Índice 01
Introducción 02
Formación de la Tierra, la Tierra primitiva: atmósfera y modificaciones 03
Diferente hipótesis sobre el origen de la vida 04
- Creacionismo 04
- Generación espontánea 05
- Hipótesis de la panspermia 06
- Hipótesis de Oparin-Haldane 06
- Hipótesis de las microesferas proteinoides 08
- Hipótesis de la arcilla 10
- Hipótesis hidrotermal 10
- Hipótesis del mundo de ARN 11
Evolución celular 12
La Teoría celular y la organización de los seres vivos 14
Conclusión 17
Bibliografía 17
Introducción
El origen de la vida ha sido considerado como el problema científico más importante desde los albores de la ciencia.
Para tratar de resolverlo se han elaborado diversas hipótesis que tuvieron inicio con la generación espontánea, sostenida por Aristóteles, que tuviera vigencia hasta 1864, cuando fue desacreditada por los experimentos de Pasteur.
A partir de entonces surgieron las ideas acerca del origen químico de la vida, que diferían entre sí en el lugar donde se había originado.
Formación de la Tierra, la Tierra primitiva: atmósfera y modificaciones
Debido al estado de fusión de la Tierra se produjo, por diferencias de densidad, el evento de diferenciación magmática, de una importancia capital en su evolución. La diferenciación condujo a la formación de un núcleo “interior” de Fe y Ni en estado sólido, rodeado por una capa, llamada “núcleo exterior”, de Fe y Ni fundidos. La capa siguiente es la del manto inferior y por encima de él, se halla el manto superior.
Al enfriarse la superficie del planeta se desarrolló rápidamente una capa sólida, llamada corteza, que está formada en gran medida por los átomos más ligeros hidrógeno, nitrógeno, oxigeno y el carbono.
La edad de formación de la Tierra no puede conocerse con exactitud debido a los repetidos eventos de fusión que ésta ha experimentado, pero puede considerarse como límite superior la edad de los meteoritos más antiguos como el Allende, que es de 4.560 millones de años y las rocas más antiguas que se conocen, están datadas en unos 3.800 millones de años.
Nuestro planeta reunía las condiciones idóneas para que se formase lo que podríamos llamar sustrato de la vida. Estas condiciones significan unos caracteres planetarios especiales y la presencia de sustancias químicas necesarias:
a) Se trata de un planeta no demasiado grande, en caso contrario tendría intensas reacciones moleculares y consecuentemente mucho calor; está girando en una órbita situada a una distancia adecuada, con una radiación solar relativamente estable. Según Oparin y Fesenkov, sólo reunirían esta condición uno de cada 100.000 planetas.
b) Se habían formado ya los distintos elementos químicos necesarios para las moléculas orgánicas. El Hidrógeno H, Carbono C, Nitrógeno N y Oxígeno O, elementos de los más abundantes en la Tierra, constituyen hasta el 90 % de los organismos. En segundo término el Azúfre S, Fóforo P, Sodio Na, Potasio K, Magnesio Mg, Calcio Ca, Cloro CI, Hierro Fe, etc, hasta llegar a los 20 que son la casi totalidad de los que constituyen los seres vivos.
Al comienzo las temperaturas fueron, probablemente, demasiado altas para la formación de moléculas. El calor excesivo rompe los enlaces entre átomos tan pronto como estos se constituyen. A medida que la tierra fue enfriándose se empezaron a establecer enlaces atómicos relativamente estables. Aparecieron con profusión las moléculas a medida que desaparecían los átomos libres.
c) Presencia de agua, sustancia que pudo aparecer en estado líquido bastante pronto en la Tierra. Buen disolvente y estabilizador de la temperatura, supone un medio ideal para que en su seno tengan lugar reacciones químicas.
d) Una atmósfera primitiva con metano, amoníaco, hidrógeno y vapor de agua, quizás CO2, pero sin oxígeno, por lo tanto una atmósfera reductora. Sin oxígeno, ni por tanto, ozono, las radiaciones UV, incluso las de longitud de onda más corta, alcanzarían la superficie. Las temperaturas debieron ser tales que el agua, el metano y el amoníaco persistieron en forma gaseosa, y desde entonces la Tierra dispuso de una atmósfera exterior. La existencia de esta atmósfera reductora, no obstante, ha sido cuestionada recientemente.
