Visión histórica del problema del origen de la Vida




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Biología 

Origen y Evolución de los Seres Vivos I

 

Visión histórica del problema del origen de la Vida.

Hasta el siglo XVII la validez de la teoría de generación espontánea propuesta por Aristóteles, no se había puesto en duda pero fue Pasteur quien demostró que era falsa.

Se creía que los gusanos se formaban espontáneamente en la carne en descomposición, y fue un italiano, Redi, quien puso en duda esto. Colocó una fibra de muselina cubriendo un pedazo de carne, y pasado varios días, no se "formaron" los gusanos. Esto se vio apoyado por Van Leeuwenhock, quien con ayuda de su microscopio, demostró que siempre había "animaluchos", microorganismos, en las sustancias en descomposición.

En el siglo XVIII Louis Joblot, su correcta experiencia de hervir extractos de plantas, cubrir unas y dejar abiertas otras, y observar cómo sólo en la abierta se formaron los microorganismos no convenció a sus compañeros.

Needham expuso que se tomen las medidas que se tomen, los microorganismos aparecen espontáneamente en todas las sustancias previamente esterilizadas, pero Spallanzani, tomó más precauciones y obtuvo el resultado contrario, con lo que la discusión fue muy fuerte.

Todo esto se complicó al obtener soluciones estériles y comprobar que el oxígeno es parte fundamental para el desarrollo de los microorganismos. Pero los partidarios de la generación espontanea pedían que las experiencias se realizasen sin "aire estropeado", por lo que no se podía esterilizar a altas temperaturas.

Pero Louis Pasteur, demostró que el aire contiene gran cantidad de microorganismos al hacer pasar aire por un filtro de algodón, con lo que todos estos seres se quedaban atrapados. Posteriormente ideó la manera de esterilizar a temperatura ambiente; cerró un matraz con un cuello estrecho, parecido al de un cisne, pero abierto al exterior. Hirvió el contenido del matraz, que era un caldo de cultivo, y lo dejó enfriar. Pero aunque el matraz estaba en contacto con el aire no se desarrollaban los microorganismos al quedar atrapados en la superficie del cuello de cisne, y al abrirlo, la proliferación de microorganismo era la normal, y el aire no había sido "estropeado" al no haber sido calentado.

Todo esto dio lugar a que comenzasen la investigaciones sobre cuál fue el origen de la vida, planteado por químicos, físicos, filósofos, biólogos, etc.
 
 


Teorías modernas sobre los orígenes de la Vida.

Hasta la segunda mitad del siglo XIX, la sociedad era creacionista, es decir, pensaba que había sido Dios el creador de todos los animales superiores, como dice la Biblia.

En el siglo XIX algunas teorías intentaron sustituir a la generación espontánea, como la de la preformación. Según esta teoría, en el momento de la concepción, cualquier organismo en fase embrionaria está preformado y es una réplica perfecta de la estructura del adulto. Esta estructura crece gradualmente nutriéndose del huevo y del ambiente. Algunas preformistas propusieron que este adulto en miniatura estaba contenido en el óvulo materno (ovistas), mientras otros sugerían que estaba en el fluido seminal paterno (animalculistas). La forma más extrema de esta teoría era el emboitement (encajamiento), propuesto por Bonnet y otros, en el que el miembro inicial de una especie contenía en su interior y los "gérmenes" preformados de todas las generaciones futuras. Para Bonnet ‘resulta más sencillo (para los preformacionistas) imaginar una época en la que la naturaleza elaboró y originó al mismo tiempo al todo el conjunto de la creación, presente y futuro, que imaginar una creación continua.

Otra teoría creacionista fue la epigénesis, según la cual, el desarrollo de un embrión avanza a través de una diferenciación gradual de tejidos inicialmente uniformes e indiferenciados, hasta llegar a formar órganos que no estaban presentes en el momento de la concepción. Al principio se pensó que esta diferenciación se producía gracias a fuerzas místicas, no explicable por principio físico o químico; en la época de Von Baer, diferenciación y crecimiento eran aceptados como fenómenos naturales y explicables. Además, la primera síntesis bioquímica extra organísmica de un compuesto orgánico (urea), realizada por Wohler en 1828, demostró que no había esencias místicas.

Fue en este ambiente de biología racional donde aparecieron los primeros conceptos evolutivos.

Uno de los primeros evolucionistas fue Charles Darwin, que respondió científicamente a varios interrogantes más significativos de los creacionistas; su teoría se basa en :

1.) en cualquier especie existen numerosas variaciones de un individuo a otro.

2.) los hijos tienden a parecerse más a los padres que a cualquier otro miembro de la población escogido al azar; de este modo, los hijos de los mejor adaptados al medio, sobrevivirán mejor y tendrán más descendencia, evolucionando la especie.

Darwin supone que el mundo orgánico puede haber surgido por transformaciones del inorgánico.

