La abiogénesis y la Tierra primitiva
En el Malecón 2000 de Guayaquil, Santiago ve que una fruta olvidada en una bolsa se llena de moscas y gusanos. «Aparecieron solos», dice. Hace siglos mucha gente pensaba igual. Pero hay una pregunta más grande: si hoy ningún ser vivo aparece solo de la nada, ¿cómo apareció el primero hace miles de millones de años? En esta página verás cómo la ciencia responde a esa pregunta, y al final volverás a la fruta de Santiago.
De la generación espontánea a la abiogénesis
La generación espontánea era la idea de que organismos complejos (gusanos, moscas, ratones) surgían de materia sin vida: la carne podrida, el barro o la ropa sucia. Dos experimentos la pusieron en duda:
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Francesco Redi (1668): colocó carne en frascos abiertos y en frascos tapados con gasa. Solo aparecieron gusanos donde las moscas pudieron posarse y poner huevos.
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Louis Pasteur (1861): usó matraces de «cuello de cisne» con caldo nutritivo hervido. El aire entraba, pero el cuello curvo atrapaba polvo y microorganismos. El caldo se mantuvo estéril. Al romper el cuello, el caldo se llenó de microbios.
Conclusión: la vida actual procede de vida previa. Entonces, ¿cómo surgió la primera? Aquí entra la abiogénesis: la hipótesis de que, hace unos 3.500-4.000 millones de años, la vida surgió de forma gradual a partir de materia no viva, mediante reacciones químicas, en condiciones muy distintas de las actuales.
Define con tus palabras qué es la abiogénesis y explica en qué se diferencia de la idea de la generación espontánea de organismos complejos, como la de los gusanos que…
Define con tus palabras qué es la abiogénesis y explica en qué se diferencia de la idea de la generación espontánea de organismos complejos, como la de los gusanos que «aparecían» en la carne descompuesta.
Mateo lee que Louis Pasteur usó matraces de cuello de cisne con caldo nutritivo esterilizado y que el caldo se mantuvo sin microorganismos mientras el cuello estuvo…
Mateo lee que Louis Pasteur usó matraces de cuello de cisne con caldo nutritivo esterilizado y que el caldo se mantuvo sin microorganismos mientras el cuello estuvo intacto. Explica qué idea refutó este experimento, qué papel tenía la forma del cuello del matraz y por qué este resultado no contradice la hipótesis de un origen químico de la vida hace miles de millones de años.
La Tierra primitiva y la hipótesis de Oparin y Haldane
En los años veinte, el ruso Alexander Oparin y el británico John Haldane propusieron, cada uno por su lado, cómo era la Tierra joven:
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Una atmósfera reductora, sin oxígeno libre en cantidades importantes. Contenía metano ($CH_4$), amoníaco ($NH_3$), hidrógeno ($H_2$) y vapor de agua ($H_2O$); también se suelen incluir dióxido de carbono ($CO_2$) y nitrógeno ($N_2$).
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Mucha energía: rayos de tormentas, radiación ultravioleta (no había capa de ozono), calor volcánico.
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Océanos que se formaron al enfriarse el planeta y condensarse el vapor.
Su idea: con esa energía, los gases reaccionaron y formaron moléculas orgánicas sencillas que se acumularon en el agua, como una «sopa» diluida (la sopa primitiva). De allí, poco a poco, surgirían moléculas más grandes y las primeras células.
¿Por qué «sin oxígeno»? Porque el oxígeno reacciona con las moléculas orgánicas y las destruye (oxida). Con oxígeno libre, las moléculas orgánicas formadas sin seres vivos no se habrían acumulado.
Menciona cuatro gases o compuestos que, según la hipótesis de Oparin y Haldane, formaban parte de la atmósfera de la Tierra primitiva. Indica además si esa atmósfera…
Menciona cuatro gases o compuestos que, según la hipótesis de Oparin y Haldane, formaban parte de la atmósfera de la Tierra primitiva. Indica además si esa atmósfera tenía oxígeno libre en cantidades importantes.