La primera atmósfera de la Tierra desapareció arrastrada por los vientos solares que actuaban al comienzo de la formación del Sol. Cuando se estabilizaron las reacciones de fusión del hidrógeno, cesaron las convulsiones del Sol y el viento solar perdió su ímpetu. Ello permitió que poco a poco la superficie de la Tierra se fuera enfriando y quedaran atrapadas en su interior gases que sólo pudieron escapar a través de fisuras de la corteza. La gran actividad volcánica de aquella época arrojó al exterior gran cantidad de vapor de agua que, al condensarse, formó el agua de los mares y océanos. Al empezar a enfriarse la corteza, el vapor de agua de la atmósfera se condensó en la parte superior de la atmósfera para originar las primeras nubes y, después, una lluvia que duró miles de años. Al principio, debido a las altas temperaturas, las gotas de agua no alcanzaban a tocar la superficie, sino que se evaporaban antes, tal como acontece en algunos desiertos actualmente. La evaporación contribuyó a acelerar el enfriamiento hasta alcanzar el punto en que se formaron los primeros torrentes y, finalmente, los océanos.
Otros gases también liberados por las emanaciones volcánicas fueron retenidos por las fuerzas gravitatorias del planeta y formaron una segunda atmósfera: el CO2 reaccionó, en parte, con los silicatos en presencia de agua y dio origen a las rocas calizas; el nitrógeno permaneció en la atmósfera; mientras que el oxígeno, más activo, se combiné con el hidrógeno para dar agua y también con los minerales de la corteza, formando óxidos como la limonita o la sílice La desaparición del oxígeno de la atmósfera, permitió que la segunda atmósfera rica en vapor de agua, amoníaco, metano, hidrógeno, nitrógeno y otros gases más raros, tuviera carácter reductor.
Estos gases formaron la etapa inicial de la segunda atmósfera de la Tierra. Uno de los compuestos considerados necesarios para la aparición de moléculas orgánicas complejas, como los aminoácidos, es el cianhídrico HCN, cuya formación es factible en una atmósfera que contiene CO2, H2O y N2.
Diferentes hipótesis sobre el origen de la vida
La humanidad siempre se ha preguntado por el origen de las cosas, y una de las preguntas más difíciles de contestar es: ¿cómo empezó la vida?. Para ello, se ha propuesto varias hipótesis, que veremos a continuación.
- Creación sobrenatural
Más allá de la explicación científica. Los primeros registros de las más antiguas culturas que hacen referencia al origen de la vida son de tipo religioso, como las tablillas de arcilla babilónicas; los jeroglíficos en los templos del antiguo Egipto; el Zend-Avesta persa; el Génesis judío; el Popol-Vuh y el Chilam Balam mayas; o el códice Vaticano, en el que se registra la cosmogonía azteca. La Biblia. El Génesis (1:1–2) dice: En el principio cuando Dios empezó a crear los cielos y la tierra, la tierra no tenía forma las tinieblas se extendían sobre el abismo y el espíritu de Dios se movía sobre las aguas. En el Nuevo Testamento, la creación está a cargo de la Segunda Persona: En el principio era el Verbo, y el Verbo era con Dios, y el Verbo era Dios. Este era en el principio con Dios. Todas las cosas por Él fueron hechas, y sin Él nada de lo que ha sido hecho fuera hecho (San Juan 1:1–3).
- Generación espontánea
Esta creencia afirmaba que la materia viva se puede formar a partir de materia no viviente, tanto en el pasado como en la actualidad.
La idea de la generación espontánea surgió en la antigua Grecia y predominó durante más de dos mil años. Se pensaba que podrían surgir seres vivos a partir de la carne en descomposición, el grano, la tierra húmeda… La creencia se basaba en que, efectivamente, de la carne en descomposición parecían surgir gusanos y larvas. Francesco Redi, en el siglo XVII, descubrió que las larvas no surgían por sí solas, sino que provenían de huevos de moscas. Lazzaro Spalianzani, en el siglo XVIII, demostró que en frascos herméticamente cerrados que contenían caldo de carne no aparecían microorganismos, mientras que en los que estaban mal cerrados sí lo hacían.
