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ORIGEN y EVOLUCIÓN DE LA VIDA
1. El origen de la vida
¿Cómo se originó la vida? Según la mayoría de las religiones, la vida tiene un origen
sobrenatural, mediante la intervención de uno o más dioses. Esta tesis recibe el nombre
de creacionismo, frente a la biogénesis que defiende que los seres vivos sólo pueden
proceder de otros seres vivos.
Hasta el momento actual la ciencia no ha sido capaz de dar una explicación sobre lo que
es la vida, aparte de estudiar sus características y sus manifestaciones. Para explicar cómo
se ha originado la vida, han existido dos grandes corrientes de pensamiento, la
generación espontánea, idea que perduró hasta finales del siglo XIX, cuando Louis
Pasteur la rebatió, y, modernamente, la teoría del origen físicoquímico de la vida y la
teoría del origen extraterrestre o panspermia.
a. Teoría de la generación espontánea
Fue durante la antigua Grecia cuando surge esta idea que se mantuvo viva durante más
de dos mil años.
La idea de la generación espontánea surgió
también como una teoría materialista entre
los griegos como Tales de Mileto,
Anaximandro, Jenófanes y Demócrito (en el
siglo V a C). Para ellos la vida podía surgir
del lodo, de la materia en putrefacción, del
agua de mar, del rocío y de la basura, ya que
ahí observaron la aparición de gusanos,
insectos, cangrejos, pequeños vertebrados,
etc. A partir de ello, dedujeron que esto se
debía a la interacción de la materia no viva
con fuerzas naturales como el calor del sol.
Posteriormente, Aristóteles (384–322 a C) la convierte en una teoría idealista. Él propuso
que la generación espontánea de la vida era el resultado de la interacción de la materia
inerte con una fuerza vital o soplo divino que llamó entelequia. El pensamiento de
Aristóteles prevaleció por muchos años.
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La generación espontánea se sustentaba en la observación de procesos naturales como,
por ejemplo, la putrefacción. Es así como se explicaba que, a partir de un trozo de carne
descompuesta, apareciesen larvas de mosca, gusanos del fango, organismos de los
lugares húmedos e incluso ratones. Generalmente, se aplicaba a insectos, gusanos o seres
pequeños.
El médico flamenco Jan Baptist van Helmont (1577-1644) apoyaba la generación
espontánea y realizó muchos experimentos sobre el origen de los seres vivos, la
alimentación de las plantas, etc.
Este científico propuso una receta que permitía la generación espontánea de ratones:
Los piojos, garrapatas, pulgas y gusanos nacen de nuestras entrañas y excrementos. Si colocamos ropa
interior llena de sudor junto con trigo en un recipiente de boca ancha, al cabo de 21 días el olor cambia
y penetra a través de las cáscaras de trigo, cambiando el trigo por ratones. Estos ratones son de ambos
sexos y se pueden cruzar con ratones que hayan surgido de manera normal.
La teoría de la generación espontánea fue aceptada y sustentada por pensadores del
siglo XVII y XVIII como Sir Francis Bacon, René Descartes e Isaac Newton.
Fue a finales del siglo XVII cuando comenzó a cuestionarse la idea de la generación
espontánea, especialmente Francesco Redi (1626-1698), médico italiano, quien dudaba
de que los insectos pudieran surgir espontáneamente de la putrefacción, y suponía que
en algún momento algún insecto adulto debía depositar huevos o larvas sobre la materia
en descomposición.
Francesco Redi realizó en 1668 el siguiente experimento en 1668: puso en cuatro
recipientes respectivamente un pedazo de serpiente, pescado, anguilas y un trozo de
carne de buey y los tapó con pergamino para cerrarlos herméticamente. Preparó luego
otros cuatro con los mismos materiales y los dejó abiertos.
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Al poco tiempo algunas moscas fueron atraídas por los alimentos dejados en los vasos
abiertos y entraron a comer y a poner huevos; transcurrido un tiempo, en esta serie de
recipientes, comenzaron a aparecer algunas larvas. Esto no ocurrió, en cambio, en los
otros recipientes bien cerrados, ni siquiera después de varios meses. Por tal motivo, Redi
llegó a la conclusión que las larvas (gusanos) se originaban de las moscas y no por
generación espontánea de la carne en descomposición.
