Abiogénesis para niños
La abiogénesis es la idea de que la vida pudo haber surgido de materia no viva, como sustancias químicas simples, a través de un proceso gradual. Esta es una de las teorías que busca explicar cómo comenzó la vida en la Tierra y en el universo. El estudio de este tema es muy amplio y combina conocimientos de muchas ciencias.
Para entender cómo pudo haber surgido la vida, los científicos usan diferentes métodos. Algunos hacen experimentos en laboratorios para ver si pueden crear los componentes básicos de la vida bajo condiciones similares a las de la Tierra primitiva. Otros observan procesos químicos en la Tierra (geoquímica) o en el espacio (astroquímica). También estudian rocas muy antiguas, meteoritos y asteroides para saber cómo era la Tierra hace miles de millones de años. Además, buscan pistas en los seres vivos actuales, comparando sus genes para encontrar el genoma más simple que podría haber existido. Finalmente, buscan señales de vida en rocas antiguas, como pequeños fósiles o cambios en los tipos de átomos (isótopos) que solo los seres vivos producen.
Aunque hay muchas ideas sobre las condiciones en las que la vida pudo haber aparecido, todavía no tenemos una imagen completa de cómo sucedió exactamente.
Contenido
Historia de la Abiogénesis
La idea de que la vida puede surgir de forma natural, sin intervención divina, es muy antigua. Filósofos de la antigua Grecia, como Anaximandro, pensaban que la vida se originó en el mar y luego se trasladó a la tierra. Empédocles también escribió sobre un origen natural de los seres vivos. Más tarde, Lucrecio, un filósofo romano, sugirió que los organismos surgieron de la Tierra sin ayuda de dioses, y que solo los más fuertes sobrevivieron. Aunque esto se parece a la idea de la selección natural, ellos creían que cada especie aparecía por separado.
¿Cómo surgió la vida? De Aristóteles a Pasteur
Cuando Charles Darwin propuso que todos los seres vivos tienen un ancestro común, también pensó que el primer organismo debió surgir de materia no viva. En 1837, escribió que la relación de la vida con las leyes químicas hacía que la "generación espontánea" no fuera imposible.
Sin embargo, la idea de "generación espontánea" había cambiado. Aristóteles, un filósofo griego, creía que los pulgones nacían del rocío, las pulgas de la materia en descomposición, y los ratones del heno sucio. Él pensaba que una "fuerza vital" animaba la materia inerte. Esta idea fue aceptada por muchos siglos.
Pero algunos científicos empezaron a dudar. En 1668, el italiano Francesco Redi demostró que las larvas no aparecían en la carne si las moscas no ponían sus huevos en ella. Esto mostró que los organismos grandes no surgían espontáneamente. Sin embargo, no descartó la idea para los microorganismos, que eran invisibles.
En 1676, Anton van Leeuwenhoek descubrió los microorganismos, lo que aumentó el interés por el mundo microscópico. El sacerdote inglés John Needham defendió que los microorganismos sí podían surgir espontáneamente. Pero en 1768, Lazzaro Spallanzani demostró que los microorganismos estaban en el aire y podían eliminarse hirviendo los caldos.
Finalmente, en 1859, Louis Pasteur realizó experimentos famosos que probaron que la generación espontánea no era posible para ningún ser vivo, ni siquiera los microorganismos. Sus experimentos tuvieron un gran impacto. El amigo de Darwin, Thomas Henry Huxley, incluso acuñó el término "abiogénesis" para referirse al origen de la vida a partir de lo no vivo, diferenciándolo de la "biogénesis" (vida de la vida).
Para explicar el origen de la vida, algunos científicos propusieron la panspermia, la idea de que la vida pudo haber llegado a la Tierra desde el espacio, quizás en meteoritos.
De Pasteur a Oparin y Haldane
En 1828, Friedrich Wöhler sintetizó la urea en el laboratorio, una sustancia presente en los seres vivos. Esto demostró que las sustancias orgánicas podían crearse sin una "fuerza vital". A lo largo del siglo XIX, se sintetizaron muchos componentes orgánicos de las células.
Mientras tanto, la idea de que la vida surgió de una transformación gradual de la materia no viva ganó fuerza. En 1924, Aleksandr Oparin publicó su obra "El origen de la vida en la Tierra". Él pensó que los primeros seres vivos debieron alimentarse de sustancias ya presentes (heterótrofos).