Por último, Louis Pasteur demostró en 1864 la imposibilidad de la generación espontánea de la vida. Pasteur preparó varios matraces con caldo de carne cuyo cuello estiró y curvó en forma de «S». Hirvió su contenido para esterilizarlo, pero no las cerró herméticamente; así, el aire podía entrar al interior, pero los microorganismos que intentaban su entrada quedaban en el cuello de cisne de la vasija y no contaminaban el caldo. Experimento de Pasteur. Supuestamente, en el caldo de cultivo deberían haber aparecido microorganismos espontáneamente, pero no fue así. En sus experimentos los microorganismos no podían entrar en los matraces desde el exterior.
- Hipótesis de la panspermia
La panspermia consiste en el proceso mediante el cual la vida es llevada al azar de sistema solar a sistema solar y de planeta a planeta. Aunque la hipótesis fue enunciada con tal nombre por Arrhenius, se debe reiterar que la idea original es de Anaxágoras.
El químico sueco Arrhenius propuso, en 1903, la teoría de la panspermia (semillas en todas partes), según la cual la vida no se originó en la Tierra sino que provino del espacio exterior en forma de esporas que viajan por todo el espacio impulsadas por la presión ejercida por la radiación proveniente de las estrellas.
En los tiempos actuales, uno de los más destacados adeptos de la panspermia ha sido el astrofísico inglés, Sir Frederick Hoyle, quien acuñara, no sin cierta ironía, el nombre de “teoría del big bang”, en vez de la cual propuso, junto con Thomas Gold y Hermann Bondi, que el universo no tenía principio ni tendría fin (steady-state theory). Consideró que la materia orgánica compleja detectada en forma de nubes en el espacio interestelar (Hoyle y Wickramsinghe, 1977) pudo haber jugado un papel importante en el origen y desarrollo de la vida no sólo en la Tierra, sino en cualquier parte de la galaxia. También, supuso que en tales nubes pudiera haberse desarrollado la vida, llegando a plantear que algunos tipos de virus se hayan originado de esta manera.
- Hipótesis de Oparin-Haldane
El bioquímico ruso Aleksandr I. Oparin (1924) y el biólogo inglés John Haldane (1929), alentados por la identificación de compuestos orgánicos de estructura compleja en los meteoritos carbonosos y en los avances de la ciencia moderna, elaboraron hipótesis más fundamentadas que sus predecesores acerca de la teoría materialista del origen de la vida. Éstas tenían base en un “caldo primordial”, así llamado por Haldane (1929), que coincidía con la “pequeña charca tibia” de Darwin, excepto en que ellos consideraban a la interfase atmósfera-océano como el entorno en que se originó la vida. Experimentos de laboratorio efectuados para probar las ideas de Oparin y Haldane han producido aminoácidos, que son considerados como los “ladrillos” de los que están construidas las proteínas, pero que no se pueden considerar como materia viva. Esta última se define como aquélla que tiene capacidad de metabolismo (que es cualquier reacción química dentro del protoplasma) y reproducción, además de crecimiento y reacción a los estímulos. Según su hipótesis, el primer organismo surgió de un concentrado de compuestos orgánicos formado por coacervados (del latín coacervatus, cúmulo), que son grupos de gotas de coloides de dimensiones microscópicas mantenidas unidas por fuerzas electrostáticas de moléculas de proteínas y agua, promovido por enzimas que desempeñaron el papel de catalizadores del origen de la vida; los coacervados tienen la propiedad de duplicarse transmitiendo su estructura a los nuevos coacervados que pueden hacerse más complejos mediante la incorporación de nuevo material orgánico. Así, los coacervados evolucionarían obedeciendo la regla darwiniana de supervivencia del más apto, al ser destruidas por el entorno hostil las estructuras más simples, mientras que las de estructura más avanzada lograrían subsistir y heredarían tal estructura a sus réplicas, que lograrían a su vez un nuevo avance.
Pese a que Oparin (1957), con optimismo exagerado, vaticinó una próxima producción de materia viva en el laboratorio con base en su teoría, hasta la fecha esto no ha llegado a ocurrir. Por ello, se han presentado una serie de nuevas ideas, o han cobrado fuerza ideas antiguas, de las cuales las que han tenido una mayor aceptación son las hipótesis hidrotermal y extraterrestre.