Algunos objetaron a Redi diciendo que en los vasos cerrados había faltado circulación del
aire (principio activo o vital) y eso había impedido la generación espontánea. Redi realizó un
segundo experimento: esta vez los vasos del experimento no fueron cerrados
herméticamente, sino sólo recubiertos con gasa. El aire (principio activo), por lo tanto,
podía circular. El resultado fue igual al anterior, por cuanto la gasa, evidentemente,
impedía el acceso de insectos a los vasos y la consiguiente deposición de los huevos, y en
consecuencia no se daba el nacimiento de las larvas.
Con estas simples experiencias, Redi demostró que las larvas de la carne putrefacta se
desarrollaban de huevos de moscas y no por una transformación de la carne, como
afirmaban los partidarios de la abiogénesis.
Los experimentos de Redi presentaron evidencia en contra de la teoría de la generación
espontánea. Aun así, los defensores de esta teoría no la consideraron suficiente.
Anton van Leeuwenhoek (1632-1723), comerciante de telas holandés, carente casi por
completo de formación científica, pero dotado de una gran curiosidad, paciencia y
habilidad tuvo un importante papel en la historia de la generación espontánea.
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frasco abierto frasco cerrado frasco cerrado con una gasa
larvas
larvas
Formación de larvas enla carne
No aparecían larvas enla carne
No aparecían larvas enla carne
Construyó como entretenimiento diminutas lentes biconvexas montadas sobre placas
metálicas, que se sostenían muy cerca del ojo. A través de ellas podía observar objetos,
que montaba sobre la cabeza de un alfiler, ampliándolos hasta trescientas veces.
Durante años y años se dedicó a examinar con sus microscopios todo lo que tenía a su
alcance. Fue el primero que observó microorganismos vivos a los que llamó
“animáculos”.
Se enfrentó a la teoría, por aquel entonces en vigor, de la generación espontánea
demostrando que gorgojos, pulgas y mejillones se desarrollaban a partir de huevos
diminutos.
Entre los defensores de la hipótesis de la generación espontánea, estaba John Needham
(1713-1781). Este científico realizó numerosos experimentos en los que preparaba caldos
de carne y vegetales y los dejaba en envases con tapones de corcho que no estaban bien
ajustados. Creía que, al hervir los caldos, mataría todos los microorganismos que había en
ellos. Pasados unos días, Needham observó que los caldos contenían microorganismos y
llegó a la conclusión de que los microorganismos tenían que haberse desarrollado de los
caldos.
Los descubrimientos de Needham defendían la hipótesis de la generación espontánea de
los microorganismos. Él no se dio cuenta de que los microorganismos pudieron entrar
porque los frascos no estaban bien cerrados.
En 1769, tras rechazar la teoría de la generación espontánea, Lazzaro Spallanzani
diseñó experimentos para refutar los realizados por John Needham.
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Lazzaro Spallanzani repitió los experimentos de Needham pero tuvo particular cuidado al
hervir las mezclas y al cerrar los frascos. Usó corchos para tapar la mitad de los frascos.
Selló herméticamente la otra mitad de los frascos. Además, prolongó el tiempo de
cocción. Spallanzani observó que los microbios aparecieron solamente en los frascos
tapados con corcho. Presentó este experimento como evidencia de que no hay
generación espontánea. Pero los proponentes de la generación espontánea señalaron
que se había excluido el aire de los frascos sellados.
Sostenían que el aire era esencial para que hubiera generación espontánea (fuerza
vegetativa). Los biogenesistas, sin embargo, creían que el aire era la fuente de la
contaminación y había que excluirlo.
No fue hasta 1864 que Louis Pasteur (1822-1895), un científico francés, puso fin a la
controversia sobre la generación espontánea. Gracias a sus experimentos, demostró, por
un lado, que los microorganismos se encontraban por todas partes y provocaban la
descomposición de los alimentos y muchas enfermedades humanas, y por otro lado
demostró que la generación espontánea no existía.
"...Yo pongo en un frasco de vidrio uno de los siguientes líquidos, todos ellos muy alterables en
contacto con el aire ordinario: agua de levadura de cerveza a la que se ha añadido azúcar, orina,
jugo de remolacha, agua de pimiento. A continuación doblo el cuello del frasco, de forma que quede
curvado en varias partes. Luego pongo a hervir el líquido durante varios minutos hasta que
empieza a salir vapor por el extremo abierto; luego dejo enfriar el líquido. He de señalar que aún a
pesar de sorprender a todos los que se ocupan de los delicados experimentos relacionados con la
llamada generación espontánea, el líquido del frasco permanece inalterado definitivamente..."
Colocaba el caldo nutritivo en varios frascos. Después, calentó los cuellos de algunos de
los frascos y les dio la forma de S. El resto de los frascos tenían los cuellos rectos.
