7° grado · Geografía Física
La Tierra en el universo · El universo y el sistema solar
El origen de la vida
La Tierra primitiva De la generación espontánea a la síntesis prebiótica Hipótesis sobre el origen de la vida Cronología de la vida primitiva ¿Cómo se confirma la vida pasada? La atmósfera y la hidrosfera: capas fluidas Por qué el agua es esencial para la vida Astrobiología: la búsqueda de vida fuera de la Tierra Resumen
Hace 4.600 millones de años, la Tierra era una esfera de roca fundida sin una sola forma de vida. Hoy, desde la Ciénaga de Zapata hasta los arrecifes de Jardines de la Reina, hay una diversidad biológica inmensa. Entre un momento y otro ocurrió el paso de la materia inerte a la materia viva, uno de los grandes problemas abiertos de la ciencia. Aquí verás las hipótesis que la ciencia propone y las evidencias que las respaldan. Esta historia se conecta con la evolución geológica de la Tierra que estudias en 7.° grado.
La Tierra primitiva
Cuando surgió la vida, hace unos 3.800-4.000 millones de años, la Tierra tenía una atmósfera reductora , sin oxígeno libre, rica en vapor de agua, dióxido de carbono, metano, amoniaco e hidrógeno. Los océanos ya existían, pero el bombardeo de meteoritos y una intensa actividad volcánica eran frecuentes, y la radiación ultravioleta llegaba a la superficie sin el filtro de una capa de ozono.
¿Por qué? El oxígeno es muy reactivo y se combina enseguida con metales y gases volcánicos; sin organismos fotosintéticos que lo repongan, no puede acumularse libre en la atmósfera.
Paisaje de la Tierra primitiva: un océano, un volcán en erupción, meteoritos que caen y un cráter de impacto, bajo una atmósfera reductora sin oxígeno libre, rica en vapor de agua, dióxido de carbono, metano, amoniaco e hidrógeno. La radiación ultravioleta del Sol llega a la superficie porque no hay capa de ozono.
radiación ultravioleta
sin capa de ozono
atmósfera reductora
sin O₂ libre
H₂O · CO₂ · CH₄ · NH₃ · H₂
bombardeo
de meteoritos
océano primitivo
cráter de impacto
actividad volcánica
intensa
Venus, más cerca del Sol, desarrolló un efecto invernadero descontrolado que eleva su superficie por encima de los 450 °C.
Marte, más lejos y con una atmósfera demasiado tenue, hoy no puede mantener agua líquida estable en la superficie, aunque hay indicios geológicos de que la tuvo en el pasado.
La comparación con los vecinos ayuda a entender por qué la combinación de distancia al Sol, atmósfera y actividad geológica de la Tierra resultó, por ahora, única en el Sistema Solar.
¿Por qué un planeta rocoso del mismo tamaño que la Tierra no podría tener vida como la conocemos si orbitara a la distancia de Venus?
Ver respuesta Porque la mayor radiación solar impediría la existencia de agua líquida y provocaría un efecto invernadero descontrolado, con temperaturas de cientos de grados.
Se suele pensar que la vida siempre necesitó oxígeno porque nosotros lo respiramos, pero las primeras células eran anaerobias: el oxígeno libre habría oxidado y destruido las moléculas prebióticas antes de que pudieran organizarse.
Describe en una frase qué gases tenía y cuál faltaba, comparada con el aire que respiras hoy.
Ver respuesta Era reductora: tenía vapor de agua, dióxido de carbono, metano, amoniaco e hidrógeno, y no tenía oxígeno libre ni capa de ozono.
De la generación espontánea a la síntesis prebiótica
Durante siglos se creyó que los seres vivos podían surgir directamente de la materia inerte: gusanos de la carne en descomposición, ratones de trapos sucios. Esta idea, la generación espontánea , fue refutada por experimentos cada vez más rigurosos, hasta ser descartada en el siglo XIX.