La hipótesis de Oparin fue apoyada por el experimento clásico de Stanley L. Miller y Harold C. Urey (Miller, 1953), quienes a partir de una mezcla de amoníaco, metano, hidrógeno y vapor de agua, que se suponía en esa época que eran los constituyentes de la atmósfera primigenia, la que se sometía periódicamente a descargas eléctricas que generaban chispas, produjeron aminoácidos y otras sustancias orgánicas denominadas “melanoides”. Este experimento ha sido repetido por muchos investigadores y los resultados cada vez son más sorprendentes. Se ha encontrado que casi cualquier fuente de energía (electricidad, polvo volcánico caliente, luz, radiación ultravioleta) ha podido convertir las moléculas primitivas en una variedad enorme de compuestos orgánicos complejos.
Sidney W. Fox ha logrado sintetizar casi todos los aminoácidos conocidos a partir de metano, amoniaco y vapor de agua con temperaturas sostenidas de alrededor de 150 ºC. Por otra parte, la adenina fue obtenida por J. Oró en la Universidad de Houston, al hacer reaccionar el ácido cianhídrico (HCN) con el amoniaco en agua, y calentando a 90º C durante 24 h. Este compuesto es especialmente importante, ya que interviene en la composición de moléculas vitales como el ATP y los ácidos nucleicos.
La adenina y ciertos azúcares fueron obtenidos utilizando el ciclotrón y ciertos compuestos base: el ácido cianhídrico, el amoniaco y agua, tal como lo hicieron Cyril Ponnamperuma y Melvin Calvin en los laboratorios de exobiología de la NASA. Con este tipo de experiencias fue posible determinar que el formaldehído y el ácido cianhídrico son piezas claves para la síntesis de los primeros compuestos.
- Hipótesis de las microesferas proteinoides
Hacia los años setenta, Fox propuso las microesferas proteinoides (proteínas no biológicas) como precursoras de los seres vivos, como resultado de los experimentos que realizó y cuyos pasos detallamos:
1° Desecación de una solución acuosa de aminoácidos a ti comprendidas entre 130-180 °C durante varia horas, hasta conseguir un líquido ambarino que posee proteinoides.
2° Fox tomó 15 mgr. de proteinoides y los sumergió en 3 ml. de agua tibia, ligeramente salada, CINa al 1 %. Al enfriarse la disolución, descubrió que se habían formado gran cantidad de diminutas esferas individuales (microesferas de 2 µ de diámetro), por su tamaño y aspecto son muy parecidas a las bacterias llamadas cocos.
3° Dichas membranas ejercen una absorción selectiva de sustancias, permitiendo el paso de algunas al interior de las microesferas y no de otras; en condiciones favorables, dichas microesferas absorben proteinoides disueltos, crecen y se dividen en otras microesferas indefinidamente. Algunos de estos proteinoides funcionan como catalizadores y provocan reacciones químicas.
Estos polímeros, a los que Fox denominó proteinoides termales, forman pequeñas gotitas, las microesferas.
Éstas tendrían cierta capacidad catalítica, debida a moléculas enzimáticas de su interior. Captarían energía a partir de la ruptura de enlaces de moléculas del exterior y se dividirían mediante procesos de escisión o gemación.
La particularidad de las microesferas es que presentan actividad enzimática [debido a aminoácidos con grupos tiol (-SH) y alcohol (-OH)], poco específica, es decir, son capaces de catalizar una serie de reacciones químicas (descomposición de la glucosa, reacciones de oxidación, hidrólisis de enlaces,…). Es posible, por tanto, que los enzimas específicos actuales evolucionaran a partir de microesferas proteinoides de este tipo.
Otra diferencia esencial entre los coacervados de Oparin y las microsferas de Fox es que aquéllos se obtienen a partir de proteínas biológicas, éstos a partir de proteinoides no biológicos.
La experiencia de Fox permitió descubrir dos hechos: la capacidad de autoorganización de los proteinoides y la rapidez con que se pasa de aminoácidos a proteinoides (algunas horas) y de éstos a microesferas (algunos minutos). Estos glóbulos son estructuras seudobiológicas ya que carecen del dinamismo que caracteriza a las células. No obstante tienen algunas propiedades que les asemejan a las células vivas:
• Son individuos diferenciados del medio circundante. Es la primera vez que aparecen unidades individuales.
