Origen de la Vida: Teorías y Experimentos Clave

Conceptos Básicos

• Elemento de laboratorio cuyo cuello dobló Pasteur: matraz
• Postura de Jon Needham: generación espontánea
• Científico que experimentó con tubos con caldos que tapó e hirvió durante una hora: Spallanzani
• Cuestión por la cual comenzaron las polémicas científicas: origen de los seres vivos
• Científico que construyó «camisas para ratones»: Van Helmont
• Postura de Francesco Redi: reproducción
• Científico que experimentó con un frasco con caldo calentado sobre cenizas: Needham
• Postura de Van Leeuwenhoek: generación espontánea
• ¿En qué frasco de Redi se desarrollan larvas de moscas?: destapado
• Científico que vio «animálculos» en una gota de agua: Van Leeuwenhoek
• Postura de Spallanzani: reproducción
• Creador del término biología: Jean Baptiste de Monet
• Científico que experimentó con tres frascos de carne: Redi
• Postura de Van Helmont: generación espontánea
• Elemento considerado indispensable para la vida: oxígeno
• ¿Qué pasó con el agua en los dobleces del experimento de Pasteur?: se condensó
• Postura que decía que los seres vivos aparecían a partir de la materia sin vida: generación espontánea
• Elementos que no pueden atravesar las «cortinas de vapor de agua»: microorganismos, bacterias
• ¿Qué experimento logró desterrar la idea de la generación espontánea?: caldo en un matraz, Pasteur

Teorías sobre el Origen de la Vida

Teoría de la panspermia: sostiene que la vida en la Tierra se originó a partir de microorganismos provenientes del espacio.

Teoría de la generación espontánea: sostiene que los seres vivos surgían en forma espontánea a partir de materia inerte o en descomposición.

Experimentos Clásicos

Experiencia de Van Helmont: llenar un recipiente con caldo que calentaba durante unos minutos para eliminar microorganismos, tapó los recipientes con tapones de corcho, sin sellarlos. Al cabo de unos días observó que había microorganismos. ¿Qué crees que ocurrió? Que por la descomposición entraron microorganismos del aire.

Experimento de Needham: llenó recipientes con caldo que calentó unos minutos para eliminar microorganismos, tapó los recipientes, al cabo de unos días observó que había microorganismos en los caldos.

En contra de la generación espontánea – Experimento de Francesco Redi: tomó tres frascos de vidrio totalmente limpios, dentro de cada uno de ellos colocó un trozo de carne fresca. Uno de ellos lo dejó destapado, el otro lo tapó con una tela muy fina y el otro lo cerró herméticamente. Puso los tres frascos en el mismo lugar y los observó durante una semana. ¿Qué objetivo quería demostrar Redi? Demostrar que los seres vivos no se originan por generación espontánea.

Origen de la Vida por Quimiosíntesis

Esta hipótesis trata de explicar cómo a través de procesos fisicoquímicos, elementos como el metano, amoníaco, vapor de agua e hidrógeno se activaron y reaccionaron debido a fuentes de energía como descargas eléctricas y radiaciones ultravioleta, para formar proteínas, carbohidratos, grasas y aminoácidos, que cada vez se hicieron más complejos y sirvieron de fuentes precursoras a los primeros seres vivos.

Otras Teorías Relevantes

Teoría de la panspermia: supone una distribución universal o extraterrestre de gérmenes vivos. La aparición de la vida sobre la Tierra podría explicarse si se supiera cómo llegó al planeta. Propuesta en varias ocasiones a lo largo de la historia, cuenta hoy con defensores entre algunos científicos de prestigio.

Evolución química y celular: mantiene que la vida apareció, a partir de materia inerte, en un momento en el que las condiciones de la Tierra eran muy distintas a las actuales y se divide en tres etapas.

El Experimento de Miller y Urey

Experimento histórico: en 1953 el estudiante de bioquímica Stanley Miller sintetizó aminoácidos a partir de amoníaco, vapor de agua y metano que, según suponía entonces, eran los gases de la atmósfera primitiva. Miller propuso que esta síntesis había tenido lugar en la Tierra primitiva y que había sido el primer paso para la aparición de la vida. Hoy sabemos que nunca hubo mucho metano en la Tierra. Así, el experimento de Miller tiene un gran valor histórico, pero no explica el origen de la vida. Lo que sí demostró fue que es posible sintetizar materia orgánica a partir de inorgánica. En A se introdujo una mezcla de amoníaco y metano sometida a descargas eléctricas producidas en B y en C se recogían las moléculas sintetizadas, aminoácidos entre otras.

