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4 ene 2017

El Comienzo de la Vida

El primer conjunto de hipótesis verificables acerca del origen de la vida fue propuesto por Oparin y Haldane quienes, trabajando en forma independiente, y postularon que la aparición de la vida fue precedida por un largo período de “evolución química”, por ello, existe un acuerdo general en dos aspectos críticos acerca de la identidad de las sustancias presentes en la atmósfera primitiva y en los mares durante este período: una es que había muy poco o nada de oxígeno presente y la segunda que los cuatro elementos primarios de la materia viva (hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno) estaban disponibles en alguna forma en la atmósfera y en las aguas de la Tierra primitiva.

Es por ello, que Oparin postuló que en las condiciones de la Tierra primitiva se formaron moléculas orgánicas a partir de los gases atmosféricos que se irían acumulando en los mares  y lagos de la Tierra y, en esas condiciones (sin oxígeno libre), tenderían a persistir. No obstante, al concentrarse algunas moléculas, habrían actuado sobre ellas fuerzas químicas, las mismas que actúan sobre las moléculas orgánicas hoy en día. Por lo tanto, estos agregados plurimoleculares fueron progresivamente capaces de intercambiar materia y energía con el ambiente, en este sentido, en estas estructuras coloidales a las que Oparin llamó Coacervados (en cuyo interior podían optimizarse ciertas reacciones) se habría desarrollado un metabolismo sencillo, punto de partida de todo el mundo viviente. 

Por otra parte, con estos sistemas se pasó a una nueva etapa, la de evolución prebiológica, donde los sistemas constituyen un nuevo nivel de organización en el proceso del origen de la vida, lo que implica el establecimiento de nuevas leyes. Cabe mencionar, que en los sistemas químicos modernos, ya sea en el laboratorio o en el organismo vivo, las moléculas y los agregados más estables tienden a sobrevivir, y los menos estables son transitorios.

De igual modo, dado que los sistemas presentaban heterogeneidad, los agregados que tenían mayor estabilidad química en las condiciones prevalecientes en la Tierra primitiva habrían tendido a sobrevivir. Asimismo, Miller aportó las primeras evidencias experimentales 29 años después de que Oparin publicara su teoría. Por lo que, los experimentos de laboratorio han mostrado que, en estas condiciones, pueden formarse los tipos de moléculas orgánicas características de los sistemas vivos. 

Otros experimentos han sugerido el tipo de procesos por los cuales agregados de moléculas orgánicas pudieron haber formado estructuras semejantes a células, separadas de su ambiente por una membrana y capaces de mantener su integridad química y estructural. En el marco de la teoría de Oparin, se desarrollaron modelos alternativos, entre otros, el de Sidney Fox quien obtuvo estructuras proteicas limitadas por membrana llamadas microesferas proteinoides que podían llevar a cabo algunas reacciones químicas análogas a las de las células vivas.

En este sentido, si bien estas microesferas no son células vivas, su formación sugiere los tipos de procesos que podrían haber dado origen a entidades proteicas con mantenimiento autónomo, distintas de su ambiente y capaces de llevar a cabo las reacciones químicas necesarias para mantener su integridad física y química. Es por esto, que todos los biólogos acuerdan en que la forma ancestral de vida necesitaba un rudimentario manual de instrucciones que pudiera ser copiado y transmitido de generación en generación, por lo que la propuesta más aceptada es que el ARN habría sido el primer polímero en realizar las tareas que el ADN y las proteínas llevan a cabo actualmente en las células, y por errores de copia en su duplicación habría aparecido una inmensa variedad de ARN; más tarde, estas moléculas pasaron a ejercer control sobre la síntesis de proteínas. 

Asimismo, en una etapa ulterior las proteínas habrían reemplazado al ARN en la función de acelerar las reacciones químicas, mediante un proceso aún no esclarecido, puesto que la función de almacenar la información genética habría sido transferida del ARN al ADN, que es menos susceptible a la degradación química. Además, frente a las controversias sobre el origen de la vida, algunos científicos reconocidos postularon que hasta las formas de vida más simples son demasiado complejas para haber surgido mediante reacciones químicas al azar en el seno de una sopa oceánica y ubicaron el origen de la vida en el espacio interestelar.

En relación a lo anterior, la uniformidad que subyace a la vida en la Tierra -notablemente, todos los organismos comparten un mecanismo de transmisión genética común basado en el ADN- sugiere que toda la vida actual desciende de un único ancestro y, aunque no sería imposible que hubieran existido otras formas de vida que se extinguieron sin dejar rastros, no existen evidencias de ellas, ni siquiera por un breve período. Pero, la comparación entre los dos tipos de células pone de manifiesto la mayor complejidad de las células eucarióticas frente a las procarióticas.

