muchas de las estructuras celulares especializadas llamadas organelos. Se dice que tales organismos son procarióticos (pro = antes; karyon = núcleo) y se trata de las bacterias. Los demás reinos están integrados por seres eucarióticos (eu = verdadero), cuyas células contienen núcleo y un repertorio más completo de organelos. Los eucariotes unicelulares pertenecen al reino Protista, el cual abarca los protozoarios y otros protistas vegetaloides y fungoides. Los organismos pluricelulares que producen su propio alimento están agrupado del reino plantae; las flores, los musgos y los árboles son ejemplo.  Entonces se puede decir que la Taxonomía es una ciencia la cual estudia la clasificación de animales y plantas. Es probable que el primer estudio científico sobre plantas consistiera en el intento de catalogarlas. Las primeras clasificaciones del mundo vegetal eran artificiales, debido a los escasos conocimientos sobre la estructura de las plantas. La más antigua establecía tres grupos: hierbas, arbustos y árboles. Estas categorías tan simples y arbitrarias sirvieron, no obstante, como material de partida para una clasificación basada en las relaciones existentes entre los organismos. En época de Linneo se solía emplear tres categorías: la especie, el género, grupo de especies de aspecto similar, y unas categorías superior, el reino. Los naturalistas reconocían tres reinos: vegetal, animal y mineral. El reino todavía es la categoría más alta en clasificación biológica. Entre le nivel del género y el nivel del reino, empero, Linneo y los taxónomos ulteriores colocaron varias categorías más. Así, a los géneros se los agrupa en familias, a las familias en órdenes, a los órdenes en clases, y a las clases en phylum. Estas categorías pueden subdividirse más o integrarse en una cantidad de categorías que se emplean con menos frecuencia, como subfilo o superfamilia. Por convención, los nombres genéricos y específicos se escriben en bastardilla. Mientras que los otros nombres de familias, órdenes, clases y otros taxones cuyas categorías están por encima del nivel de género no, aunque se escriben en mayúscula.