• Se forma un medio interno.
• Se produce un intercambio selectivo de sustancias a través de la membrana rudimentaria.
• Cada microgota posee una estructura química interna que le es propia. Por lo que puede tener un destino diferente, una de otra, es decir que cada sistema, perdurará, evolucionará o desaparecerá.
Esta hipótesis tampoco explica la transmisión de la información genética y, por tanto, la evolución hacia los seres vivos.
- Hipótesis de la arcilla
El papel de las arcillas en el origen de la vida ha sido considerado desde la antigüedad, por ejemplo por Anaximandro, incluso, ha sido llevado al extremo por algunos, quienes han llegado a considerar, quizá por influencia del génesis bíblico, que los primeros organismos estuvieron hechos completamente de arcilla.
Dado que la concentración de la llamada “materia orgánica” en los primeros océanos debió haber sido muy baja, dificultando los procesos de atracciones electrostáticas de la misma, científicos como Haldane, Bernal, Cairns-Smith y Ferris asumieron que las arcillas y otros minerales pudieran haber desempeñado el papel de concentradores en virtud de su capacidad de adsorción y de su peculiar estructura en láminas paralelas que habría funcionado como armazón para que los materiales orgánicos simples se convirtieran en polímeros. Dado que el origen de la vida por accidente ha sido criticado por Fred Hoyle, mediante cálculos de probabilidad, un mecanismo factible de formación de RNA es la conversión de monómeros a oligómeros por adsorción selectiva de los monómeros hecha por montmorillonita (Ferris y Erten, 1993).
- Hipótesis hidrotermal
En 1977 el oceanógrafo John B. Corliss descubrió manantiales submarinos de agua caliente (a casi 400°C) en el fondo oceánico, con complejos ecosistemas asociados a ellos. En lo que se consideraba una región fría, oscura y desolada, Corliss descubrió vida independiente del Sol. Esto le hizo pensar que las condiciones del fondo oceánico podrían ser mejores para originar la vida que las de la atmósfera primitiva. Michael Russell, investigando el posible origen del organismo vivo más simple, ha postulado que la vida surgió en estos manantiales termales submarinos, ricos en H2S y Fe, que precipitan como sulfuro de hierro (FeS) y forman chimeneas de espuma sólida, cuyos huecos pudieron servir de armazón que favoreció el desarrollo de las membranas celulares.
El “árbol” de la vida construido a partir de los estudios del ARNr (ácido ribonucleico ribosómico, al árbol se basa en el estudio de las diferencias en las secuencias de ARNr comunes a todos los “seres vivos”), muestra cercano a su “raíz” (allí donde se encuentra LUCA, último antepasado compartido por todos los “seres vivos”) organismos “hipertermófilos” que viven a temperaturas cercanas a los 115 grados centígrados. Podría pensarse que la vida “transitó por la senda de los sistemas hidrotermales” o, por que no, se originó en ellos.
- Hipótesis del mundo de ARN
Fue enunciada por Walter Gilbert, de Harvard en base a los experimentos de Thomas Cech (Universidad de Colorado) y Sidney Altman (Yale) en 1980. Sugiere que las moléculas relativamente cortas de ARN se podrían haber formado espontáneamente de modo que fueran capaces de catalizar su propia replicación continua. Es difícil de calibrar la probabilidad de esta formación. Se han expuesto algunas hipótesis de cómo pudo haber sucedido. Las primeras membranas celulares pudieron haberse formado espontáneamente a partir de proteinoides —moléculas similares a proteínas que se producen cuando se calientan soluciones de aminoácidos—. Cuando están presentes a la concentración correcta en solución acuosa, forman microesferas que, según se ha observado, presentan una conducta similar a los compartimientos rodeados de membrana.