Entonces, Pasteur hirvió el caldo de todos los frascos, permitiendo que saliera vapor de
los cuellos de los frascos. Los frascos con cuellos rectos fueron expuestos al aire y
sellados después. Los microorganismos crecieron solamente en los frascos con el cuello
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recto.
La forma de S en algunos de los frascos permitía que entrara el aire. Pero las partículas de
polvo se quedaban en la curva de los cuellos. Al no generarse microorganismos en estos
frascos, Pasteur llegó a la conclusión de que la generación de microorganismos dependía
directamente de la contaminación por los microoganismos de las partículas de polvo que
hay en el aire. El trabajo de Pasteur confirmó la hipótesis de la biogénesis.
Para demostrar que los microorganismos causantes de la descomposición de la materia
se habían quedado en el cuello de los recipientes, Pasteur dio la vuelta a uno de ellos para
que el caldo entrara en contacto con los microorganismos. Poco tiempo después, el caldo
se volvió turbio y cambio de olor, lo que indicaba la descomposición del caldo debida a los
microorganismos.
A modo de curiosidad se conservan en el Instituto Pasteur de Paris algunos de los frascos
que utilizó en su experimento, que todavía permanecen inalterados más de 100 años
después.
Entonces surge una pregunta. Si todo organismo procede de otro preexistente, ¿cómo
empezó todo?
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salida del vapor deagua
el aire entra y saledel recipiente el polvo queda en el
codo del cuello
la infusión permanece estérilindefinidamentela infusión es calentada en la infusión no aparecen
microorganismos
meses
infusión estérilinclinamos la infusión y entra en
contacto con el polvo
en la infusión aparecenmicroorganismos
El Universo tiene unos 13.700 millones de años y el Sistema Solar unos 4.550 m. a. Los
fósiles más antiguos que se han encontrado tienen unos 3.800 millones de años y los
rastros químicos de las rocas más antiguas sugieren que la vida se originó hace 3.900 m.a.
Teniendo en cuenta la Teoría celular según la cual todos los seres vivos están formados
por células, la aparición de la vida está asociada a la formación de las primeras células. Las
condiciones reinantes en la atmósfera primitiva no son exactamente reproducibles en un
laboratorio, por lo que las explicaciones sobre el origen de la vida son difícilmente
demostrables.
b. Panspermia
La hipótesis sostiene que los primeros organismos, o los compuestos precursores, se
habrían originado fuera de la Tierra y viajarían hasta aquí en un asteroide o cometa.
Se consideraba fantasía ya que los meteoritos se vuelven incandescentes en contacto con
la atmósfera terrestre, pero al ser las rocas malas conductoras del calor esta fusión
solamente afectaría a la capa superficial en unos pocos milímetros.
La teoría de la panspermia fue planteada por el filósofo de la antigua Grecia Anaxágoras
en el siglo s.VI a. C. El término proviene de "pan" (todo) y "sperma" (semilla) y según el
filósofo era posible que la vida se originara en algún lugar del Universo y llegase a la Tierra
incrustada en restos de cometas y meteoritos.
El término panspermia fue defendido más tarde por el biólogo alemán Hermann Richter y
el cientifíco Alex Vinicio Zambrano Tadeo en 1865. En 1908, el químico sueco Svante
August Arrhenius usó la palabra para explicar el comienzo de la vida en la Tierra. El
astrónomo Fred Hoyle también apoyó esa hipótesis. No fue hasta el 1903 que el premio
nobel de química fue entregado a Svante Arrhenius, quien popularizó el concepto de que
la vida se había originado en el espacio exterior.
Dos descubrimientos han hecho resurgir esta hipótesis:
• La caída de un meteorito en 1969 que contenía numerosos compuestos orgánicos,
entre ellos aminoácidos.
• En 1996 se hallaron trazas de microorganismos fósiles que recordaban a las
bacterias terrestres en otro meteorito.
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Entre las críticas que ha recibido la teoría de la panspermia está que no resuelve el
problema inicial de cómo surgió la vida (biogénesis), sino que se limita a pasar la
responsabilidad de su origen a otro lugar del espacio.
Otra objeción es que las bacterias no sobrevivirían a las altísimas temperaturas y a las
fuerzas que intervienen en un impacto contra la Tierra, aunque este punto no está claro
del todo pues se conocen algunas especies de bacterias extremófilas y en experimentos
recientes que se han hecho que recrean las condiciones de los cometas bombardeando la
Tierra, las moléculas orgánicas, como los aminoácidos, no solo no se destruyen, sino que
comienzan a formar péptidos.
c. Origen físico-químico de la vida
Hoy en día la teoría aceptada para explicar el origen de la vida es la que se basa en la
hipótesis química expuesta por el ruso Oparin y el inglés Haldane en 1923.