Características de la Tierra Primitiva

La Tierra primitiva era muy diferente a la actual, se destacan tres características:

• Su atmósfera, protoatmósfera, era muy diferente de la actual.
• Las radiaciones ultravioleta llegaban hasta la superficie terrestre.
• Se encontraba sometida al bombardeo de asteroides.

Síntesis prebiótica: en 1924, Oparin y Haldane propusieron:

1. Formación de moléculas orgánicas sencillas.
2. Formación de moléculas orgánicas complejas.
3. Formación de coacervados.

Composición de la Atmósfera Primitiva

La atmósfera primitiva contenía:

• Dióxido de carbono (CO₂)
• Monóxido de carbono (CO)
• Vapor de agua (H₂O)
• Hidrógeno (H₂)
• Amoníaco (NH₃)
• Sulfuro de hidrógeno (H₂S)
• Metano (CH₄)

Experimentos que Refutan la Generación Espontánea

Francesco Redi: creía que los gusanos se desarrollaban a partir de huevos depositados por las moscas. Para probar su hipótesis, partió la carne en una variedad de frascos, algunas abiertas al aire, algunos sellados y otros cubiertos con una gasa. Como él había esperado, los gusanos aparecieron solamente en los frascos abiertos en los que las moscas podrían llegar a la carne y poner sus huevos.

John Needham: hirvió caldo de pollo, lo puso en un matraz, selló y esperó. Efectivamente, microorganismos crecieron. Needham afirmaba victoria por generación espontánea.

Lazzaro Spallanzani: colocó caldo de pollo en un matraz, selló el frasco, quitó el aire creando un vacío parcial, luego hirvió el caldo. No crecieron microorganismos.

Louis Pasteur: hirvió caldo de carne en un frasco, calienta el cuello del matraz en una llama hasta que llegó a ser flexible y doblado en la forma de una S. El aire podría entrar en el frasco, pero no microorganismos aerotransportados. Estos se depositarían por gravedad en el cuello. Como Pasteur había esperado, no crecieron microorganismos. Cuando Pasteur inclinó el frasco para que el caldo alcanzara el punto más bajo en el cuello, donde se habrían colocado las partículas aerotransportadas, el caldo rápidamente se contaminó con vida. Pasteur había demostrado convincentemente que los microorganismos están en todas partes, incluso en el aire, y refutó la teoría de la generación espontánea.

Experimento de Miller y Urey: Abiogénesis Experimental

Miller y Urey: representa el inicio de la abiogénesis experimental, y la primera comprobación de que se pueden formar espontáneamente moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas simples en condiciones ambientales adecuadas. Fue llevado a cabo en 1952 por Stanley Miller y Harold Clayton Urey en la Universidad de Chicago. El experimento fue clave para apoyar la teoría del caldo primordial en el origen de la vida.

Coacervados y Protocélulas

Coacervado es el nombre con el que Alexander Oparin y John Burdon Sanderson Haldane denominaron a un tipo de protobionte. Oparin y Haldane demostraron que se forman membranas lipídicas en ausencia de vida y obtuvieron en el curso de los experimentos unas gotas ricas en moléculas biológicas y separadas del medio acuoso por una membrana rudimentaria. A estas gotas las llamó coacervados.

Protocélula: son sistemas simbióticos de moléculas autorreplicantes (las protocélulas), los cuales se convierten en bacterias y estas a su vez se organizan en células nucleadas mediante autopoiesis.

Resumen de Experimentos Clave

Miller (1953): hizo una experiencia de gran importancia. Construyó un dispositivo como el de la figura. En él, el agua del matraz se calentaba y los vapores circulaban por el circuito. Introdujo una mezcla de gases como la que pudo haber en la primitiva atmósfera de la Tierra. En 3, las descargas eléctricas de los electrodos hicieron reaccionar la mezcla. Esta era enfriada por el condensador y los compuestos producidos se disolvían en el agua del matraz. Pasado un tiempo, a través de la llave sacó parte del líquido para analizarlo y descubrió que se habían formado muchas biomoléculas: azúcares, aminoácidos, etc. de gran importancia en la constitución de los seres vivos. Así, Miller demostró que las primeras etapas de la teoría de Oparin eran posibles.