Ese mismo año, John Burdon Sanderson Haldane sugirió que los océanos primitivos de la Tierra eran una "sopa caliente diluida" donde se formaron compuestos orgánicos, gracias a la ausencia de oxígeno. A esta idea la llamó "biopoesis". Oparin también adoptó la idea de una atmósfera primitiva sin oxígeno, influenciado por la composición de la atmósfera de Júpiter y la observación de que el oxígeno en la Tierra proviene de la vida.
Oparin creía que estas sustancias orgánicas se transformaron gradualmente por selección natural hasta formar un organismo vivo. Propuso que los "coacervados" (pequeñas gotas de sustancias orgánicas) fueron importantes para concentrar los materiales y formar un metabolismo.
El Experimento de Miller y Urey
Después de la Segunda Guerra Mundial, los científicos retomaron las ideas de Oparin y Haldane. En 1951, Harold Urey propuso que la atmósfera primitiva de la Tierra no tenía oxígeno. Su estudiante, Stanley Miller, decidió simular esas condiciones en un experimento.
En 1953, Miller y Urey realizaron su famoso experimento. Usaron una mezcla de gases (metano, amoníaco e hidrógeno) y agua, y aplicaron descargas eléctricas para simular los rayos. Las reacciones ocurrían en un aparato de vidrio con varias cámaras. Una cámara tenía agua hirviendo, y el vapor pasaba a otra con los gases, donde los electrodos generaban chispas. Los productos se condensaban y volvían al agua.
Después de dos semanas, entre el 10% y el 15% del carbono se había convertido en compuestos orgánicos, incluyendo aminoácidos (los bloques de construcción de las proteínas) y azúcares. Este experimento demostró que los componentes básicos de la vida podían formarse en las condiciones de la Tierra primitiva. Años después, se descubrió que el experimento de Miller había producido más de 20 aminoácidos diferentes de los que se detectaron inicialmente.
La Síntesis Prebiótica y el ADN
El descubrimiento de la estructura del ácido desoxirribonucleico (ADN) por Francis Crick y James Dewey Watson en 1953 cambió la forma de pensar sobre el origen de la vida.
Sidney Fox se centró en cómo se formaron las proteínas. Observó que, en condiciones similares a las de los volcanes, los aminoácidos podían unirse para formar "proteinoides", que a su vez creaban pequeñas esferas llamadas "microesferas". Estas microesferas se comportaban de forma similar a las células primitivas.
Joan Oró logró sintetizar adenina (una de las bases del ADN y ARN) en condiciones de la Tierra primitiva, calentando cianuro de hidrógeno y amoníaco en agua. Esto demostró que los componentes de los ácidos nucleicos también podían formarse.
Estas investigaciones llevaron a dos ideas principales: la hipótesis de "genes primero" (que los ácidos nucleicos fueron lo primero) y la de "metabolismo primero" (que las reacciones químicas complejas surgieron antes).
Condiciones Iniciales de la Vida
Para entender el origen de la vida, es crucial saber cómo era la Tierra al principio. Los científicos usan la geoquímica y simulaciones por computadora para esto. Buscan determinar qué elementos y moléculas estaban disponibles y en qué estado. También es importante saber cuándo apareció la vida por primera vez. Se cree que la vida surgió después de que el planeta se enfriara, hace unos 4.000 millones de años. Aunque todos los seres vivos parecen venir de un ancestro común, se debate si hubo varias apariciones de vida o si solo una sobrevivió.
Evidencia de Vida Antigua
Una forma de detectar vida antigua es observando los isótopos de carbono. Los seres vivos prefieren el carbono-12 (más ligero) sobre el carbono-13. Si las rocas tienen una proporción diferente de estos isótopos, puede ser una señal de actividad biológica.
En Groenlandia, se encontraron rocas de hace 3.850 millones de años con "firmas" de carbono que sugieren la presencia de vida. Otros estudios indican que la vida pudo haber evolucionado rápidamente en las fumarolas submarinas.
