En los manglares y las playas de Panamá, desde Bocas del Toro hasta el golfo de Panamá, hay tapetes de microorganismos que, en otros lugares del mundo, 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 y la Luna primitivas: condiciones para la vida
La Tierra se formó hace unos 4,500 millones de años, cuando partículas de polvo y roca que giraban alrededor del Sol joven se fueron uniendo. Al principio era una bola de roca fundida, bombardeada por cuerpos del espacio. Según la hipótesis más aceptada, la Luna se formó cuando un cuerpo del tamaño de un planeta chocó con la Tierra y los restos de ese choque se unieron en órbita.
Cuando la superficie se enfrió, el vapor de agua se condensó y llovió durante mucho tiempo: así se formaron los océanos. Con agua líquida, una temperatura que permitía que siguiera líquida, energía (rayos, radiación ultravioleta, calor interno) y moléculas con carbono, aparecieron las condiciones para que pudiera surgir la vida.
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.
Describe cómo era la atmósfera primitiva de la Tierra según la hipótesis clásica (sin oxígeno, con $\text{CO}2$, vapor de agua, metano y amoníaco) y explica qué…
Describe cómo era la atmósfera primitiva de la Tierra según la hipótesis clásica (sin oxígeno, con $\text{CO}_2$, vapor de agua, metano y amoníaco) y explica qué diferencia clave la separa de la atmósfera actual.
El experimento de Miller y Urey asumió una atmósfera muy reductora que hoy se considera poco probable. a) Explica qué asumieron y qué obtuvieron de todas formas. b)…
El experimento de Miller y Urey asumió una atmósfera muy reductora que hoy se considera poco probable. a) Explica qué asumieron y qué obtuvieron de todas formas. b) Razona por qué el experimento sigue considerándose un hito aunque la atmósfera real fuera distinta: ¿qué principio demostró? c) Indica qué otros escenarios (fuentes hidrotermales, espacio) podrían haber aportado las moléculas orgánicas.
Los primeros seres vivos fueron probablemente heterótrofos: un organismo autótrofo fabrica su alimento a partir de sustancias inorgánicas (por ejemplo, por fotosíntesis), mientras que un heterótrofo se alimenta de moléculas orgánicas ya formadas. En el mar primitivo había moléculas orgánicas acumuladas, y la fotosíntesis exige una maquinaria mucho más compleja, así que lo más plausible es que los heterótrofos hayan aparecido primero.
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Explica qué son los coacervados o protobiontes y qué propiedades «casi vivas» presentan (membrana, intercambio con el medio, crecimiento por incorporación), indicando…
Explica qué son los coacervados o protobiontes y qué propiedades «casi vivas» presentan (membrana, intercambio con el medio, crecimiento por incorporación), indicando qué les falta para ser considerados células.
Diferencia un organismo autótrofo de uno heterótrofo y razona por qué es más plausible que los primeros seres vivos fueran heterótrofos (aprovechando las moléculas…
Diferencia un organismo autótrofo de uno heterótrofo y razona por qué es más plausible que los primeros seres vivos fueran heterótrofos (aprovechando las moléculas orgánicas del medio) que fotosintéticos.
Ordena estos pasos hacia la primera célula y justifica el orden elegido: aparición de una molécula autorreplicativa, formación de membranas lipídicas, síntesis de…
Ordena estos pasos hacia la primera célula y justifica el orden elegido: aparición de una molécula autorreplicativa, formación de membranas lipídicas, síntesis de monómeros orgánicos, polimerización e integración de metabolismo, herencia y envoltura.
Una bacteria de las profundidades, una levadura de la cerveza 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 hierro 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
Recuerda las diferencias básicas: la célula procariota no tiene núcleo (su ADN está libre en el citoplasma), es pequeña y no tiene organelas con membrana; la eucariota tiene núcleo, es más grande y posee organelas membranosas como mitocondrias y retículos.
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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Expón tres diferencias entre una célula procariota y una eucariota, y señala qué características de las mitocondrias (tamaño, doble membrana, ADN propio, ribosomas)…
Expón tres diferencias entre una célula procariota y una eucariota, y señala qué características de las mitocondrias (tamaño, doble membrana, ADN propio, ribosomas) delatan su origen bacteriano.
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.
Compara una mitocondria y un cloroplasto: tamaño, número de membranas, tipo de ADN y de ribosomas. Razona, a partir de esos datos, por qué se cree que la mitocondria se…
Compara una mitocondria y un cloroplasto: tamaño, número de membranas, tipo de ADN y de ribosomas. Razona, a partir de esos datos, por qué se cree que la mitocondria se incorporó antes que el cloroplasto a la célula eucariota (¿qué eucariotas tienen mitocondrias pero no cloroplastos?).
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.
Los meteoritos carbonáceos (condritas) contienen aminoácidos y otras moléculas orgánicas. Explica qué aporta ese hallazgo al estudio del origen de la vida, en qué se…
Los meteoritos carbonáceos (condritas) contienen aminoácidos y otras moléculas orgánicas. Explica qué aporta ese hallazgo al estudio del origen de la vida, en qué se diferencia de la hipótesis de la panspermia y por qué demuestra que la química orgánica es común en el universo.
Vuelve al principio: los estromatolitos y los tapetes microbianos actuales 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.
Explicaciones científicas y religiosas sobre el origen de la vida
La pregunta sobre el origen de la vida también la han respondido las religiones y las tradiciones culturales. Muchas explican que la vida y los seres humanos fueron creados por una divinidad, y en Panamá conviven personas con distintas creencias.
Las explicaciones científicas, como las que viste en este apartado, se construyen con observaciones, experimentos y evidencias (rocas, fósiles, química) que otras personas pueden comprobar y revisar. Las explicaciones religiosas se basan en la fe y responden también a preguntas sobre el sentido de la vida. Son formas distintas de responder, y cada una tiene su propio camino.
Lo importante es conocer cada explicación, respetar a quien piensa distinto y no confundir lo que la ciencia puede comprobar con lo que pertenece a las creencias.
Resumen
¡A practicar! 7 ejercicios de nivel medio en este apartado