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El origen de la vida: cuando la química se convirtió en biología

BRIONES79

Por Carlos Briones Llorente (CSIC)*

En nuestro planeta, cualquier entorno que analicemos (incluyendo aquellos con características físico-químicas más extremas) muestra gran cantidad y variedad de seres vivos. Ante tal biodiversidad surgen preguntas interesantes: ¿cómo se originó y evolucionó la vida?, ¿qué diferencia a los seres vivos de la materia inanimada?, ¿la vida apareció una sola vez o varias?, ¿pueden existir seres vivos fuera de la Tierra? A continuación mostraremos de forma muy resumida lo que la ciencia sabe, y lo mucho que aún ignora, acerca del origen de la vida.

En este mismo blog, Alberto Fernández Soto repasaba recientemente las evidencias que nos permiten aproximarnos al origen del Universo, hace 13.800 millones de años (Ma). Dentro de nuestra galaxia, el Sol se formó hace unos 5.000 Ma, y el sistema Tierra-Luna surgió hace aproximadamente 4.570 Ma. Durante sus primeros 170 Ma de existencia nuestro planeta estaba aún muy caliente, debido principalmente a los continuos impactos de cuerpos menores como meteoritos y cometas que abundaban en el Sistema Solar. Como consecuencia, la superficie de la Tierra estaba totalmente cubierta por un océano de magma de unos 1.000 km de profundidad.

Después la Tierra se fue enfriando, y hace unos 4.350 Ma el magma ya había cristalizado, dando lugar a una corteza terrestre sólida. En paralelo, las densas nubes de vapor de agua que hasta el momento habían cubierto la atmósfera terrestre produjeron lluvias torrenciales y muy duraderas que fueron originando un inmenso océano global de agua líquida. En ese medio se iban a producir a partir de entonces las reacciones químicas que acabarían posibilitando la aparición de la vida. En ellas participaron, probablemente, tanto las moléculas que se habían originado en la Tierra como otras que llegaron hasta aquí a bordo de meteoritos y núcleos de cometas.

Estromatolito datado en 3.496 Ma y hallado en la Formación Dresser (Pil¬bara, Australia). Se distinguen láminas mineralizadas de microorganismos que probablemente establecían relaciones ecológicas entre sí. Fotografía tomada por el autor en el Museo de Historia Natural de Washington, Estados Unidos.

Estromatolito datado en 3.496 Ma y hallado en la Formación Dresser (Pilbara, Australia) en el que se distinguen láminas mineralizadas de microorganismos. Fotografía tomada por el autor en el Museo de Historia Natural de Washington, EEUU.

Ciertas señales químicas en rocas de hasta 4.100 Ma de antigüedad parecen indicar que en una época tan temprana ya existían procesos biológicos de fijación de carbono y, por tanto, vida. No obstante, quizá cualquier intento de originar la vida hace más de 4.000 Ma fuera ‘borrado’ de nuestro planeta durante una nueva etapa de bombardeo masivo de meteoritos a la que fue sometida la Tierra desde hace 4.000 Ma hasta hace 3.850 Ma. A partir de entonces, las condiciones ya fueron más estables para el origen y el mantenimiento de la vida.

Así, las primeras evidencias fósiles de vida tienen una antigüedad de 3.500 Ma, y corresponden a estromatolitos, que en esencia son comunidades de microorganismos fosilizadas en láminas superpuestas. De esa misma época son los microfósiles más antiguos que muestran morfologías compatibles con células individuales o filamentos de ellas, aunque estos datos son más controvertidos pues estructuras con formas similares se pueden originar a partir de compuestos únicamente inorgánicos.

Por tanto, el periodo clave para el origen de la vida (o quizá para sus orígenes, pues no podemos saber cuántos experimentos exitosos se realizaron) fue probablemente el transcurrido entre hace 3.850 y 3.500 Ma. En él debieron originarse las moléculas sencillas que constituyen los polímeros biológicos (como los nucleótidos de los ácidos nucleicos y los aminoácidos de péptidos y proteínas), y estas participaron en procesos de autoensamblaje y polimerización. Ese es el campo de investigación de la denominada química prebiótica, que tuvo como inspirador a Charles R. Darwin a mediados del siglo XIX, y cuyos primeros modelos fueron elaborados por Alexander I. Oparin y John B.S. Haldane en la década de 1920. Comenzó a ser una ciencia experimental gracias al famoso experimento realizado por Stanley L. Miller en 1953, y a otros menos mediáticos pero igualmente relevantes llevados a cabo poco después por Joan Oró.

Figura 2: Recreación de una protocélula experimental con ARN como material genético, tal vez parecida a los primeros seres vivos con capacidad de evolucionar. Adaptada del libro “Orígenes. El universo, la vida, los humanos” (Ed. Crítica, 2015). © Eduardo Sáiz.

Recreación de una protocélula experimental con ARN como material genético, tal vez parecida a los primeros seres vivos con capacidad de evolucionar. Adaptada del libro Orígenes. El universo, la vida, los humanos (Ed. Crítica, 2015). / © Eduardo Sáiz.

Mediante procesos similares a los realizados en los laboratorios pudieron formarse, a medio camino entre el azar y la necesidad, sistemas químicos suficientemente complejos que combinaban las tres características básicas de la vida: un compartimento (probablemente una vesícula formada por lípidos) que permitiera una química en su interior diferente de la de su entorno; un metabolismo básico con el que el sistema compartimentado intercambiara materia y energía con dicho entorno; y una biomolécula utilizable como archivo de información genética (probablemente el ácido ribonucleico o ARN). Hoy se asume que el acoplamiento funcional en sistemas de este tipo pudo producir las primeras entidades identificables con seres vivos, según la definición operativa adoptada por el Instituto de Astrobiología de la NASA: “Un ser vivo es un sistema químico automantenido que evoluciona como con­secuencia de su interacción con el medio”.

A partir de esos sistemas protocelulares pudieron iniciarse distintas trayectorias evolutivas, algunas de las cuales fijaron el flujo de información genética en sentido ADN-ARN-Proteínas. Así se llegó a la especie de microorganismo que denominamos LUCA (acrónimo de último ancestro común universal en inglés). Tal antepasado de todos los seres vivos actuales ya había sido sugerido por Darwin, y su existencia fue demostrada a finales de la década de 1970 gracias a la comparación de genes de todas las especies conocidas. LUCA ocupa el punto más alto en el tronco común del árbol de la vida, y a partir de él se diversificaron sus tres grandes ramas o dominios filogenéticos: bacterias, arqueas y eucariotas. Algunas de tales bacterias o arqueas fueron las que nos dejaron sus primeros fósiles hace 3.500 Ma. Comenzaba así la fascinante historia de la evolución de la vida en la Tierra, un proceso en el que los virus y otros elementos genéticos móviles han sido fundamentales, hasta originar a la biodiversidad de la que formamos parte.

 

* Carlos Briones Llorente es investigador del CSIC en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA). Junto con Alberto Fernández Soto y José María Bermúdez de Castro, es autor del libro Orígenes: El universo, la vida, los humanos (Crítica).

1 comentario

  1. Dice ser Antonio Larrosa

    Buen tema y bien escrito, si señor.

    Clica sobre mi nombre

    09 Diciembre 2015 | 18:38

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