Redi: se cuestionó la generación espontánea. Sus observaciones indicaban que los gusanos aparecían en la carne días después de que las moscas se posaran en ella. Elaboró una hipótesis al respecto: los gusanos proceden de huevos que ponen las moscas en la carne podrida. Los gusanos solo aparecían en la carne a la que habían tenido acceso las moscas. Gracias a esto, hizo una nueva teoría.

Oparin (1930): hizo la hipótesis de la aparición de la vida en la Tierra. Propuso que las altas temperaturas, los rayos ultravioleta y las descargas eléctricas en la primitiva atmósfera habrían provocado reacciones químicas entre las moléculas sencillas que formaban la atmósfera para originar aminoácidos (materia orgánica). De los aminoácidos pasaríamos a las primeras proteínas sencillas (las proteínas son sustancias imprescindibles para los seres vivos). Para comprobar la hipótesis, Miller y Urey diseñaron un aparato con el que introdujeron en el recipiente esférico varios gases y los sometieron durante varios días a descargas eléctricas. Después comprobaron que en el recipiente con agua habían aparecido moléculas orgánicas sencillas, como aminoácidos, aldehídos y ácidos carboxílicos.

Fotosíntesis

La fotosíntesis es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz. En este proceso la energía lumínica se transforma en energía química estable, siendo el adenosín trifosfato (ATP) la primera molécula en la que queda almacenada esta energía química. Con posterioridad, el ATP se usa para sintetizar moléculas orgánicas de mayor estabilidad. Además, se debe de tener en cuenta que la vida en nuestro planeta se mantiene fundamentalmente gracias a la fotosíntesis que realizan las algas, en el medio acuático, y las plantas, en el medio terrestre, que tienen la capacidad de sintetizar materia orgánica (imprescindible para la constitución de los seres vivos) partiendo de la luz y la materia inorgánica. De hecho, cada año los organismos fotosintetizadores fijan en forma de materia orgánica en torno a 100 000 millones de toneladas de carbono.

Fotosíntesis: es el proceso en el que organismos provistos de pigmentos fotosintetizadores recogen moléculas inorgánicas para transformarlas en moléculas orgánicas. Las moléculas inorgánicas son recogidas por los organismos vivos (autótrofos) a través de los pigmentos. Se realiza en la zona eufótica. La fotosíntesis responde a la ecuación: CO₂ + H₂O -> C₆H₁₂O₆ + O₂. Los organismos que realizan la fotosíntesis también necesitan realizar las funciones vitales y para ello realizan el proceso contrario a la fotosíntesis, la respiración. La fotosíntesis se puede ver determinada por factores que inciden en la producción primaria. Claro está que la energía solar es el factor determinante que impulsa la producción, ya que sin su existencia no se realizaría la fotosíntesis. Otro factor fundamental es la longitud de onda de la luz procedente del sol en forma de radiación electromagnética. La intensidad de la luz regula la producción primaria, ya que a medida que la luz se incrementa, aumenta la producción. La producción primaria también se ve alterada si existe escasez de nutrientes como pueden ser el nitrógeno, el fósforo y el carbono. La temperatura es un factor externo importante, ya que regula todas las reacciones químicas.

Niveles Tróficos

En cada nivel incluimos aquellos seres vivos cuyos métodos de obtención de materia y energía son semejantes:

• Productores: primer nivel trófico e incluye a los organismos autótrofos, fotosintéticos, fitoplancton, fanerógamas marinas, etc.
• Consumidores: organismos heterótrofos que se clasifican en:
  • Consumidores primarios: se alimentan de los productores, los herbívoros y el zooplancton.
  • Consumidores secundarios: se alimentan de los consumidores primarios, que son los carnívoros o depredadores. Podemos encontrar consumidores terciarios, etc.
• Descomponedores: organismos saprófitos, bacterias y otros microorganismos que se alimentan de restos orgánicos de los seres de los otros niveles. Al mismo tiempo que se nutren, descomponen los materiales constitutivos de los vegetales y animales y sus excrementos en compuestos simples inorgánicos, que podrán ser utilizados de nuevo por los productores.