El origen de la vida (y 5)

Hasta ahora, hemos podido ver las dificultades tan enormes para la aparición de la vida en nuestro planeta Tierra. Y hemos hablado sobre una cuestión muy interesante e incluso fundamental (para muchos investigadores): la atmósfera reductora. Esta idea se debió a Harold C. Urey, profesor de la Universidad de Chicago, que recibiría el Premio Nóbel de química. Sin embargo, ya a principios de la década de los años ochenta del siglo pasado, aparecieron dudas sobre esta hipótesis de Urey acerca de la atmósfera reductora. Estas dudas se deben a los experimentos de laboratorio y a los modelos por ordenador realizados por esa fecha por James C. G. Walker, profesor de la Universidad de Michigan; Walker asevera que las radiaciones ultravioletas procedentes del sol, hoy frenadas gracias a la presencia del ozono atmosférico, habrían destruído las moléculas hidrogenadas de la atmósfera. Como consecuencia, el hidrógeno libre habría escapado al espacio.

De acuerdo con los experimentos realizados por Walker, los dos principales componentes de aquella atmósfera eran el dióxido de carbono y el nitrógeno, gases liberados por las erupciones volcánicas; en su opinión, esta clase de atmósfera no habría sido la más favorable para la síntesis de los aminoácidos y otros elementos precursores de la vida. Además, según las conclusiones de James F. Kasting, de la Universidad Estatal de Pennsylvania, el dióxido de carbono habría actuado produciendo un desmesurado efecto invernadero, elevando la temperatura de la superficie terrestre casi hasta el punto de ebullición. No obstante, el modelo de la atmósfera reductora sigue contando con sus defensores como el profesor Stanley L. Miller.

En los últimos 30-40 años las investigaciones realizadas han llevado a muchos científicos dedicados a este tema a sospechar que la vida empezó en el fondo de los oceanos; ellos se basan en el descubrimiento en la década de los años setenta de "humeros" o surgencias hidrotermales en fondos marinos cerca de las islas Galápagos (Ecuador); posteriormente se han decubierto más humeros en las cordilleras submarinas formadas cerca de la confluencia de dos placas tectónicas. Los humeros alojan comunidades de organismos, como las bacterias, cuya principal fuente de energía no es la luz solar sino los compuestos azufrados emitidos por estas surgencias; los humeros podrían haber aportado los nutrientes necearios para crear y mantener la vida. El interior de ellos podría a su vez haber proporcionado protección contra los efectos letales de buena parte de los impactos extraterrestres.

Finalmente tenemos que decir que también en todo esto hay controversia, pues si bien hay científicos que piensan que la vida se pudo originar en estos humeros, hay otros que piensan que la vida se originó en la superficie y buscó protección contra los impactos extraterrestres en estas surgencias situadas en aguas profundas.

(*) Arriba: foto de un humero descubierto a finales de los años setenta del pasado siglo cerca de la islas Galápagos (Ecuador).

El origen de la vida (4)

El problema fundamental del origen de la vida es el de la organización de los componentes abióticos. Las experiencias que se han hecho con distintas fuentes energéticas sobre mezclas de características parecidas, han dado lugar a una serie de monómeros, fundamentales para las consecución de polímeros como los que hay en los seres vivos. Se han podido sintetizar casi todos los sillares de la vida.Se han sintetizado las bases púricas y las piramidínicas y a partir de ellas, con algunos azúcares y ácido fosfórico se han sintetizado principios de ácidos nucléicos. Se ha sintetizado casi todo lo necesario para la consecución de la vida.

En aquella atmósfera primitiva se pudieron sintetizar monómeros, polímeros, etc. Si hoy hubiera condiciones favorables para esta síntesis, se podrían formar estas sustancias de tipo abiótico. Sin embargo, estos productos, en la naturaleza actual son destruídos por los organismos; el mayor enemigo de esta protovida sería la vida misma.

En los tiempos primigenios, estos compuestos orgánicos que se iban sintetizando se podrían conservar e irse concentrando en el agua (océanos, protoocéanos); así se iría formando lo que algunos autores han llamado "el caldo claro". En este caldo claro existían los materiales que constituyen la vida; estos materiales se articularían para dar la vida. Pero, llegados a este punto, debemos preguntarnos: ¿cómo esos compuestos iniciales se fueron organizando, articulándose, para formar la vida?.

La vida, tal como la concemos, tiene una serie de características muy precisas. Actualmente exiasten 2 teorías respecto al origen de la vida; según una de ellas, la vida tuvo su origen en ciertas entidades prebiológicas protobiontes. Estas unidades ha recibido el nombre de "coacervados". Según la segunda teoría, que se conoce como la teoría del "gen desnudo", la vida apareció en la tierra a partir de ácidos nucléicos secillos.

(*) En el dibujo de arriba: aparato diseñado por Stanley L. Miller y Harold C. Urey, profesores de la Universidad de Chicago (EE.UU) para la síntesis de compuestos orgánicos, en el que se simulaban las condiciones existentes en la atmósfera de la tierra primitiva.

