En Cuatro Ciénegas, Coahuila, hay pozas en pleno desierto donde viven tapetes de microorganismos que forman rocas llamadas estromatolitos, parecidas a las que dejaron las primeras comunidades de vida hace más de 3,000 millones de años. Ningún experimento ha creado vida en un tubo de ensayo, y lo que ocurrió entonces fue un proceso gradual, no un instante mágico. La ciencia no pretende demostrar exactamente cómo surgió la vida, sino acotar, con química y con fósiles, cómo pudo haber surgido.
La Tierra primitiva y la síntesis prebiótica
Las rocas muy antiguas contienen minerales de hierro sin oxidar e isótopos de azufre que muestran una atmósfera sin oxígeno libre, junto con restos de carbono orgánico. ¿Cómo pudieron formarse las primeras biomoléculas en un planeta hostil y sin seres vivos que las fabricaran?
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Resume la hipótesis heterotrófica de Oparin y Haldane sobre el origen de la vida y explica en qué consistió el experimento de Miller y Urey, qué obtuvieron y qué…
Resume la hipótesis heterotrófica de Oparin y Haldane sobre el origen de la vida y explica en qué consistió el experimento de Miller y Urey, qué obtuvieron y qué demostró.
Una bacteria de las profundidades, una levadura del pulque y una célula humana comparten el mismo código genético de 64 codones y los mismos 20 aminoácidos. ¿Por qué seres tan distintos funcionan con la misma «gramática» bioquímica?
Los hitos de la historia de la vida se ordenan con fechas aproximadas: primeras células procariotas y estromatolitos (hace unos 3,500 millones de años, Ma), Gran Oxidación (2,400 Ma), primeras células eucariotas (alrededor de 1,500 Ma), explosión cámbrica (541 Ma) y conquista del medio terrestre por las plantas (unos 470 Ma). La fotosíntesis oxigénica de las cianobacterias empezó antes de la Gran Oxidación, porque el oxígeno tardó en acumularse en la atmósfera.
Lo que cuentan las rocas: hierro bandeado y capas rojas
La Gran Oxidación no se «ve» directamente: se lee en las rocas. En el océano sin oxígeno había mucho hierro disuelto como $\mathrm{Fe^{2+}}$ (soluble). Al liberar oxígeno, las cianobacterias lo oxidaron a $\mathrm{Fe^{3+}}$, que forma óxidos insolubles y precipita al fondo. Así se formaron las formaciones de hierro bandeado (BIF): capas alternas de óxidos de hierro y sílice, muy abundantes entre unos 2,700 y 2,400 Ma. El hierro del océano funcionó como una esponja de oxígeno.
Mientras el oxígeno se consumía así, no llegaba a la atmósfera. Por eso hay un desfase de cientos de millones de años entre las primeras cianobacterias y la acumulación atmosférica. Sirven de testigo los minerales inestables con oxígeno: la uraninita ($\mathrm{UO_2}$) y la pirita ($\mathrm{FeS_2}$) detrítica se oxidan y se disuelven en una atmósfera oxigenada, así que si aparecen como granos transportados por ríos, el aire aún no tenía oxígeno libre.
Cuando el hierro del océano se agotó, el oxígeno se acumuló. Entonces los BIF casi desaparecen y surgen las capas rojas continentales, ricas en óxidos de $\mathrm{Fe^{3+}}$, porque el suelo expuesto al aire se oxida (como el fierro de una reja, y de ahí el color). A la vez cae la diversidad de microfósiles anaerobios.
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¿Qué son los estromatolitos y qué organismos los forman? Explica por qué se consideran una de las evidencias más antiguas de vida en la Tierra.
¿Qué son los estromatolitos y qué organismos los forman? Explica por qué se consideran una de las evidencias más antiguas de vida en la Tierra.
Ordena cronológicamente estos hitos de la historia de la vida y justifica el orden elegido: aparición de la fotosíntesis oxigénica, primeras células procariotas,…
Ordena cronológicamente estos hitos de la historia de la vida y justifica el orden elegido: aparición de la fotosíntesis oxigénica, primeras células procariotas, explosión cámbrica, primeras células eucariotas, conquista del medio terrestre por las plantas.
