El Origen de la Vida en la Tierra
La pregunta por el modo en el que ha surgido la vida en la Tierra se remonta a la antigüedad. Destacan tres teorías acerca del origen de la vida: la generación espontánea, la panspermia y la síntesis abiótica.
1. Teorías sobre el Origen de la Vida
1.1. La Generación Espontánea
La teoría de la generación espontánea es el nombre que recibe la hipótesis de que los seres vivos surgen de forma espontánea a partir de la materia inerte.
Esta teoría dominó el pensamiento científico hasta bien entrado el siglo XVII. Fue refutada gracias a los experimentos llevados a cabo por Francesco Redi en el siglo XVII y por Louis Pasteur en el siglo XIX.
El experimento de Redi
En 1668, el médico italiano Francesco Redi diseñó un experimento con el que demostró que los insectos (y, por extrapolación, el resto de los animales) no surgían de forma espontánea a partir de la creencia popular.
Colocó carne cruda en tres frascos: uno abierto, otro tapado con un corcho y otro cubierto con una gasa. La carne se descompuso en todos los frascos, pero solo aparecieron larvas y moscas en la contenida dentro del frasco abierto. Esto demostraba que las larvas no surgían por generación espontánea, sino que procedían de los huevos que depositaban las moscas sobre la carne en el frasco abierto.
El experimento de Pasteur
El descubrimiento, en 1674, de los microorganismos por Anton van Leeuwenhoek reabrió el debate de la generación espontánea.
Los microorganismos parecían surgir de forma espontánea en las charcas y alimentos y ser los responsables de la descomposición de estos últimos.
En 1861, el químico y médico francés Louis Pasteur refutó de forma definitiva la idea de generación espontánea gracias al siguiente experimento.
Usó un matraz con el cuello de cisne que permitía la entrada del oxígeno, necesario para la vida, a la vez que retenía en sus codos las bacterias y esporas, impidiendo, así, que el contenido del matraz se contaminara con microorganismos del aire.
- Llenó el matraz con caldo nutritivo y lo hirvió hasta destruir completamente los microorganismos.
- Pasado el tiempo, el caldo se mantuvo estéril, sin microorganismos.
- Solo tras romper el cuello del matraz, los microorganismos del aire contaminaban el caldo y se observaba crecimiento microbiano en este.
1.2. La Panspermia
En 1908, el químico sueco Svante Arrhenius postuló la teoría conocida como panspermia, según la cuál las primeras células habían llegado a la Tierra en meteoritos procedentes de un planeta en el que ya existía la vida. Esta teoría no resolvía el problema del origen en la vida; solo lo trasladaba a otro lugar.
1.3. La Síntesis Abiótica
La síntesis abiótica sostiene que la vida puede surgir a partir de la materia inerte, bajo ciertas condiciones existentes en el planeta Tierra. Las teorías más populares que tratan de explicar por esta vía del origen de la vida son la de la sopa primitiva y la de las chimeneas hidrotermales, si bien ninguna de ellas ofrece de momento una respuesta completamente satisfactoria.
La sopa primitiva
Esta teoría, postulada en la década de 1920 por el bioquímico ruso Alexander Oparin y el biólogo inglés John Haldane, establece los siguientes acontecimientos:
- Se produjo una síntesis de materia orgánica sencilla a expensas de los gases atmosféricos (metano, amoníaco y vapor de agua) en un ambiente reductor (carente de oxígeno) y altamente energético (energía térmica y eléctrica).
- Esta materia orgánica se acumuló en el seno de mares cálidos y poco profundos, constituyendo la sopa primitiva.
- En el interior de la sopa primitiva prosiguieron las reacciones químicas y se originaron macromoléculas progresivamente más complejas.
- En este momento surgieron las primeras membranas celulares, que delimitaron microesferas llamadas coacervados, carentes de metabolismo, y por tanto, de vida.
- En el interior de los coacervados aparecieron las primeras moléculas capaces de autorreplicarse y de catalizar reacciones químicas: probablemente ARN. Este fue el punto de partida para el desarrollo de un metabolismo incipiente y la aparición de la primera célula, llamada eubionte, que era procariota y anaerobia.
Las chimeneas hidrotermales
Esta teoría fue propuesta en 2002 por el biólogo norteamericano William Martin y el geólogo inglés Michael Russell. Sitúa el origen de la vida en las chimeneas hidrotermales de las dorsales oceánicas. Se trata de emanaciones de gases reductores y el entorno cerrado y protegido necesarios para la aparición y desarrollo del primer eubionte.
El experimento de Miller y Urey
Las primeras evidencias experimentales sobre el origen de materia orgánica a partir de materia inorgánica fueron aportadas en 1953 por los químicos estadounidenses Stanley Miller y Harold Urey.