Francesco Redi (1668) tapó unos frascos con carne en descomposición y dejó otros abiertos: solo en los abiertos, a los que entraban las moscas, aparecieron gusanos. Los gusanos venían de huevos, no de la carne.
Lazzaro Spallanzani (1765) hirvió caldos de cultivo y selló algunos frascos: solo en los abiertos al aire proliferaron microorganismos.
Louis Pasteur (1861) diseñó matraces de cuello de cisne, abiertos al aire pero con una curva que atrapaba el polvo y los microorganismos: los caldos permanecieron estériles mientras el cuello estuvo intacto. Quedó descartada la generación espontánea.
¿Por qué el matraz de Pasteur resolvió la objeción que dejaba abierta el sellado hermético de Spallanzani?
Ver respuesta Los defensores de la generación espontánea decían que el aire era necesario como «principio vital» y que al sellar el frasco se eliminaba. El matraz de Pasteur dejaba pasar el aire, pero retenía los microbios en la curva del cuello: el caldo no se contaminaba, así que los microbios no surgían del caldo ni del aire, sino de otros microbios.
Descartada la generación espontánea, quedaba una pregunta: ¿cómo surgió entonces la primera vida? En 1953, Stanley Miller y Harold Urey simularon en el laboratorio las condiciones de la Tierra primitiva. En el esquema, las partes están marcadas con ?1, ?2, ?3 y ?4.
Aparato del experimento de Miller y Urey con cuatro partes marcadas ?1 a ?4: ?1 la mezcla de gases de la atmósfera primitiva en el matraz grande, ?2 las descargas eléctricas entre los electrodos, ?3 el agua en ebullición en el matraz pequeño y ?4 la trampa de recogida en el tubo en U donde se acumula agua con moléculas orgánicas, como aminoácidos.
descargas eléctricas
electrodos
H₂O, CH₄, NH₃, H₂
atmósfera
primitiva
vapor de agua
condensador
(enfriamiento)
agua fría
agua hirviendo
calor
agua con moléculas orgánicas
aminoácidos
y otras
moléculas simples
?1
?2
?3
?4
En el aparato, la mezcla de gases (?1) imita la atmósfera primitiva, las descargas eléctricas (?2) imitan los rayos, el agua en ebullición (?3) imita los océanos que se evaporan y la trampa (?4) recoge lo que se forma. El resultado: aminoácidos , las piezas con que se arman las proteínas.
El experimento de Miller y Urey no creó vida ni lo pretendía: mostró que la química de la materia inerte puede producir de forma espontánea componentes orgánicos básicos. Entre esas moléculas y la primera célula hay un salto que la ciencia aún investiga.
Hipótesis sobre el origen de la vida
La síntesis química prebiótica («sopa primigenia») propone que las moléculas orgánicas se formaron en los océanos primitivos a partir de gases atmosféricos y fuentes de energía como los rayos. La hipótesis de las fuentes hidrotermales sitúa ese proceso en los respiraderos volcánicos del fondo oceánico, con aporte constante de energía química. La panspermia sugiere que algunas moléculas orgánicas complejas, o incluso microorganismos resistentes, llegaron del espacio en cometas o meteoritos.
Diagrama de flujo de las etapas hipotéticas desde las moléculas orgánicas y el material hereditario hasta la primera célula.
moléculas orgánicas
metabolismo + membrana
primera célula
+ material hereditario
capaz de copiarse
Proponer que las primeras moléculas o microorganismos llegaron en cometas o meteoritos cambia el escenario, pero no explica cómo la materia inerte se volvió materia viva en ese otro lugar del cosmos.
Imagina que el impacto continuo de meteoritos impidió que llegara luz a la superficie del océano durante millones de años.
Ver respuesta Sí. La hipótesis de las fuentes hidrotermales sostiene que la vida pudo originarse en la oscuridad del fondo marino, aprovechando la energía química y el calor de las chimeneas volcánicas.