El experimento de Miller y Urey
En 1953, Stanley Miller y su profesor Harold Urey quisieron comprobar la hipótesis de Oparin y Haldane en el laboratorio. Armaron un circuito cerrado de vidrio:
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Mezcla de gases (metano, amoníaco, hidrógeno y vapor de agua): representa la atmósfera primitiva.
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Descargas eléctricas entre dos electrodos: reemplazan a los rayos y aportan la energía para que los gases reaccionen.
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Enfriamiento (condensador) y trampa: el vapor se enfría, cae como «lluvia» y se acumula en una trampa, como el océano. Así los compuestos formados salen de la zona de las chispas y no se destruyen. El agua del matraz se calentaba para que el ciclo continuara.
Tras unos días el agua se volvió de color pardo-rojizo. El análisis mostró compuestos orgánicos, entre ellos varios aminoácidos, que son las unidades de las proteínas. En experimentos posteriores aparecieron más aminoácidos y otras moléculas, como bases nitrogenadas.
¿Por qué apoya la abiogénesis? Porque mostró que, con gases sencillos y energía, las moléculas orgánicas pueden formarse sin seres vivos. Esto hace plausible el primer paso de la hipótesis.
Escribe el nombre de los dos científicos que, en 1953, realizaron un experimento para simular las condiciones de la Tierra primitiva. Señala qué fuente de energía usaron…
Escribe el nombre de los dos científicos que, en 1953, realizaron un experimento para simular las condiciones de la Tierra primitiva. Señala qué fuente de energía usaron para reemplazar los rayos de las tormentas.
En el experimento de Miller y Urey se colocó una mezcla de gases en un aparato de vidrio, se aplicaron descargas eléctricas y se enfrió el vapor para recogerlo en una…
En el experimento de Miller y Urey se colocó una mezcla de gases en un aparato de vidrio, se aplicaron descargas eléctricas y se enfrió el vapor para recogerlo en una trampa. Explica la función de cada uno de estos tres elementos: la mezcla de gases, las descargas eléctricas y el enfriamiento. Luego indica qué tipo de compuestos se obtuvieron y por qué ese resultado apoya la abiogénesis.
Otras hipótesis: fuentes hidrotermales
Hoy se estudian otros escenarios. Dos de los principales:
| Sopa primitiva | Fuentes hidrotermales submarinas | |
|---|---|---|
| Lugar | Océanos y charcas superficiales | Grietas del fondo marino |
| Energía | Rayos, radiación UV, calor volcánico | Calor y sustancias químicas (sulfuros, hidrógeno) de la roca caliente |
| Argumento a favor | Miller y Urey formaron aminoácidos con gases y descargas | Hay energía química constante, protegida de la radiación y de los impactos; hoy viven allí organismos que no usan la luz |
Semejanza: en ambas la vida surge de reacciones químicas entre sustancias inorgánicas y moléculas sencillas, en el agua y en ausencia de oxígeno, con una fuente de energía externa.
Un ejemplo de ecosistemas de este tipo se encuentra en las islas Galápagos: cerca del archipiélago se descubrieron en 1977 fuentes hidrotermales en el fondo marino con comunidades de seres vivos que dependen de la química y no de la luz solar.
Compara la hipótesis de la «sopa primitiva» (origen de la vida en los océanos) con la hipótesis de las fuentes hidrotermales submarinas. Para cada una, indica la fuente…
Compara la hipótesis de la «sopa primitiva» (origen de la vida en los océanos) con la hipótesis de las fuentes hidrotermales submarinas. Para cada una, indica la fuente de energía y un argumento a favor. Después señala una semejanza entre ambas.
Lo que el experimento no demuestra
Camila piensa: «Miller y Urey hicieron aminoácidos, así que ya está demostrado cómo se originó la vida». Ojo: el experimento es un primer paso, no una prueba completa.