Hace unos $2\,400$ millones de años el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera (la Gran Oxidación). Explica qué organismos lo produjeron y describe dos…
Hace unos $2\,400$ millones de años el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera (la Gran Oxidación). Explica qué organismos lo produjeron y describe dos consecuencias de ese cambio para la vida y para la superficie del planeta.
El origen de la célula eucariota: la teoría endosimbiótica
En el esquema, 1 es la célula hospedadora, 2 son las bacterias que se acercan para ser englobadas (una aerobia y otra fotosintética) y 3 es la célula eucariota resultante, con mitocondria y cloroplasto.
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El esquema representa la teoría endosimbiótica del origen de la célula eucariota propuesta por Lynn Margulis. Explica qué ocurre entre las células 1 y 2 para dar lugar a…
El esquema representa la teoría endosimbiótica del origen de la célula eucariota propuesta por Lynn Margulis. Explica qué ocurre entre las células 1 y 2 para dar lugar a la célula 3, y cita tres evidencias que apoyan esa teoría relacionadas con las mitocondrias y los cloroplastos.
En un sondeo geológico del Precámbrico se analizan estratos comprendidos entre los 2700 y los 2100 Ma. En los niveles inferiores (2700-2400 Ma) se registran abundantes…
En un sondeo geológico del Precámbrico se analizan estratos comprendidos entre los 2700 y los 2100 Ma. En los niveles inferiores (2700-2400 Ma) se registran abundantes depósitos de hierro bandeado (BIF) con uraninita y pirita detrítica (minerales inestables en presencia de O2), junto a biofirmas de cianobacterias. Hacia los 2200 Ma, los BIF casi desaparecen y surgen las primeras capas rojas continentales (ricas en óxidos de Fe³⁺), al tiempo que el registro fósil muestra una drástica caída en la diversidad de microfósiles anaerobios.
a) Justifica por qué existió un desfase de cientos de millones de años entre la aparición de los primeros organismos fotosintéticos oxigénicos y la oxigenación efectiva de la atmósfera libre.
b) Un estudiante afirma: «El oxígeno fue un residuo tóxico que casi acaba con la biosfera, pero sin él los organismos eucariotas complejos nunca habrían sido viables energéticamente». Evalúa críticamente esta afirmación comparando el balance energético (rendimiento en ATP) y las adaptaciones bioquímicas necesarias frente al estrés oxidativo.
En las fosas oceánicas hay fuentes hidrotermales a más de $300\ ^\circ\mathrm{C}$ con ecosistemas prósperos sin luz solar, y el meteorito Murchison reveló más de 70 aminoácidos venidos del espacio. ¿Pudo surgir la vida lejos de la superficie de los mares primitivos?
Fuentes hidrotermales alcalinas: una «pila» natural
En algunas chimeneas hidrotermales de baja temperatura (alcalinas), el fluido que sale del subsuelo es alcalino (pH de 9 a 11) y rico en hidrógeno ($\mathrm{H_2}$) disuelto. Se encuentra con el agua del océano primitivo, que era ácida (pH de 5.5 a 6) y estaba saturada de $\mathrm{CO_2}$ y de $\mathrm{Fe^{2+}}$ disuelto. Las dos soluciones quedaban separadas por paredes muy delgadas de sulfuros de hierro ($\mathrm{FeS}$) llenas de microporos.
En ese escenario, el $\mathrm{H_2}$ del fluido (que cede electrones) y el $\mathrm{CO_2}$ del océano (que los acepta) quedaban a ambos lados de la pared. Los sulfuros de hierro y el hierro de las paredes actuaban como catalizadores inorgánicos, y los microporos concentraban los reactivos y los protegían de la dilución. La energía del gradiente de pH y la reacción entre $\mathrm{H_2}$ y $\mathrm{CO_2}$ podían favorecer la formación de moléculas orgánicas sencillas, sin luz solar y sin vida previa.