Cronología de la vida primitiva
Las primeras células sencillas, sin núcleo (procariotas ), aparecieron hace unos 3.800 millones de años . Los estromatolitos , estructuras en capas que se atribuyen a colonias de cianobacterias, son una de las evidencias fósiles más antiguas de vida, con unos 3.500 millones de años. Hace unos 2.400 millones de años , la fotosíntesis de las cianobacterias liberó tanto oxígeno que transformó la atmósfera (la Gran Oxidación ), lo que más tarde permitió la capa de ozono y a los organismos que usan oxígeno para obtener energía con mucha más eficiencia. Las primeras células con núcleo (eucariotas ) surgieron después, y la vida compleja se diversificó hace unos 540 millones de años.
Línea temporal con los grandes hitos de la historia de la vida terrestre, desde el origen de las primeras células procariotas hasta la diversificación de la vida compleja.
3.800 Ma primeras células
2.400 Ma Gran Oxidación
1.500 Ma células con núcleo
540 Ma vida compleja
Ma significa «millones de años».
El oxígeno liberado por las cianobacterias fue tóxico para muchos organismos de la época, acostumbrados a una atmósfera sin oxígeno, y probablemente causó una extinción masiva de formas anaerobias. A la vez, abrió la puerta a organismos capaces de respirar oxígeno, entre ellos, mucho después, los animales. Además, el oxígeno fue oxidando poco a poco el metano atmosférico, un potente gas de efecto invernadero. Al disminuir el metano, el planeta perdió parte de su calor y se cree que esto contribuyó a una glaciación global.
Daniela afirma que la liberación de oxígeno por las cianobacterias favoreció de inmediato a todos los seres vivos de la Tierra primitiva.
Ver respuesta Se equivoca porque los organismos primitivos eran anaerobios y el oxígeno resultó tóxico para la mayoría; hubo una gran extinción antes de que proliferaran formas capaces de usarlo en la respiración celular.
¿Cómo se confirma la vida pasada?
Los estromatolitos son capas de roca que se apilan como hojas de un libro. Algunos se forman hoy mismo: en algunas lagunas costeras de aguas muy saladas, como las de Bahamas y Australia, hay colonias de microbios que atrapan sedimento y precipitan minerales, y así van construyendo estructuras laminadas. Los fósiles de hace 3.500 millones de años se parecen a ellas. Pero ¿basta con que una roca tenga láminas para afirmar que hubo vida?
Capas superpuestas también pueden formarse sin seres vivos: por depósito de minerales disueltos en el agua, por cambios en el sedimento o por la acción del agua y del viento. Una roca «con forma de estromatolito» es solo una pista. Para afirmar que hubo vida hacen falta varias líneas de evidencia independientes.
Composición isotópica: al hacer fotosíntesis, los seres vivos toman con preferencia el carbono más ligero, el $^{12}\text{C}$. El carbono de origen biológico tiene una proporción de $^{13}\text{C}$ menor que el carbono de origen mineral. Si la roca muestra esa firma, apunta a vida.
Química orgánica: moléculas complejas y restos de materia orgánica (por ejemplo, restos de membranas) que no se explican con procesos minerales.
Microfósiles: células o filamentos conservados dentro de las láminas.
Contexto geológico: que la roca se formó en un ambiente con agua, y que no haya sido calentada o alterada de forma que borre o imite las señales.
¿Por qué varias? Cada prueba por separado puede tener una explicación sin vida; que todas coincidan es muy difícil de explicar sin ella.
La importancia de las cianobacterias. Si esas estructuras de la Tierra son biológicas, las construyeron cianobacterias, los primeros organismos que hicieron fotosíntesis liberando oxígeno. Con millones de años de trabajo, esa producción cambió la atmósfera (Gran Oxidación), formó la capa de ozono y permitió la vida que respira oxígeno.
Un vehículo de exploración en Marte fotografía una roca idéntica a un estromatolito. ¿Qué dirías a quien afirma que ya se encontró vida?