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Qué demostró: que las moléculas orgánicas se pueden formar en condiciones parecidas a las que se suponían en la Tierra primitiva.
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Qué falta entre aminoácidos y célula:
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unir los monómeros en polímeros (proteínas, ácidos nucleicos);
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formar membranas que separen un interior del exterior (compartimentos);
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tener material hereditario que se copie y transmita información;
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tener metabolismo que use energía.
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Discusión actual: muchos científicos piensan que la atmósfera era menos reductora de lo que suponían Miller y Urey (más $CO_2$ y $N_2$, menos $CH_4$ y $NH_3$). Con esas mezclas se forman menos moléculas orgánicas, por eso se proponen otros escenarios, como las fuentes hidrotermales o el aporte de moléculas desde meteoritos.
Formulación prudente: el experimento de Miller y Urey muestra que los componentes básicos de los seres vivos pueden formarse por procesos químicos sin vida, lo que hace plausible la abiogénesis, pero no prueba cómo ocurrió realmente.
Camila afirma: «Si el experimento de Miller y Urey produjo aminoácidos, entonces ya está demostrado que la vida se originó así en la Tierra». Evalúa esta afirmación.…
Camila afirma: «Si el experimento de Miller y Urey produjo aminoácidos, entonces ya está demostrado que la vida se originó así en la Tierra». Evalúa esta afirmación. Considera qué demostró realmente el experimento, qué pasos faltan entre los aminoácidos y una célula (polímeros, membranas, material hereditario) y por qué los científicos discuten hoy la composición exacta de la atmósfera primitiva. Concluye con una formulación más prudente de lo que el experimento aporta.
Las primeras células y el oxígeno
Se supone que las primeras células eran heterótrofas (tomaban moléculas orgánicas de la sopa) y anaerobias (vivían sin oxígeno). Cuando la sopa se fue agotando, tuvieron ventaja los organismos capaces de fabricar su propio alimento: los autótrofos fotosintéticos.
La fotosíntesis libera oxígeno:
$$6\,CO_2 + 6\,H_2O \xrightarrow{\text{luz}} C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2$$Durante cientos de millones de años el oxígeno se fue acumulando en el agua y en la atmósfera. Consecuencias:
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Para la vida anaerobia: el oxígeno era tóxico para muchos de esos organismos. Muchos desaparecieron o quedaron en lugares sin oxígeno (fondos, fango).
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Para la evolución: aparecieron organismos que usan el oxígeno (respiración aerobia), que obtiene mucha más energía de los alimentos.
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Para la abiogénesis: el oxígeno oxida las moléculas orgánicas, y parte de él formó la capa de ozono, que frena la radiación UV (una fuente de energía de las reacciones prebióticas). Además, los seres vivos consumían las moléculas orgánicas disponibles. Por eso, con el tiempo, dejó de ser posible que se formaran moléculas orgánicas nuevas sin seres vivos.
Se propone que las primeras células eran heterótrofas y anaerobias, y que más tarde aparecieron organismos fotosintéticos. Argumenta cómo la actividad de estos últimos…
Se propone que las primeras células eran heterótrofas y anaerobias, y que más tarde aparecieron organismos fotosintéticos. Argumenta cómo la actividad de estos últimos pudo cambiar la atmósfera y qué consecuencias tuvo para la vida anaerobia ya existente y para la evolución de organismos que usan oxígeno. Explica además por qué la presencia de oxígeno hizo cada vez más difícil que se formaran nuevas moléculas orgánicas sin intervención de seres vivos.
Vuelve al principio: los gusanos de la fruta de Santiago vienen de huevos de moscas (Redi), no de la fruta misma. El primer ser vivo, en cambio, pudo surgir de una evolución química muy lenta en una Tierra sin oxígeno, algo que hoy no se repite.