El origen de la vida (3)

De entre todas las asignaturas que estudié en Biológicas una de las que más me gustó fue la Geología de Segundo; tuve diferentes profesores según el tema de la asignatura. El jefe del Departamento era el catedrático D. Jose María Donoso, profesor brillante con, desde mi punto de vista, una alta capacidad pedagógica. Pero tengo que decir que me hizo sufrir bastante para aprobar esta asignatura y, pensándolo bien, yo creo que todo se debió a su muy especial carácter y forma de ser que tenía. Algo que era compartido por bastantes compañeros míos. Quiero recordar que su especialidad eran los "foraminíferos plactónicos", donde estaba considerado una verdadera autoridad. Con él aprendí por primera vez lo que era la Paleontología y conocí más profundamente las primeras teorías sobre el origen de la vida y la evolución.

Desde hace años se vienen encontrando fósiles en materiales cada vez más antiguos; hoy ya se puede decir que la parte más alta del Precámbrico (700 millones de años) es fosilífera; hacia abajo los fósiles van siendo más raros. Hasta los mil millones de años, son relativamente abundantes (Sáhara, Canadá); en estos lugares, podemos encontrar "estromatolitos", que eran formaciones o depósitos sedimentarios que estaban formados por comunidades de microorganismos en malla. Las características de estos estromatolitos indican que no pueden ser resultado de sedimentación inorgánica. Hoy llegamos a la conclusión de que se trata de cierto tipo de algas, que son capaces de fijar carbonato cálcico; por ello hoy se está de acuerdo en su génesis: algas que se desarrollaron hace mil millones de años.

En materiales de hace 1.500 millones de años, en Canadá, se han encontrado en el interior de sílex, microfauna y microflora constituída por organismos unicelulares y pluricelulares. Se piensan que unos serían algas y otros hongos. En materiales de hace 2.700 millones de años, concretamente en calizas y dolomías de Bulawa, se ha encontrado formas semejantes a los estromatolitos; en principio estas formas se parecen a los estromatolitos posteriores. Se puede pensar en una misma génesis, aunque es mejor decir que se trata de productos de actividad orgánica.

Por último, en materiales de hace 3.000 - 3.200 millones de años, se han encontrado dentro de las rocas productos orgánicos; por ejemplo fitano y pristano, que son compuestos que provienen de las degradación de la clorofila; luego en aquel tiempo ya existía la vida. Hoy en día incluso se ha detectado en estos materiales corpúsculos que podrían correspoder a bacterias; por lo tanto podemos decir que la vida es anterior a los 3,000 millones de años.

Pero tenemos otros datos: una roca sedimentaria se ha formado posteriormente a una meteorización; en nuestra atmósfera actual oxidante, los iones que componen las rocas sedimentarias se encuentran en su fase de forma oxidada y sólo excepcionalmente se forman sulfuros. Los estudios que se han realizados en rocas sedimentarias anteriores a 2.000 millones de años indican que la atmósfera de esa fecha tenía condiciones distintas a la actual. En rocas sedimentarias hallamos casi siempre sulfuros; las oxidadas, cuando aparecen, estan siempre en pequeña cantidad y en las formas menos oxidadas. Llegamos, pues, a la conclusión de que la atmósfera actual es distinta; la que existía entonces era anoxigénica, reductora. Las rocas sedimentarias formadas desde hace 1.000 millones de años hasta hoy indican unas condiciones atmosféricas más o menos como las actuales: atmósfera oxidante; entre los mil y los dos mil millones de años hacia atrás, se dió el cambio de atmósfera.

Este punto de la atmósfera reductora es interesante cuando se habla del origen de la vida; al existir esta atmósfera, uno de los principales problemas que actualmente se podría encontrar en la génesis vital se eliminaría en esa atmósfera; las radiaciones ultravioletas entrarían con más facilidad y se podrían formar compuestos como los que se obtienen en el laboratorio. Podemos aceptar que en las primeras etapas geológicas se podrían formar los primeros productos obtenidos hoy en los laboratorios. El problema es su ensamblaje.

(*) En la fotografía de arriba, restos de organismos fosilizados procedentes de rocas ricas en sílice de la formación de Bitter Springs, en Australia Central. Estos organismos se depositaron hace unos 850 millones de años, esto es, a finales de la era Precámbrica. Estas rocas presentan la estructura estratificada de los estromatolitos. Foto J. William Schopf, Universidad de Harvard.

El origen de la vida (2)

Sobre el origen de la vida hay una serie de teorías diferenciadas. Una primera teoría propugna un origen sobrenatural de la misma y dice que su origen es un fenómeno imposible de explicar por procedimientos físico-químicos. Un segundo grupo defiende la teoría de la ciencia-ficción y propugna un origen extraterreno; tendríamos la teoría, por ejemplo, de la Panspernia. Según ella existiría como una especie de nube cargada de gérmenes vitales, que en su desplazamiento por el Universo, si encontrara un planeta favorable lo fecundaría.

Una tercera teoría es la de la generación espontánea, según la cual la vida se estaría generando espontáneamente, de forma natural. Una cuarta teoría sería la de la reacción fisico-química progresiva; dice que la vida se generó al principio de la historia de la tierra a partir de compuestos orgánicos que se organizarían hasta dar lugar a los seres vivos; los compuestos orgánicos se sintetizarían a partir de compuestos inorgánicos.