Lagunas Hidrotermales y Volcanes
Algunos científicos creen que las primeras células se originaron en lagunas de agua dulce en islas volcánicas, no en el océano. Esto se debe a que las células tienen altas concentraciones de potasio, fosfato y metales que no son comunes en el agua de mar. Las lagunas geotermales, alimentadas por fumarolas, podrían haber tenido las condiciones químicas adecuadas, incluyendo un pH apropiado y minerales que protegían de la radiación ultravioleta. Además, los ciclos de humedad y sequedad en estas lagunas habrían concentrado las sustancias, facilitando la formación de moléculas complejas.
Bruce Damer y David Deamer sugieren que las membranas celulares no pueden formarse en agua salada, por lo que la vida debió surgir en agua dulce. Las islas volcánicas, con sus lagunas de lluvia, serían un lugar ideal para que los lípidos formaran las primeras membranas.
Vida Temprana en Fuentes Hidrotermales Submarinas
Se han encontrado restos de microorganismos en rocas de Quebec, Canadá, de entre 3.700 y 4.280 millones de años. Estos restos, que parecen bacterias filamentosas que se alimentaban de hierro, son la evidencia directa más antigua de vida en la Tierra. Estas rocas probablemente formaban parte de un sistema de ventilación hidrotermal submarino, un hábitat ideal para las primeras formas de vida.
La Tierra Primitiva: Atmósfera y Océanos
La Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años. Se cree que los océanos aparecieron muy pronto, quizás 200 millones de años después, en un ambiente caliente y sin oxígeno. Aunque la Tierra primitiva era hostil, con frecuentes impactos de grandes objetos cósmicos que podían vaporizar los océanos, la vida pudo haber encontrado refugio.
¿Caliente o Frío? El Debate del Origen
Algunas investigaciones sugieren que la vida pudo haber comenzado en ambientes cálidos, como los sistemas hidrotermales. Sin embargo, otros estudios, incluyendo los de Stanley Miller, indican que la síntesis de algunas bases nitrogenadas (componentes del ADN y ARN) requiere condiciones de congelación.
Experimentos han demostrado que se pueden formar aminoácidos y nucleobases en hielo. La explicación es que, al congelarse, el agua pura forma cristales, y las impurezas (como sales o cianuro) se concentran en pequeños bolsillos líquidos entre el hielo. Esta concentración hace que las moléculas choquen más a menudo, acelerando las reacciones.
Modelos Hipotéticos del Origen de la Vida
Existen varios modelos sobre cómo pudo haber surgido la vida, relacionados con el entorno, las moléculas que aparecieron primero y la formación de las primeras células. Muchos de estos modelos se combinan para responder a diferentes preguntas.
Modelos del Entorno
- Lagos de Agua Dulce Caliente: Se propone que la actividad geotérmica en lagos abiertos, con acumulación de minerales, pudo ser ideal. El agua mineral caliente con bicarbonato y calcio es óptima.
- Manantiales Geotermales: Las membranas celulares no se forman en agua salada, por lo que se sugiere que la vida se originó en piscinas de agua dulce en islas volcánicas, llenas de lluvia y manantiales geotermales. Los ciclos de humedad y sequedad habrían ayudado a formar biopolímeros.
- Respiraderos Alcalinos de Aguas Profundas: Algunos creen que las fuentes hidrotermales alcalinas en el fondo del mar fueron la fuente de energía para la vida celular temprana. La roca porosa podría haber concentrado las moléculas y actuado como compartimentos.
- Cenizas Volcánicas en el Océano: Se ha sugerido que la ceniza volcánica, con sus múltiples formas y temperaturas, pudo haber proporcionado las condiciones para que se formaran moléculas orgánicas que luego fueron arrastradas al mar.
- Teoría del Mundo de Zinc: Propone que los fluidos hidrotermales ricos en azufre, al interactuar con el agua fría del océano, formaron partículas de sulfuro metálico. El sulfuro de zinc (ZnS) y manganeso (MnS) tienen la capacidad de almacenar energía de la radiación ultravioleta, lo que pudo haber activado la síntesis de moléculas.
- Teoría de la Burbuja: Las olas en las costas crean burbujas que pueden concentrar moléculas orgánicas. Las burbujas de grasas son estables y podrían haber sido precursoras de las membranas celulares. Si una proteína mejoraba la burbuja, esta tendría una ventaja en la selección natural.