Ver respuesta Que es una pista, no una prueba: procesos minerales también forman láminas. Hay que analizar la proporción de isótopos de carbono, buscar moléculas orgánicas y microfósiles y estudiar el ambiente geológico antes de concluir.
La atmósfera y la hidrosfera: capas fluidas
Para que apareciera la vida hacía falta agua líquida y una atmósfera que protegiera y retuviera calor. La Tierra reúne ambas cosas porque está envuelta por dos capas fluidas.
La tercera capa, la geosfera , es sólida y está formada por capas concéntricas. Su estructura interna tiene tres partes: la corteza , delgada y rígida (continental bajo los continentes y oceánica bajo los océanos, más fina y densa); el manto , grueso y caliente, de roca que fluye muy lentamente; y el núcleo , de hierro y níquel, con una parte externa líquida y otra interna sólida. Conocer esas capas es el primer paso para entender las rocas, los minerales y los paisajes.
★☆☆ Sin empezar
Describe cómo era la Tierra primitiva en la época en que surgió la vida: su atmósfera, sus océanos y su actividad geológica. Describe cómo era la Tierra primitiva en la época en que surgió la vida: su atmósfera, sus océanos y su actividad geológica.
Resolver
La atmósfera es la capa de gases que rodea la Tierra. La hidrosfera es el conjunto del agua del planeta en sus tres estados: océanos, ríos, lagos, aguas subterráneas, hielo y vapor de agua. Se llaman capas fluidas porque gases y líquidos fluyen y se mezclan. La geosfera es la parte sólida (rocas y suelo) y la biosfera es el conjunto de los seres vivos.
Esquema de las cuatro capas de la Tierra: atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera, conectadas por líneas de intercambio de gases, agua, minerales y energía.
atmósfera (gases)
hidrosfera (agua)
geosfera (rocas)
biosfera (vida)
todas las capas intercambian materia y energía
La atmósfera y la hidrosfera intercambian agua (evaporación y lluvia) y gases (el océano absorbe y libera CO₂). La atmósfera erosiona la geosfera con viento y lluvia, y los volcanes devuelven gases a la atmósfera. La biosfera depende de las tres: respira y hace fotosíntesis con los gases de la atmósfera, necesita agua líquida y obtiene minerales del suelo; a su vez, la fotosíntesis de las cianobacterias cambió la composición de la atmósfera.
¿Por qué importa? Ninguna capa funciona sola: cada cambio en una repercute en las otras, y por eso la Tierra pudo mantener agua líquida y un clima estable para la vida.
Clasifica en atmósfera, hidrosfera, geosfera o biosfera: el vapor de agua de una nube, un lago, una montaña de la Sierra Maestra, un tocororo.
Ver respuesta El vapor de agua de una nube es atmósfera (y es también agua, por lo que participa de la hidrosfera); el lago es hidrosfera; la montaña es geosfera; el tocororo es biosfera.
Por qué el agua es esencial para la vida
Los astrobiólogos buscan agua líquida antes que cualquier otra cosa. ¿Qué tiene el agua que no tenga otra sustancia? Fíjate en lo que pasa en una piscina, en un lago que se congela o en el sudor que te refresca en un día de calor.
Disolvente: disuelve muchas sustancias (sales, azúcares, gases). Dentro de las células, las reacciones químicas ocurren en disolución, y en la sangre y la savia el agua transporta nutrientes y desechos.
Alto calor específico: necesita absorber mucha energía para calentarse unos grados. Por eso el océano y las células amortiguan los cambios de temperatura, y las costas tienen un clima más estable que el interior.
Cohesión y adhesión: sus moléculas se atraen entre sí y a las paredes de los tubos finos. Así el agua sube por el tallo de las plantas, desde la raíz hasta las hojas.
El hielo flota: al congelarse, el agua aumenta de volumen y el hielo es menos denso que el agua líquida. En un lago frío se forma una capa de hielo arriba que aísla el fondo, donde la vida sigue activa.
¿Por qué? Todas estas propiedades vienen de que las moléculas de agua se atraen entre sí con fuerza y de que son polares, es decir, con un extremo ligeramente positivo y otro ligeramente negativo.