Miller, alumno de Urey, construyó un alambique cerrado en el que se reproducía la composición de la atmósfera primitiva, ya que en él se mezclaba el vapor desprendido en la ebullición con los gases metano y amoníaco.
La mezcla de gases, tras ser sometida a las fuertes descargas eléctricas generadas por unos electrodos, era enfriada al atravesar un condensador.
Transcurrida una semana se extrajeron muestras de líquido condensado, y su análisis reveló la presencia de compuestos orgánicos (aminoácidos, urea…)
Este experimento demuestra que es posible la síntesis abiótica de materia orgánica, pero no prueba cómo se originó la primera célula a partir de la materia orgánica.
1.4. Evolución Biótica Celular
La aparición de la primera célula, el eubionte, es el punto de partida del largo proceso de evolución biótica que lleva hasta la situación de biodiversidad actual de la Tierra.
La evolución biótica celular hace referencia a los cambios evolutivos experimentados por el eubionte, partiendo de una organización celular procariota, hasta llegar a la aparición de las primeras células eucariotas.
~4000 m.a. -> Primeros procariotas: los eubiontes. Las células primigenias son procariotas, anaerobias y heterótrofas. Se alimentan a expensas de las moléculas orgánicas de la sopa primitiva, surgidas por síntesis abiótica.
~3000 m.a. -> Primeros procariotas autótrofos fotosintéticos. Se trata de cianobacterias ancestrales. Fabrican materia orgánica a partir de dióxido de carbono, aprovechando la energía solar. Como subproducto, liberan oxígeno, gas que empezó a acumularse en la atmósfera y la hidrosfera y que resultó ser letal para los organismos anaerobios.
~2500 m.a. -> Primeros procariotas aerobios. Son células que toleran y usan el oxígeno en su metabolismo. Este tipo de metabolismo aerobio (respiración) resultó ser más eficaz que el anaerobio, pues extrae mucha más energía de los alimentos.
~1800 m.a. -> Primeros eucariotas. Las células eucariotas tienen su origen en primitivas células procariotas, anaerobias, heterótrofas y provistas de núcleo, que obtuvieron, por un lado, mitocondrias a partir de bacterias aerobias heterótrofas y, por otro, cloroplastos a partir de cianobacterias (incorporaciones endosimbióticas).
2. Fijismo frente a Evolucionismo
Durante el siglo XIX, se estableció un importante debate entre dos corrientes de pensamiento contrapuestas: el fijismo y el evolucionismo.
2.1. Fijismo
El fijismo defiende que las especies han sido creadas siguiendo un patrón predeterminado y, por lo tanto, son inmutables.
Los naturalistas franceses Georges Cuvier y Carlos Linneo fueron los máximos defensores de las ideas fijistas en el siglo XVIII.
Georges Cuvier -> Fue el padre y defensor de la teoría catastrofista, según la cuál la Tierra había sufrido grandes transformaciones catastróficas a lo largo de su historia y los fósiles eran los restos de animales y plantas que perecieron en ellas.
Carlos Linneo -> Fue el padre de la taxonomía. A él se debe el sistema moderno de clasificación de las especies y la nomenclatura binominal de las mismas. Consideraba que se podían describir y clasificar tantas especies como seres se habían creado originariamente.
2.2. Evolucionismo
En contraposición al fijismo, el evolucionismo defiende que las especies cambian y se transforman desde el origen a lo largo del tiempo.
La primera teoría evolutiva fue propuesta a principios del siglo XIX por el naturalista francés Jean-Baptiste de Monet, caballero de Lamarck, y recogida en su obra titulada Filosofía zoológica bajo el nombre de teoría de la transmutación de las especies.
En la segunda mitad del siglo XIX, el naturalista británico Charles Darwin y Alfred Wallace publicaron por separado una nueva e innovadora teoría de la evolución que quedó recogida en la obra publicada por Darwin en 1859, El origen de las especies.
Lamarckismo
A principios del siglo XIX, Lamarck dio a conocer la primera teoría evolutiva, conocida actualmente como lamarckismo. Esta teoría fue rechazada de forma casi unánime por la práctica totalidad de la comunidad científica y no fue tenida en cuenta hasta mediados del siglo, cuando la publicación de la teoría evolutiva de Darwin y Wallace reabrió el debate sobre el evolucionismo.
caracteres adquiridos.
Ley del progreso
Toda forma de vida tiene una tendencia innata a desarrollar una mayor complejidad con el fin de conseguir la perfección. Los organismos simples tienden a convertirse, generación tras generación, en formas progresivamente más complejas; el lugar es ocupado por nuevas formas simples.
Ley del uso y del desuso
El tamaño, incluso la forma de un órgano, pueden verse modificados en función del uso que se hace de él. De igual modo, un órgano que no se usa puede atrofiarse y llegar a desaparecer. La función es la que determina la estructura, y no a la inversa.