Otras posibilidades incluyen sistemas de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de sustratos de arcilla o en la superficie de rocas piríticas. Entre los factores que apoyan un papel importante para el ARN en la vida primitiva se incluye su habilidad para replicar. Su habilidad para actuar tanto para almacenar información y catalizar reacciones químicas (como ribozimas); su papel extremadamente importante como intermediario en la expresión y mantenimiento de la información genética (en forma de ADN) en los organismos modernos y en la facilidad de su síntesis química o al menos de los componentes de la molécula bajo las condiciones aproximadas de la tierra primitiva. Se han producido artificialmente en el laboratorio moléculas de ARN relativamente cortas capaces de duplicar a otras.
Un punto de vista ligeramente distinto sobre esta misma hipótesis es la de que un tipo diferente de ácido nucleico, como los ácidos nucleicos peptídicos (ANP) o los ácidos nucleicos de treosa (TNA) fueron los primeros en emerger como moléculas autorreproductoras para ser reemplazadas por el ARN sólo después.
Aún quedan algunos problemas con la hipótesis del mundo de ARN, en particular la inestabilidad del ARN cuando se expone a la radiación ultravioleta, la dificultad de activar y ligar los nucleótidos y la carencia de fosfato disponible en solución requerida para construir su columna vertebral y la inestabilidad de la base citosina (que es susceptible a la hidrólisis). Recientes experimentos también sugieren que las estimaciones originales del tamaño de una molécula de ARN capaz de autorreplicación eran muy probablemente ampliamente subestimadas. Formas más modernas de la teoría del mundo de ARN proponen que una simple molécula era capaz de autorreplicación (que otro “Mundo” por tanto evolucionó con el tiempo hasta producir el mundo de ARN). En este momento, no obstante, las distintas hipótesis no tienen suficientes pruebas que las apoyen. Muchas de estas pueden ser simuladas y probadas en el laboratorio, pero la ausencia de rocas sedimentarias sin alterar de un momento tan temprano en la historia de la tierra nos deja pocas oportunidades de probar robustamente esta hipótesis.
Evolución celular
Las moléculas más o menos complejas continuaron una evolución, pero ya no dieron lugar únicamente a nuevas moléculas, sino que algunas produjeron algo completamente nuevo, células vivas.
Los científicos no coinciden en el orden de los últimos pasos que dieron lugar a la vida que se agrupan en tres:
Aislamiento: Los organismos tendrían que estar aislados del medio por una superficie que impidiera su dilución. Oparin y Fox lo comprobaron cuando en una disolución rica en polímeros hay tendencia a que se separen unas gotitas con composición y actividad química propias (coacervados). Se supone entonces que en el caldo primordial se habrán formado estos coacervados-probiontes.
Metabolismo inicial: Desde la formación de las primeras moléculas orgánicas habría una diferencia de estabilidad entre ellas. Unas permanecerían, dando lugar a otras más complejas (síntesis) y las más inestables se descompondrían sirviendo de “alimento” para las otras (degradación). Se habría iniciado así un proceso de síntesis y degradación diferencial, es decir, un metabolismo inicial que contribuiría a la estabilización de algunos coacervados, mientras que otros sucumbirían.
Capacidad de reproducción: Los coacervados conseguirían en un momento dado la capacidad de romperse en otros (hijos) conservando sus característica. El coacervado habría pasado a ser un organismo elemental viviente
Muchas hipótesis están ahora en proceso de verificación Sin embargo, se pueden distinguir dos grandes tendencias. Algunos sostienen que los ácidos nucleicos formados en condiciones prebióticas determinaron, por mutación y selección, todo el curso de la evolución. Para otros, es la función de la autoconservación la que predomina. El sistema de codificación e información, muy simple al comienzo, se fue perfeccionando a medida que los organismos se volvían más complejos, hasta llegar al ARN y finalmente al ADN actual.
Recientemente están apareciendo tendencias con modelos híbridos que combinan aspectos de ambos
La aparición de las primeras células la podemos enfocar del modo siguiente: grupos de los compuestos básicos presentes en el océano primitivo, de una u otra forma, debieron reunirse juntos y en pequeños espacios, y cada grupo de materiales debió permanecer agregado formando una gota.
La primera selección fue sin duda entre las gotas más estables, capaces de perdura mucho tiempo y aquellas más frágiles que desaparecieron con rapidez. Se puede afirmar que las microgotas fueron los primeros heterótrofos.