Hubo otras teorías sobre el origen de la vida como la Panespermia, propuesta por Svente Arrhenius, según el cual como la vida ya no surgía en la tierra, debía haber sido introducida desde otro planeta. Como esta teoría no resolvía el problema del origen de la vida declaró que la vida era eterna, anulando la cuestión del origen.

Otra teoría fue la de Oparín que surgió en la URSS en 1923 propuso que la vida se podía haber originado espontáneamente bajo la influencia de la luz solar y descargas eléctricas sobre una atmósfera primitiva.

Experiencia de Stanley Miller.

El experimento de Miller consistía en un circuito cerrado compuesto por un pequeño matraz con su cuello y dos comunicaciones, una de salida y otra de entrada que conectaban el circuito. Se llenaba el matraz con agua y el resto del aparato con una mezcla de metano, hidrógeno y amoniaco. Además de las anteriores partes se encuentra una cámara de descargas con electrodos de tungsteno y un condensador con agua en la parte inferior del matraz.

El procedimiento era el siguiente: se calentaba el agua y se mantenía en ebullición. El vapor de agua y los gases del circuito pasaban por la cámara y recibían una descarga de electrodos que poseían un gran potencial eléctrico. Los productos formados en la anterior fase se disolvían en el agua licuada del condensador y pasaban al matraz pequeño. Los productos volátiles estaban constantemente destilándose junto con vapor fuera del matraz, después son sometidos a las descargas. Los productos no volátiles, se almacenan en el matraz. Después de una semana de este procedimiento, Miller cerró el circuito eléctrico dejando enfriar el aparato y los resultados son los siguientes:

- El 15% del carbono "atmosférico" se encontraba presente en el "océano".

- El 5% del carbono estaba transformado en productos bioquímicos.

- Se habían sintetizados aminoácidos naturales en grandes cantidades: glicina, alanina, ácido asiático y ácido glutámico.

Después de la publicación de algunos trabajos de Miller en los aminoácidos naturales se identifican como productos de las síntesis bióticas experimentadas.

La atmósfera primitiva y la aparición de la vida.

Cuando la vida apareció sobre la tierra, en la atmósfera había muy poco oxígeno. La primera atmósfera de la tierra, de más de 4,5 millones de años, estaba compuesta por Hidrógeno y Helio, que procedían de la niebla original. Sobre la tierra había volcanes activos, que expulsaron a lo largo de millones de años dióxido de carbono, nitrógeno y vapor de agua, además de, en menores cantidades, también hidrógeno, monóxido de carbono, metano, amoniaco y ácido sulfúrico. Estos gases formaron durante probablemente dos millones de años la atmósfera en la que tuvieron su origen las primeras etapas de la vida. La hidrosfera que se iba desarrollando debería de ser salada y la temperatura superficial media del planeta estaba por encima del punto de congelación del agua y por debajo de su punto de ebullición. Se estaba produciendo el efecto invernadero a causa del dióxido de carbono, vapor de agua y amoniaco atmosférico.

A partir de los componentes de esta atmósfera se crearon las primeras moléculas orgánicas: los aminoácidos (elementos constituyentes de las proteínas), la purina, la pirimidina y el azúcar (elementos constituyentes de los ácidos nucleicos) y los lípidos (elementos constituyentes de las membranas celulares). Para que la primera fase de la aparición de la vida pudiera ocurrir, se requiere: una o varias fuentes de energía, una concentración local de macromoléculas orgánicas y efectos catalíticos para acelerar y dirigir el proceso. La energía necesaria para la síntesis de estos compuestos químicos procedían de la radiación solar ultravioleta, la energía eléctrica meteórica y las reacciones químicas inorgánicas exorgónicas.

Los compuestos orgánicos abiógenos (formados sin vida como condición previa) se unieron para dar lugar a las primeras unidades vivas: los protobiontes.

Antes de que surgiera la primera célula, debieron de producirse cuatro etapas:

    1. Formación de moléculas de ARN capaces de dirigir su propia síntesis, es decir, autocopiativas.

    2. Desarrollo de mecanismos por los que el ARN pudiera dirigir la síntesis de proteínas.

    3. Formación de una membrana lipídica y su ensamblaje para poder rodear a la mezcla autorreplicante de ARN y proteínas.

    4. En una fase posterior del proceso evolutivo el ADN pasó a ocupar el puesto del ARN como material genético.

Los protobiontes se desintegraban de nuevo muy rápidamente a causa de influencias mecánicas. Es probable que los primeros protobiontes solo crecieran, ya que las sustancias determinadas en su interior eran sintetizadas cada vez en cantidades mayores. Una vez llenas de dichas materias explotaban.

Si explotaban mientras estaban sumergidas formaban inmediatamente nuevas esferitas gracias a los extremos insolubles de la molécula lipoidea. En estas nuevas esferitas, los elementos estaban mezclados de otro modo: algunas moléculas de la esfera madre faltaban, mientras que otras, nuevas, procedían del caldo original en el que estaban sumergidas. Dichos acontecimientos se repetían innumerables veces creándose finalmente un protobionte que contenía en su interior las enzimas y ácidos nucleicos apropiados, es decir , enzimas capaces de leer los ácidos nucleicos y seguían sus instrucciones para sintetizar componentes de la membrana, enzimas y nuevamente ácidos nucleicos. Dichas formaciones funcionales, envueltas por una superficie celular fija, se denominan eobiontes.