- Teoría de la Arcilla: Sugiere que las moléculas orgánicas complejas crecieron en una superficie de cristales de silicato (arcilla). La arcilla podría haber actuado como una plataforma para la replicación y el desarrollo de moléculas orgánicas.
- Teoría de la Playa Radiactiva: Propone que las mareas, mucho mayores en la Tierra primitiva, concentraron partículas radiactivas de uranio en las playas. La energía de estas reacciones nucleares naturales pudo haber generado aminoácidos y azúcares.
- Modelo de la Biosfera Profunda y Caliente: Sugiere que la vida se desarrolló varios kilómetros bajo la superficie de la Tierra, donde la vida microbiana es abundante. Un suministro constante de nutrientes desde las profundidades podría haber favorecido la supervivencia.
- Teoría Termodinámica Disipativa: Esta teoría se centra en cómo la vida disipa la energía del Sol. Propone que las moléculas orgánicas, como el ADN y el ARN, absorbían la luz ultravioleta y la convertían en calor, lo que impulsaba el ciclo del agua y la proliferación de la vida.
Modelos sobre las Moléculas y Funciones Iniciales
- Hipótesis del Mundo de ARN: Sugiere que el ácido ribonucleico (ARN) apareció antes que el ADN. El ARN puede almacenar información y catalizar reacciones químicas (como las ribozimas), lo que lo hace un candidato ideal para las primeras formas de vida. Algunos virus usan ARN como material genético.
- Teoría del Mundo de Hierro-Azufre: Postula que un metabolismo primitivo, basado en reacciones con hierro y azufre, surgió primero, proporcionando un ambiente para la posterior aparición del ARN y el ADN. Estas reacciones liberaban energía que podía usarse para la síntesis de moléculas orgánicas.
- Hipótesis del Mundo de ARN-Péptido: Combina aspectos de las teorías anteriores. Sugiere que el ARN y los péptidos (precursores de las proteínas) coevolucionaron. Los péptidos podrían haber ayudado al ARN a replicarse de forma más eficiente.
- Hipótesis del Mundo de Proteínas: Propone que las proteínas aparecieron antes o al mismo tiempo que los ácidos nucleicos. Algunas proteínas podrían haberse autorreplicado y catalizado reacciones.
- Teoría del Mundo de Lípidos: Afirma que las primeras sustancias autorreplicantes fueron lípidos. Las bicapas lipídicas (similares a las membranas celulares) habrían facilitado la compartimentación de las moléculas, permitiendo la formación de ARN y proteínas en su interior.
- Hipótesis del Mundo de HAP: Sugiere que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), que son comunes en el espacio, ayudaron a crear las nucleobases del ARN. Los HAP se autoorganizan en apilamientos que podrían haber servido de "andamio" para la formación del ARN.
Modelos sobre Características de las Moléculas
- Homoquiralidad: Explica por qué casi todos los componentes de los seres vivos tienen la misma "mano" (los aminoácidos son levógiros y los azúcares son dextrógiros). Se ha sugerido que esto pudo comenzar en el espacio o por la acción de la radiación.
- Autocatálisis: Se refiere a sustancias que catalizan su propia producción. Esto podría ser una forma simple de replicación molecular, donde las moléculas que se replican mejor tienen una ventaja.
- Hipótesis de la Termosíntesis: Propone que la quimiosmosis (un proceso para obtener energía) es más antigua que la fermentación. La enzima ATP sintasa, clave en la quimiosmosis, podría ser una de las enzimas más antiguas.
- Hipótesis del Hiperciclo: Describe un sistema donde la información (ARN) produce una enzima que ayuda a formar otro sistema de información, creando un ciclo de replicación.
- Modelo del Polifosfato: Sugiere que los polifosfatos (polímeros de fosfato) pudieron haber catalizado la formación de polipéptidos a partir de aminoácidos, superando una barrera energética.
- Modelo de la Ecopoiesis: Propone que el ambiente físico de la Tierra primitiva, con una atmósfera rica en oxígeno (por fotólisis del vapor de agua) y dióxido de carbono, impulsó un metabolismo planetario global que precedió a la vida individualizada.