¿Qué pasaría con los peces si el hielo fuera más denso que el agua líquida?
Ver respuesta El hielo se hundiría y el lago se congelaría desde el fondo hacia arriba, hasta quedar sólido. Como el hielo flota, la capa superior aísla el agua de abajo y los peces sobreviven.
Astrobiología: la búsqueda de vida fuera de la Tierra
Mirar el cielo desde el Malecón, una noche despejada, y preguntarse si estamos solos ya no es solo una cuestión filosófica: los telescopios espaciales descubren miles de exoplanetas y las sondas analizan chorros de agua en lunas de Júpiter y Saturno. ¿Cómo puede la ciencia saber si en alguno de esos mundos hay o hubo vida?
La astrobiología estudia el origen, la evolución, la distribución y la posible existencia de vida en otros lugares del universo, integrando biología, geología, química y astronomía.
Un telescopio espacial recoge la luz de una estrella que atraviesa la atmósfera de un exoplaneta; en el espectro aparecen caídas de absorción del oxígeno y del metano, que juntos son un biomarcador.
estrella
luz filtrada
exoplaneta
atmósfera
telescopio espacial
espectro de su atmósfera
luz recibida
O₂
CH₄
luz visible
infrarrojo
longitud de onda →
Cada caída es luz absorbida por un gas de la atmósfera.
O₂ y CH₄ a la vez: biomarcador, difícil de explicar sin vida.
No se buscan solo seres vivos visibles: se analizan exoplanetas en la zona de habitabilidad de su estrella y se estudia la luz que atraviesa su atmósfera en busca de biomarcadores , sustancias (como oxígeno y metano juntos) difíciles de explicar sin actividad biológica. En el Sistema Solar, los candidatos más estudiados son Marte, Europa (luna de Júpiter) y Encélado (luna de Saturno), por sus indicios de agua líquida.
¿Por qué? En una atmósfera, el metano acaba oxidándose y desaparece si nada lo repone. Si el oxígeno y el metano coexisten de forma continua, hay un desequilibrio químico: algo los está produciendo constantemente, muy probablemente seres vivos.
Que una sonda detecte hielo o indicios de agua líquida pasada en Marte, o un océano bajo la superficie de una luna helada, no es descubrir seres vivos. El agua es una condición necesaria para la vida tal como la conocemos, pero no una prueba de que exista.
Vuelve al principio: el paso de la roca fundida a la biosfera requirió que el planeta se enfriara para tener agua líquida, que se formaran moléculas orgánicas a partir de materia inerte y que estas se organizaran en estructuras con membrana, metabolismo y material hereditario.
Resumen
La vida surgió hace unos 3.800-4.000 millones de años en una Tierra primitiva de atmósfera reductora, mucha actividad volcánica y bombardeo de meteoritos.
Los experimentos de Redi, Spallanzani y Pasteur refutaron la generación espontánea ; el de Miller y Urey (1953) mostró que se pueden formar aminoácidos a partir de materia inerte.
Las hipótesis (síntesis prebiótica, fuentes hidrotermales, panspermia) coinciden en los pasos: moléculas orgánicas, material hereditario, metabolismo y membrana.
Cronología: primeras células (3.800 Ma), Gran Oxidación (2.400 Ma), células con núcleo y, después, vida compleja (540 Ma). Para confirmar vida pasada, las láminas tipo estromatolito no bastan: se combinan isótopos de carbono, química orgánica, microfósiles y contexto geológico.
La atmósfera y la hidrosfera son capas fluidas que interactúan con la geosfera y la biosfera y hacen posible la vida.
El agua es esencial por ser buen disolvente, tener alto calor específico, cohesión y adhesión, y porque el hielo flota.
La astrobiología busca zonas habitables y biomarcadores en otros mundos; el agua no prueba por sí sola que haya vida.
← Anterior El sistema solarSiguiente → La estructura de la geosfera