Cuando la Tierra se formó hace unos 4600 millones de años, era una inmensa bola
incandescente debido al calor producido por el impacto de los meteoritos y al calor
desprendido de la desintegración de elementos radioactivos. Los elementos químicos se
situaron según su densidad, los más densos hacia el interior de la Tierra y formaron el
núcleo, y los más ligeros, hacia el exterior formando una capa gaseosa alrededor de la
parte sólida, la atmósfera primitiva, en la que había gases como el metano (CH4), el
hidrógeno, el amoníaco y el vapor de agua. No había oxígeno libre.
Estos gases estaban sometidos a intensas radiaciones electromagnéticas procedentes del
Sol, y a fuertes descargas eléctricas en la propia atmósfera, como si fueran gigantescos
relámpagos; por efecto de estas energías esos gases sencillos empezaron a reaccionar
entre sí dando lugar a moléculas cada vez más complejas; al mismo tiempo la Tierra
empezó a enfriarse, y comenzó a llover de forma torrencial y estas lluvias arrastraron las
moléculas de la atmósfera hacia los primitivos mares que se iban formando.
Esos mares primitivos estaban muy calientes y este calor
hizo que las moléculas siguieran reaccionando entre sí,
apareciendo nuevas moléculas cada vez más complejas;
Oparin llamó a estos mares cargados de moléculas sopa
primitiva. Algunas de esas moléculas se unieron
constituyendo unas asociaciones con forma de pequeñas
esferas llamadas coacervados, que todavía no eran
células.
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Este proceso continuó hasta que apareció una molécula que fue capaz de dejar copias de
sí misma, es decir, algo parecido a reproducirse; esta molécula sería algo similar a un
ácido nucleico. Los coacervados que tenían el ácido nucleico empezaron a mantenerse en
el medio aislándose para no reaccionar con otras moléculas, y finalmente empezarían a
intercambiar materia y energía con el medio, dando lugar a primitivos seres vivos
denominados protobiontes.
Estos primeros organismos se extenderían por los mares, dando comienzo un proceso
que aún sigue funcionando hoy en día, el proceso de evolución biológica, responsable de
que a partir de seres vivos más sencillos vayan surgiendo seres vivos cada vez más
complejos, y que es la causa de la gran diversidad de seres vivos que han poblado y
pueblan actualmente la Tierra, lo que hoy llamamos la biodiversidad.
La teoría de Oparin y Haldane fue
confirmada en 1953 por el científico
Stanley Miller, quien diseño un
experimento para sintetizar moléculas
orgánicas a partir de moléculas
inorgánicas imitando las condiciones
fisicoquímicas de la atmósfera primitiva.
Introdujo en un recipiente cerrado una
mezcla de los gases que habrían formado
la atmósfera primitiva y los sometió a
intensas descargas eléctricas. Pocos días
después, Miller halló aminoácidos y otros
compuestos orgánicos sencillos en el
recipiente con agua que en su diseño
representaba la sopa primigenia.
Estos experimentos no demuestran cómo surgió la vida en el planeta, sino que las
condiciones existentes permitían la formación de materia orgánica a partir de materia
inorgánica. No hay evidencias experimentales ni fósiles sobre cómo serían los primeros
seres vivos, ni de cómo habrían evolucionado posteriormente.
Los seres vivos que han existido y existen en la actualidad son muy diferentes en cuanto a
complejidad, aspecto, modo de vida, etc., independientemente de cuál haya sido el
origen de la vida; sin embargo, hay una serie de rasgos que son comunes a todos los seres
vivos, extinguidos o vivientes, aunque sean de diferentes especies; estos rasgos son:
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� todos los seres vivos están formados por la misma materia, a la que llamamos
materia orgánica.
� todos los seres vivos realizan las mismas funciones, nutrición, relación y
reproducción, más o menos igual.
� todos los seres vivos están formados por células, una (unicelulares) o varias
(pluricelulares).
El conjunto de todos los seres vivos que existen hoy en día junto con el medio donde
viven forman lo que llamamos la biosfera, que abarca desde el suelo y parte de los
océanos, hasta la zona más baja de la atmósfera, aunque no es una capa continua, ya que
en algunos lugares la densidad de seres vivos es muy alta, y en otros apenas existe vida.
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Teoría fisicoquímica
Durante la década de 1920, el biólogo soviético Alexander I. Oparin y el británico J. B. S.