Cabe suponer que los primeros organismos fueron unas unidades celulares procarióticas, semejantes a las bacterias fermentadoras, dependientes para su supervivencia de las moléculas orgánicas formadas previamente, como hemos visto, de forma no biótica. Al no haber oxígeno utilizable, estos seres primitivos obtendrían la energía necesaria para su metabolismo por fermentación conservándola en las moléculas de fosfato de adenosina, quedando establecida la respiración como función continua. Serian consumidores de moléculas orgánicas y por ello su desarrollo estaría, en principio, limitado por esas sustancias. Con estos materiales nutritivos y con la energía acumulada por los fosfatos de adenosina se hicieron posibles las reacciones de “síntesis”, que formarían nuevos compuestos químicos celulares con los que realizar “reparaciones” estructurales, así como el crecimiento de las células. En definitiva desarrollar los procesos que conocemos como metabolismo.
Los primeros organismos fotosintetizadores que se tiene constancia en el registro fósil son las cianobacterias primitivas, estromatolitos, y tienen una antigüedad de 3.600 millones de años.
Los estromatolitos tienen 5 aspectos que los hacen sumamente importantes dentro de la geología y la biología:
1. Son la evidencia de vida más antigua que se conoce en la Tierra.
2. Son organismos que han mantenido hasta hoy su línea evolutiva.
3. Son los primeros recicladores del carbono.
4. Son los primeros oxigenadores de la atmósfera.
5. Son los primeros formadores de zonas arrecifales.
Los primeros fósiles confirmados de Eucariontes tienen una antigüedad de unos 1.000 millones de años. Se han elaborado varias hipótesis para explicar su aparición:
Hipótesis autógena (Taylor y Dobson), el origen de las células eucariotas serían células procariotas que aumentarían de tamaño y su citoplasma se compartimentaría por medio de membranas. Es tos compartimentos darían lugar a los orgánulos celulares eucariotas.
Hipótesis de la endosimbiosis (Margulis, Sagan), el origen de las células eucariotas sería por continuos procesos de simbiosis entre diversas células procariotas, que se transformaron en los diversos orgánulos celulares. Las células procariotas serían fagocitadas por un procariota ancestral anaerobio, estableciéndose una relación simbiótica entre dichas células. Así, se piensa que las mitocondrias surgirían de bacterias aerobias, los cloroplastos de cianobacterias, los cilios y flagelos de bacterias espiroquetas, etc.
En algún momento del proceso evolutivo surgieron los organismos pluricelulares (Metazoos), bien a partir de una asociación colonial formada al permanecer juntas las células hijas resultantes de una división celular, bien por compartimentación citoplasmática en un organismo unicelular multinucleado. La existencia de la célula eucariótica y el progresivo aumento del nivel de O2 (necesario para la síntesis de la proteína colágeno, de esteroles y de ácidos grasos) eran condiciones necesarias para la aparición de los metazoos.
La Teoría celular y la organización de los seres vivos
Los conceptos de materia viva y célula están estrechamente ligados. La materia viva se distingue de la no viva por su capacidad para metabolizar y autoperpetuarse, además de contar con las estructuras que hacen posible la ocurrencia de estas dos funciones; si la materia metaboliza y se autoperpetúa por sí misma, se dice que está viva.
La célula es el nivel de organización de la materia más pequeño que tiene la capacidad para metabolizar y autoperpetuarse, por lo tanto, tiene vida y es la responsable de las características vitales de los organismos.
En la célula ocurren todas las reacciones químicas que nos ayudan a mantenernos como individuos y como especie. Estas reacciones hacen posible la fabricación de nuevos materiales para crecer, reproducirse, repararse y autorregularse; asimismo, produce la energía necesaria para que esto suceda. Todos los seres vivos están formados por células, los organismos unicelulares son los que poseen una sola célula, mientras que los pluricelulares poseen un número mayor de ellas.
Si consideramos lo anterior, podemos decir que la célula es nuestra unidad estructural, es la unidad de función y es la unidad de origen; esto, finalmente es lo que postula la Teoría celular moderna. Llegar a estas conclusiones no fue trabajo fácil, se requirió de poco más de doscientos años y el esfuerzo de muchos investigadores para lograrlo.