Ley de la herencia de los caracteres adquiridos
Las modificaciones que tienen lugar en los órganos por la ley del uso y desuso se transmiten a la descendencia.
Darwinismo
En la segunda mitad del siglo XIX, el naturalista inglés Charles Darwin y Alfred Wallace aportaron de forma independiente una teoría evolutiva, conocida actualmente como darwinismo, que tiene las siguientes premisas: ascendencia común y diversificación, gradualismo y selección natural.
Ascendencia común y diversificación
Las especies proceden de un mismo antepasado, a partir del cual se han originado evolutivamente por diversificación.
Gradualismo
El cambio evolutivo se produce de forma continua, lenta y gradual.
Selección natural
La selección natural es el motor del proceso evolutivo, pues modifica la proporción entre los tipos de individuos de una población. Para ello, deben concurrir estas tres condiciones:
- Debe existir variación (en morfología y fisiología) entre los individuos de la población.
- Las variaciones deben ser heredables, es decir, han de transmitirse a la descendencia.
- Las variaciones tienen que afectar a la supervivencia y al éxito reproductivo de los individuos; en lo que se conoce como eficacia biológica. Así, los individuos que poseen cierta variante en un ambiente concreto tienen mayores oportunidades de sobrevivir y, por tanto, de reproducirse. En ocasiones, las variantes proporcionan a los individuos que las poseen mayor atractivo para el sexo opuesto. Es lo que se conoce como selección sexual. Darwin atribuyó gran importancia a este mecanismo de selección, aunque solo puede operar en aquellas especies que eligen a su pareja, como es el caso de los animales.
3. Evidencias de la Evolución
Las principales evidencias que apoyan la teoría de la evolución son las pruebas paleontológicas, biogeográficas, embriológicas, anatómicas y bioquímicas.
Pruebas paleontológicas
Son aportadas por los fósiles, restos mineralizados de seres vivos de épocas geológicas anteriores o de su actividad. El estudio de estos revela un proceso de cambio en los seres vivos a lo largo de la historia geológica de la Tierra. La información evolutiva se encuentra tanto en las formas intermedias como en las series filogenéticas.
Formas intermedias
Se trata de fósiles que poseen características intermedias entre dos grupos actuales, lo que apunta a un ancestro común para ambos grupos.
Series filogenéticas
Conjunto de formas fósiles de un mismo organismo que se pueden ordenar de más antiguas a más modernas hasta llegar a la forma actual. Esto permite reconstruir las modificaciones evolutivas que ha sufrido la especie.
Pruebas biogeográficas
La biogeografía estudia la distribución de los seres vivos en la Tierra como resultado de la evolución biológica, tanto filogenética como geográfica.
Pruebas embriológicas
Se basan en el estudio de las diferentes etapas del desarrollo embrionario en los animales. Las especies emparentadas evolutivamente manifiestan en las etapas iniciales de su desarrollo embrionario características comunes, aunque luego no estén presentes en el individuo adulto. Por ejemplo, los embriones de todos los vertebrados poseen hendiduras branquiales.
Pruebas anatómicas
Se basan en el estudio anatómico comparado de órganos y estructuras en diversas especies. Esto permite establecer relaciones de parentesco evolutivo, ya que las especies emparentadas muestran patrones estructurales comunes. La anatomía comparada se apoya en el análisis de tres tipos de órganos: análogos, homólogos y vestigiales.
Órganos análogos
Tienen diferente estructura interna y origen embrionario; sin embargo, tienen la misma función debido a un proceso de convergencia adaptativa. No permiten establecer relaciones de parentesco evolutivo.
El ala de un murciélago y el ala de una mosca son estructuras análogas que desempeñan la misma función, aunque su estructura interna y origen evolutivo son diferentes.
Órganos homólogos
Tienen la misma estructura interna e igual origen embrionario, si bien pueden realizar funciones diferentes como consecuencia de un proceso de divergencia adaptativa. Permiten establecer relaciones de parentesco evolutivo. Las extremidades de los vertebrados son estructuras homólogas, constituidas por los mismos huesos, aunque su función puede ser diferente (ala, pata, aleta).
Órganos vestigiales
Son órganos que han perdido su función. Permiten establecer relaciones de parentesco evolutivo, ya que suelen ser homólogos de órganos de especies actuales emparentadas, en las que sí son funcionales.
Las ballenas, por ejemplo, poseen vestigios óseos internos de extremidades posteriores (cintura pélvica, fémur y tibia), lo que sugiere que evolucionaron a partir de mamíferos cuadrúpedos terrestres.
Pruebas bioquímicas
La comparación entre la secuencia de aminoácidos y de nucleótidos de las proteínas y los ácidos nucleicos de diversas especies permite establecer relaciones de parentesco evolutivo. Cuanto menor es la distancia evolutiva entre las especies comparadas, mayor es el grado de similitud entre sus proteínas y ácidos nucleicos.