Haldane (1892-1964), trabajando en forma independiente, enunciaron una hipótesis con la
que se intentaban explicar el origen de las primeras sustancias que formaron parte de
los seres vivos.
A esta teoría se le conoce con el nombre de teoría fisicoquímica del origen de la vida en el
planeta Tierra o teoría biogénica.
De acuerdo con estos científicos, hace 3800 o 3900 millones de años, la atmósfera
primitiva de la Tierra estaba constituida por hidrógeno, metano, amoniaco, vapor de
agua, ácido sulfhídrico y pequeñas cantidades de dióxido de carbono. La atmósfera
además carecía de oxígeno, por lo que era una atmósfera reductora.
Debido a las descargas eléctricas que constantemente se producían en la atmósfera
primitiva y a la influencia de las intensas radiaciones solares, las sustancias mencionadas
antes comenzaron a reaccionar, con lo que se produjeron las primeras moléculas
orgánicas muy sencillas, llamadas monómeros biológicos. Los monómeros más importantes
fueron aminoácidos, azúcares, lípidos y ácidos nucleicos.
Es posible que el primer paso de la formación de los monómeros se iniciara en la
atmósfera y posteriormente que estos compuestos se precipitaran al océano primitivo,
junto con la lluvia, donde se completaba la formación de los monómeros biológicos.
El segundo paso en la aparición de la vida debió de ser la unión de los monómeros
biológicos para formar moléculas más complejas, denominadas polímeros; las proteínas y
los ácidos nucleicos son algunos ejemplos de polímeros.
Probablemente la formación de estas sustancias se llevó a cabo en los charcos que
dejaban las mareas o entre las rocas a la orilla de los mares primitivos, donde se
evaporaba constantemente el agua.
El proceso descrito anteriormente debió de realizarse a lo largo de millones de años en
muchos lugares de la Tierra y dio origen a un gran caldo primitivo o sopa primigenia,
constituido principalmente por polímeros sobre los mares.
Después, los polímeros se condensaron para constituir agregados más complejos, en
forma de pequeñas gotas, las cuales quedaron flotando en los mares primitivos; a estos
nuevos compuestos Oparin los denominó coacervados.
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Los coacervados son principios orgánicos que presentan un elevado grado de
organización; se cree que fueron los componentes iniciales de las primeras membranas
biológicas o protobiontes.
Los coacervados eran capaces de alimentarse del caldo primitivo y duplicarse
constantemente, pero en cada duplicación existía la posibilidad de que ocurran errores en
la molécula que guarda la información en los seres vivos. Estos errores, llamados
mutaciones generaban copias en su mayoría defectuosas, con alteraciones letales o
semiletales en la información que contenían para desenvolverse. Pero, entre todas estas
mutaciones, algunas terminaron resultando en copias con nuevas propiedades o
atributos, mutaciones positivas, que fueron el origen de la evolución hacia nuevas formas
de vida.
Entre las primeras adquisiciones importantes en la historia de la evolución de la vida en la
Tierra, se encontraron los autótrofos, organismos capaces de obtener la energía de
alimentos creados a partir de la luz solar y moléculas inorgánicas. Como consecuencia,
liberaban oxígeno libre, que se acumuló en la atmósfera.
Eventualmente, otras mutaciones dieron lugar a organismos aerobios, capaces de utilizar
el oxígeno libre para metabolizar el alimento y obtener de esa forma más energía.
En algún momento de la historia evolutiva, alguna de estas células perdió su pared celular
y plegaron la membrana plasmática hacia adentro, formando un compartimento interno
dentro de la célula llamado núcleo, dando origen de las células eucariotas. Todas aquellas
que no poseen núcleo se denominan procariotas.
Pero sobre la hipótesis de Oparin se hacen algunas objeciones:
1. La atmósfera primitiva sería menos reductora de lo que supuso Miller, lo que
dificulta la formación de moléculas orgánicas.
2. La sopa primordial en el océano primitivo sería más diluida de lo que se necesita
para la formación de moléculas orgánicas a partir de moléculas sencillas.
La alternativa que se considera actualmente como ambiente posible para el origen de la
vida son las chimeneas hidrotermales. Presenta emanaciones de gases volcánicos a 300°C
en fondos marinos. En ellas proliferan bacterias capaces de soportar altas temperaturas
(son los organismos más antiguos conocidos).
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Sus ventajas son:
� No dependen de la energía solar.
� Las emanaciones propician un ambiente reductor, independientemente de la
atmósfera.
� Presentan cavidades cerradas donde sería posible la formación de una sopa
primitiva concentrada.
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