Sin embargo, ambas comparten muchas semejanzas en su funcionamiento, lo que no deja dudas acerca de su parentesco, por ello los científicos han podido establecer que, en algún momento de la historia de la Tierra, diversos tipos de eucariotas se dividieron de un tronco procariótico, formando ramas que evolucionaron de manera independiente. No obstante, el paso de los procariotas a los primeros eucariotas (los protistas) fue una de las transiciones evolutivas principales sólo precedida en orden de importancia por el origen de la vida. 

Por otro lado, la cuestión de cómo ocurrió esta transición es actualmente objeto de viva discusión, debido a que una hipótesis interesante, que gana creciente aceptación, es que se originaron células de mayor tamaño, y más complejas, cuando ciertos procariotas comenzaron a alojarse en el interior de otras células. En relación a ello, la investigadora Margulis propuso el primer mecanismo para explicar cómo pudo haber ocurrido esta asociación, la llamada “Teoría Endosimbiótica” (endo significa interno y simbionte se refiere a la relación de beneficio mutuo entre dos organismos) la cual intenta explicar el origen de algunos organelos eucarióticos. 

En este mismo orden de ideas, hace aproximadamente 2.500 millones de años, cuando la atmósfera era rica en oxígeno como consecuencia de la actividad fotosintética de las cianobacterias, ciertas células procarióticas habrían adquirido la capacidad de utilizar este gas para obtener energía de sus procesos metabólicos, obteniendo así la capacidad de utilizar el oxígeno habría conferido una gran ventaja a estas células aeróbicas, que habrían prosperado y aumentado en número.

Por lo que, en algún momento estas procariotas aeróbicas habrían sido fagocitados por células de mayor tamaño, sin que se produjera una digestión posterior, por lo que algunas de estas asociaciones simbióticas habrían sido favorecidas por la presión selectiva: los pequeños simbiontes aeróbicos habrían hallado nutrientes y protección en las células hospedadoras a la vez que éstas obtenían los beneficios energéticos que el simbionte les confería. Es por esto, que estas nuevas asociaciones pudieron conquistar nuevos ambientes y así, las células procarióticas, originalmente independientes, se habrían transformado en las actuales mitocondrias, pasando a formar parte de las flamantes células eucarióticas.
En este sentido, investigaciones recientes sugieren que la relación metabólica entre los miembros del par simbiótico podría haber sido diferente de lo postulado por Margulis, pero en la actualidad varias líneas de evidencia sustentan la teoría de la endosimbiosis. De este mismo modo, una forma análoga es que se cree que las procariotas fotosintéticas ingeridos por células no fotosintéticas de mayor tamaño fueron los precursores de los cloroplastos, y por medio de la hipótesis endosimbiótica, Margulis también explica el origen de cilios y flagelos por la simbiosis de ciertas células con espiroquetas de vida libre.

Por lo tanto, la mayor complejidad de la célula eucariótica la dotó de un número de ventajas que finalmente posibilitaron la evolución de organismos multicelulares, los cuales se agrupan en tres categorías principales llamadas dominios (Bacteria, Archaea y Eukarya). En este sentido, dentro del dominio de los Eukarya se encuentran los reinos protistas, hongos, plantas y animales, todos ellos eucariontes; los organismos pertenecientes al dominio Bacteria incluyen el reino de las Eubacterias; y en el dominio Archaea se pueden mencionar las archeobacterias acidófilas, termoplasmales y metanobacterias, cabe resaltar, que tanto las Eubacterias como las Archeobacterias son procariontes.

En resumen, las adquisiciones de los eucariotas marcaron muchas diferencias con sus predecesores procariotas, puesto que, en las células procarióticas todos los procesos ocurren en un único compartimiento limitado por la membrana celular; por el contrario, en las células eucarióticas existe una separación espacial de las funciones: el ADN se mantiene en un compartimiento separado, el núcleo, y en el citoplasma se encuentran distintos organelos, entre ellos las mitocondrias, presentes en todas las células eucarióticas, o los cloroplastos, presentes en células fotosintéticas. Es importante comprender que una célula no es una combinación fortuita de componentes, sino una entidad dinámica e integrada.

Material Extraído de: Curtis, H., Barnes, N., Schnek, A. y Massarini A. (2008). Biología 7ma Edición. Editorial Médica Panamericana: Buenos Aires, Argentina.
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Autor

Prof. Arnaldo Rodríguez

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