Es una hipótesis, no un hecho demostrado: se sostiene con modelos y experimentos de laboratorio, y no explica por sí sola cómo surgieron la herencia ni la membrana.
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Compara la hipótesis de la «sopa primordial» con la hipótesis de la panspermia: en qué coinciden, en qué se diferencian y qué problema deja sin resolver la segunda.
Compara la hipótesis de la «sopa primordial» con la hipótesis de la panspermia: en qué coinciden, en qué se diferencian y qué problema deja sin resolver la segunda.
Se ha diseñado en el laboratorio un simulador hidrotermal que recrea el fondo oceánico del Hádico: fluidos alcalinos ricos en H2 disuelto (pH entre 9.0 y 11.0) emergen a…
Se ha diseñado en el laboratorio un simulador hidrotermal que recrea el fondo oceánico del Hádico: fluidos alcalinos ricos en H2 disuelto (pH entre 9.0 y 11.0) emergen a través de microcavidades minerales de sulfuro de hierro (FeS) en contacto con un océano primitivo ácido (pH entre 5.5 y 6.0) saturado de CO2 y Fe²⁺ disuelto.
a) Justifica cómo la estructura microporosa inorgánica y la diferencia de pH entre fluidos reproducen abióticamente un mecanismo análogo a la fuerza protón-motriz y a la fosforilación oxidativa celular, antes de la existencia de enzimas y membranas lipídicas complejas.
b) Compara la viabilidad energética de este escenario frente a la hipótesis de la «sopa primordial» en aguas superficiales, considerando la continuidad del flujo de energía y la protección frente a la intensa radiación ultravioleta y el bombardeo meteorítico tardío.
c) Predice qué le ocurriría al potencial redox y a la capacidad de síntesis orgánica de este sistema hidrotermal si el océano exterior perdiera su acidez y alcanzara el mismo pH alcalino que los fluidos emergentes.
Analiza la siguiente información evolutiva sobre los mamíferos y los dinosaurios: Durante el Mesozoico (unos 140 Ma), los mamíferos convivieron con los dinosaurios…
Analiza la siguiente información evolutiva sobre los mamíferos y los dinosaurios:
Durante el Mesozoico (unos 140 Ma), los mamíferos convivieron con los dinosaurios manteniendo un tamaño corporal reducido (menos de 5.0 kg), hábitos mayoritariamente nocturnos y una morfología dental poco variada, a pesar de poseer ya endotermia y pelo.
En el límite K-Pg (hace 66 Ma) se extinguieron los dinosaurios no aviares. En los siguientes 15 Ma (Paleoceno y Eoceno), el registro fósil muestra una explosión morfológica en los mamíferos, con la aparición repentina de formas voladoras (quirópteros), marinas (primeros cetáceos) y grandes herbívoros de más de 1000 kg.
a) Explica este contraste temporal utilizando los conceptos de «nicho ecológico vacante» y «radiación adaptativa». ¿Por qué las adaptaciones ventajosas de los mamíferos no bastaron por sí solas para provocar su diversificación antes del límite K-Pg?
b) Un compañero sostiene: «Las catástrofes y extinciones masivas son el motor primario que crea nuevas especies y acelera la tasa de mutación». Rebate de forma razonada esta afirmación, aclarando cuál es el papel biológico real de las extinciones masivas en la macroevolución.
c) Predice razonadamente qué grupo animal actual (por ejemplo, aves no voladoras, roedores o artrópodos) tendría una mayor probabilidad de experimentar una radiación adaptativa equivalente si desaparecieran todos los grandes mamíferos terrestres en la actualidad, y qué presiones selectivas guiarían su divergencia.
Vuelve al principio: los estromatolitos de Cuatro Ciénegas son parientes vivos de las comunidades que, hace miles de millones de años, llenaron la atmósfera de oxígeno y prepararon el camino de las células eucariotas.
Resumen
¡A practicar! 3 ejercicios de nivel medio en este apartado