Quienes postularon la Teoría celular formaron parte de este grupo y entre ellos podemos mencionar a Robert Hooke, René Dutrochet, Theodor Schwann, Mathias Schleiden y Rudolph Virchow. Es importante hacer notar que el estudio de la célula fue posible gracias al microscopio, el cual se inventó entre los años 1550 y 1590; algunos dicen que lo inventó Giovanni Farber en 1550, mientras que otros opinan que lo hizo Zaccharias Jannsen hacia 1590.
A Robert Hooke se le menciona porque fue el primero en utilizar la palabra “célula”, cuando en 1665 hacía observaciones microscópicas de un trozo de corcho. Hooke no vio células tal y como las conocemos actualmente, él observó que el corcho estaba formado por una serie de celdillas, ordenadas de manera semejante a las celdas de una colmena; para referirse a cada una de estas celdas, él utiliza la palabra célula.
En 1838 Mathias Schleiden, un botánico de origen alemán, llegaba a la conclusión de que todos los tejidos vegetales estaban formados por células. Al año siguiente, otro alemán, el zoólogo Theodor Schwann extendió las conclusiones de Schleiden hacia los animales y propuso una base celular para toda forma de vida.
Finalmente, en 1858, Rudolf Virchow al hacer estudios sobre citogénesis de los procesos cancerosos llega a la siguiente conclusión: “las células surgen de células preexistentes” o como lo decía en su axioma “ommni cellula e cellula”.
La Teoría Celular, tal como se la considera hoy, puede resumirse en tres proposiciones:
· Todo ser vivo está formado por una o más células
· La célula es la estructura más pequeña que cumple con todas las funciones vitales. Nutrirse, relacionarse y reproducirse
· Todas las células provienen, por división, de otras células.
Si consideramos lo anterior, podemos decir que la célula es nuestra unidad estructural, ya que todos los seres vivos están formados por células; es la unidad de función, porque de ella depende nuestro funcionamiento como organismo y es la unidad de origen porque no se puede concebir a un organismo vivo si no esta presente al menos una célula.
Por sus aportaciones, Theodor Schwann y Mathias Schleiden son considerados los fundadores de la Teoría Celular Moderna.
Dentro de la jerarquía de los niveles de organización de la materia, y por encima del nivel molecular, está el nivel celular, donde las estructuras alcanzan el grado de complejidad necesario para manifestar propiedades vitales. Un organismo no es simplemente un mosaico de estructuras independientes, sino un sistema integrado y autorregulado, en el que la estructura y la función son inseparables.
Según el grado de complejidad se pueden considerar dos tipos de organización celular: la célula procariota y la eucariota. Además de estos dos niveles de organización celular se considera un tercer tipo de organización, formado por los virus, cuya extraordinaria simplicidad estructural y la carencia de metabolismo propio los convierte en organismos que se sitúan entre lo vivo y lo inerte.
Los procariotas son el conjunto de organismos unicelulares que constituyen el grupo de las Moneras, en el que se incluyen las bacterias, las algas cianofíceas y los micoplasmas. Carecen de verdadero núcleo aislado por una membrana nuclear, su material cromosómico está formado por ADN desnudo. El protoplasma está poco diferenciado y con escaso grado de compartimentalización.
Recientes estudios genéticos muestran que unos microorganismos anaerobios, incluyendo los productores de metano y las bacterias sulfúreas, están tan alejados del resto de procariontes como lo están de los eucariontes y probablemente representan un reino aparte (Archeobacterias). En este caso los procariontas serían los Moneras y las Archeobacterias.
Conclusión
Un tema apasionante por el que se han preguntado todos los seres humanos a lo largo de los tiempos, el origen de la vida, pero además de apasionante, todavía, abierto, diferentes investigadores en el mundo continúan proponiendo hipótesis más orientadas a determinar la ubicación de ese origen de la vida que a la forma en que se produjo.
La evolución de la vida después del origen se basa principalmente en estudios geológicos de las rocas más antiguas encontradas, ya que el registro fósil de los albores de la vida es casi inexistente, por lo que encontrar indicios del último antepasado común LUCA (last universal common ancestro) resultará sumamente imposible.
En este tema se puede comprobar que el estudio de la ciencia va emparejado estrechamente con el desarrollo de la tecnología, como se puede comprobar con la teoría celular y el invento y desarrollo del microscopio.