Así pudo originarse la primera célula:

Sobre una solución acuosa de diversas macromoléculas hay una película de ácidos grasos (1). Debido a las olas provocadas por el viento, se levantan gotas (2) que son rodeadas por una capa sencilla de lípidos (3). La capa sencilla se transforma rápidamente en una doble cuando la esférica vuelve a caer sobre la película de grasa y se hunde (4). La doble membrana tan solo es permeable a moléculas de agua y sustancias liposolubles. Las otra moléculas únicamente pueden atravesarlas si al formarse la esfera quedaron grandes moléculas atrapadas entre los lípidos, que ahora pueden servir como compuertas de transporte (5). De este modo se creó una importante característica de la membrana biológica, la semiimpermeabilidad.

La sencilla célula arcaica así creada (6) esta compuesta por una doble membrana en la que han quedado atrapadas moléculas de transporte, y por un espacio interior que contiene moléculas con información, como por ejemplo el ADN, y moléculas metabólicamente activas como las enzimas (7).

Los protobiontes siguieron creándose peor no podían reproducirse de modo regularizado. Los primeros eobiontes con metabolismo y mecanismos de crecimiento y automultiplicación funcionales, se alimentaba de los protobiontes. Allí donde los protobiontes y moléculas orgánicas libres empezaban a escasear, aparecía la competencia por dichos recursos entre los eobiontes. Los eobiontes evolucionaron, dividiéndose en dos vías de alimentación. Una de ella desarrollo un sistema efectivo de ingestión de partículas orgánicas por fagocitosis. De este grupo resultaron posteriormente los organismos multicelulares.

En la otra vía alimenticia conseguían energía primeramente por fermentación. Los descendientes de estos eobiontes son los procariontes: las arqueobacterias y las eubacterias. Las arqueobacteria, que no toleran, siguieron su propio camino evolutivo. Las eubacterias empezaron a utilizar la energía solar para, partiendo de CO2 y de H2SO4, con adición de agua y sulfuro, sintetizar sustancias celulares. Otras, las más importantes, reducían el CO2 utilizan agua, liberando oxígeno, agua y CH2O (formaldehído).

Estas eubacterias constituyeron las primeras bacterias fotosintéticas entre ellas destacaban las cianobacterias, también denominadas algas azules, que fueron liberando oxígeno paulatinamente. Esto fue indispensable para que, hace aproximadamente 1500 millones de años, se pudieran crear los procariontes con metabolismo aeróbico, es decir, que respiraban oxígeno, por lo tanto, también para la formación de las primeras células eucariontes hace 1300 millones de años.

Estas células eucariontes se formaron por simbiosis de bacterias aeróbicas (que darían lugar a las mitocondrias) y células anaeróbicas algunas de estas células eucariontes incorporarían más tarde pequeñas cianobacterias fotosintéticas que darían lugar a los cloroplastos de las actuales células vegetales.

Además el desarrollo de la fotosíntesis produjo la evolución de la biosfera mediante dos mecanismos: por fotolisis espontánea del agua de las capas superiores de la atmósfera primitiva y por fotolisis del agua por fotosíntesis; sus principales pruebas se basan en: la existencia de cianobacterias y los productos de la actividad metabólica (estromatolitos) y diverso datos sedimentológicos que indican la presencia de oxígeno libre desde hace 2500 a 2000 millones de años.

La Evolución Biológica:

Pruebas y Naturaleza.

Existen dos posturas: creacionismo y evolucionismo.

Los creacionistas admiten una serie de creaciones sucesivas o la creación máxima inicial. Destaca Cuvier y su teoría catastrofista que admitía cataclismos geológicos que destruyen seres vivos hasta su extinción. D’Orbigny admite veintisiete creaciones sucesivas, que coinciden con los veintisiete pisos que describió.

La naturaleza de la Evolución.

En 1778 Buffon en sus Epoques de la Nature, propone que el ambiente moldea a los organismos y que estos cambios se heredan. Buffon que había propuesto fenómenos evolutivos a nivel cosmológico y geológico, introdujo tres argumentos básicos en contra de la evolución biológica:

    1. No han aparecido nuevas especies durante la historia conocida

    2. Pese a que los apareamientos diferentes llevan a la esterilidad de los híbridos, este mecanismo puede ciertamente no se válido para los apareamientos de los miembros de la misma especie. ¿Cómo entonces pueden los individuos de una especie en concreto ser separados de otros de su misma clase y transformarse en una nueva especie?

    3. ¿Dónde están los eslabones perdidos entre las especies contemporáneas, si es verdad que la transformación de unas a otras han tenido lugar?

En 1795 Erasmus Darwin explica que lo seres vivos se transforman a impulso de tres factores: sexo, alimentación y seguridad.
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