Hace 600 millones de años la vida tendría una diversidad y una complejidad casi equiparable a la vida actual. A principios del Cámbrico, los restos fósiles indican que todos los tipos de organismos con la única excepción ( y esto no es seguro) de los cordados, existía ya. Sin embargo, poco podemos decir en función de los datos paleontológicos respecto de la vida en el Precámbrico; basta con decir, para hacernos una idea de la dificultad, que en España a finales de los años setenta del pasado siglo no se había citado un sólo fósil de este período; sin embargo ya había más de 20 yacimientos de envergadura del Cámbrico.

Llegados a este punto tenemos que hacernos una pregunta: ¿por qué son escasos en este período los fósiles?. Hay tres teorías que intentan justificarlo.

Primera.-Los fósiles existían en el Precámbrico, al menos en su parte superior, con tanta importancia como en el Cámbrico, pero se destruyeron con el metamorfismo. La serie de materiales de la época del Precámbrico suele estar metamorfizada y casi toda carece de fósiles.

Segunda.-La vida en el Precámbrico era menos abundante que en el Cámbrico; si todos los organismos derivan de un grupo inicial que a lo largo del tiempo se ha ido complicando y desarrollando, debemos pensar que al principio era pequeño.

Tercera.-Los fósiles provienen generalmente de un organismo dotado de material orgánico; casi todos provienen de organismos sin esqueletos. Por eso hay autores que dicen que hace 600 millones de años las condiciones físico-químicas terrestres fueron las que favorecieron la formación de esqueletos inorgánicos (esquelas). Lo más seguro es que la ausencia de fósiles en el Precámbrico se deba a las tres razones expuestas.

(*) Arriba fotografía de Ayers Rock (Australia). Estos terrenos corresponden al Precámbrico y fueron de los primeros en que aparecieron algas verdeazules, una de las primeras evidencias fósiles de la vida. Archivo Atlas Mundial

El origen de la vida (1)

Es posible que, uno de los temas que desde siempre haya apasionado más al ser humano sea el del origen de la vida en el Universo; hoy sabemos que el origen de la vida es simplemente un eslabón que marca la frontera entre los períodos de evolución química y de evolución biológica, pero desconocemos aún muchos de los detalles de tan trascendental eslabón.

Hace ya bastantes años un periodista de temas científicos le hizo una entrevista al profesor e investigador español Joan Oró , profundo conocedor del tema. La pregunta que le hicieron fue: "¿Cómo definiría la vida?". Transcribo aquí a continuación, por ser muy interesante, su respuesta: "De una forma general puede decirse que existen hasta diez tipos y definiciones de vida: 1) vida inteligente; 2) vida animal; 3) vida vegetal; 4) vida multicelular; 5) vida unicelular, de células eucariotas (con nucleo visible y desarrollado); 6) vida unicelular, de células procariotas (sin núcleo definido); 7) vida subcelular; 8) virus complejos; 9) virus simples, y 10) vida molecular, de una molécula de DNA que no puede existir en sí sin la presencia de enzimas y de los mecanismos necesarios para la reproducción del material genético."

Según el profesor Joan Oró, las formas de vida más antiguas que se conocen hasta el presente sean, posiblemente, los restos de microfósiles de algas verdeazules que se encontraron en el Precámbrico del sur de Africa; nosotros sabemos que esas algas producían oxígeno y, por tanto, que se relacionaban con otros organismos anteriores aún más simples y que fueron sus propios precursores.

Estas algas verdeazules que se se encuentran en los sedimentos precámbricos tienen aproximadamente 3.000 millones de años de antigüedad, y son muy similares a las actuales; un especialista difícilmente podría distinguirlas entre sí, aunque unas sean microfósiles y otra seres vivos. Estos organismos son muy antiguos, pero a pesar de ello ya estaban muy avanzados desde el punto de vista de la adpatación a las condiciones de existencia en los mares y en las aguas; es decir, y este es el aspecto más interesante, aunque para nosotros se trate de seres muy simples, estaban adaptados perfectamente al ambiente que los vió nacer, lo cual significa que, dentro del campo de lo que en ecología se llama "nicho ecológico", habían llegado ya a la cumbre de la adaptación.

Estos organismos estan tan bién adaptados que han resistido 3.000 millones de años. Podríamos suponer que las algas verdeazules serán los últimos organismos en desaparecer. Y es muy interesante el hecho (y esto es algo que se ha podido comprobar) de que, por ejemplo, cuando surge un volcán y aparecen nuevas islas y lagos como sucedió en los años 70 en Islandia, los primeros organismos que se encuentran en las aguas son precisamente las algas verdeazules.

(*) En la microfotografía de arriba: Euglena viridis, alga verde unicelular frecuente en las aguas dulces. Se diferencia de las verdeazules en que mientras la euglena es eucariota, la cianofitas son procariotas, es decir, sin un núcleo definido que englobe el material genético. Foto archivo Facultad de Ciencias, departamento de Microbiología. Univerdidad de Stanford.