Formación de Protobiontes o Protocélulas
La compartimentación, es decir, la formación de "bolsas" o "cápsulas", fue crucial para el origen de la vida. Las membranas separan el interior de la célula del exterior, creando un espacio especializado.
Los protobiontes o protocélulas fueron estructuras lipídicas (de grasa) con una membrana simple, que contenían ARN y proteínas, y podían replicarse. Se cree que evolucionaron a células al incorporar más lípidos y desarrollar una estructura más compleja para proteger su material genético. Durante esta transición, el ADN se desarrolló a partir del ARN. Finalmente, los protobiontes dieron origen al "último ancestro común universal" (LUCA), un organismo procariota que tenía las características básicas de las células actuales.
- El Primer Ancestro Común Universal (FUCA): Se propone que FUCA fue una entidad sin células, pero con un código genético y la capacidad de traducir ARN en proteínas. Sus descendientes incluyen a LUCA y los virus.
- Modelos de Formación:
* Cuando los fosfolípidos se mezclan con agua, forman espontáneamente estructuras de membrana como bicapas y vesículas, similares a las membranas celulares. * Las primeras membranas pudieron haberse formado de ácidos grasos, que son más simples y se han encontrado en meteoritos. * Las vesículas de ácido oleico son buenos modelos de protobiontes de membrana.
- Coacervados: Son gotas de sustancias orgánicas que se separan en el agua. Podrían haber actuado como compartimentos primitivos, aunque su replicación era desordenada.
- Estanques Geotermales y Arcillas: Se sugiere que los protobiontes se originaron en piscinas de vapor geotérmico condensado, ricas en iones como potasio, zinc y fosfato. La arcilla de montmorillonita también pudo haber ayudado a formar cadenas de ARN y vesículas.
- Burbujas de Montmorillonita: Las burbujas de aire bajo el agua pueden cubrirse con partículas de arcilla de montmorillonita, creando vesículas semipermeables que actúan como contenedores para la síntesis de moléculas.
- Gotas sin Membrana: Estructuras de poliéster sin membrana también podrían haber albergado bioquímicos y anclado lípidos.
- Protobiontes de Jeewanu: Son partículas químicas sintéticas con estructura similar a una célula, que se dice que tienen algunas propiedades metabólicas y una membrana.
- Transporte de Membrana: Para que los protobiontes funcionaran, necesitaban intercambiar moléculas con su entorno. Las membranas de ácidos grasos permitían el paso de moléculas pequeñas. Se cree que eventos como los rayos o los ciclos de congelación-descongelación pudieron haber permitido el paso de moléculas más grandes, facilitando el intercambio de información genética.
Exogénesis: Vida Primitiva Extraterrestre
Otra idea es que la vida primitiva pudo haberse formado fuera de la Tierra y luego llegó a nuestro planeta. Esta hipótesis se llama exogénesis. Se cree que cometas y asteroides pudieron haber traído moléculas orgánicas complejas o incluso vida primitiva ya formada.
Los componentes orgánicos son comunes en el espacio, especialmente en el sistema solar exterior. Se han encontrado hidrocarburos y otros compuestos en nebulosas y cometas. Incluso se ha detectado el aminoácido glicina en cometas.
Una hipótesis relacionada es que la vida se formó primero en Marte y luego fue transportada a la Tierra por rocas expulsadas de Marte por impactos de asteroides. Aunque es difícil probar estas ideas, amplían las posibilidades de dónde pudo haber surgido la vida.
Teoría de la Panspermia
La panspermia sugiere que las "semillas" de la vida están dispersas por todo el universo y que la vida en la Tierra comenzó cuando estas semillas llegaron a nuestro planeta. Esta idea se basa en que algunos microbios terrestres son muy resistentes y podrían sobrevivir viajes espaciales.
Hipótesis de la Génesis Múltiple
Esta hipótesis plantea que pudieron haber surgido diferentes formas de vida casi al mismo tiempo en la Tierra primitiva. Sin embargo, dado que todos los seres vivos actuales parecen tener un único ancestro común, las otras formas de vida se habrían extinguido. Algunas de estas formas de vida podrían haber usado elementos diferentes, como el arsénico en lugar del fósforo, y podrían haber sobrevivido en ambientes extremos.
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Véase también
En inglés: Origin of life Facts for Kids
