Historia de la Tierra y de la vida · La historia de la vida
El origen y la evolución de la vida
En el lago Ypacaraí, en verano, el agua se pone verde por las cianobacterias, microorganismos parecidos a los que, en otros lugares del mundo, forman rocas llamadas estromatolitos, como 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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Resumí la hipótesis heterotrófica de Oparin y Haldane sobre el origen de la vida y explicá en qué consistió el experimento de Miller y Urey, qué obtuvieron y qué…
Resumí la hipótesis heterotrófica de Oparin y Haldane sobre el origen de la vida y explicá en qué consistió el experimento de Miller y Urey, qué obtuvieron y qué demostró.
Describí 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 explicá qué…
Describí 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 explicá 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) Explicá 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) Explicá qué asumieron y qué obtuvieron de todas formas. b) Razoná por qué el experimento sigue considerándose un hito aunque la atmósfera real fuera distinta: ¿qué principio demostró? c) Indicá 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.
LUCA y la Gran Oxidación
Una bacteria de las profundidades, una levadura del pan 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? Explicá por qué se consideran una de las evidencias más antiguas de vida en la Tierra.
¿Qué son los estromatolitos y qué organismos los forman? Explicá por qué se consideran una de las evidencias más antiguas de vida en la Tierra.
Ordená cronológicamente estos hitos de la historia de la vida y justificá el orden elegido: aparición de la fotosíntesis oxigénica, primeras células procariotas,…
Ordená cronológicamente estos hitos de la historia de la vida y justificá el orden elegido: aparición de la fotosíntesis oxigénica, primeras células procariotas, explosión cámbrica, primeras células eucariotas, conquista del medio terrestre por las plantas.
¿Qué es LUCA, el último ancestro común universal? Explicá qué características se le atribuyen (célula procariota, código genético, metabolismo) y qué evidencia molecular…
¿Qué es LUCA, el último ancestro común universal? Explicá qué características se le atribuyen (célula procariota, código genético, metabolismo) y qué evidencia molecular —el código genético prácticamente idéntico en todos los seres vivos— sostiene que todos descendemos de él.
El origen de la célula eucariota: la teoría endosimbiótica
Recordá 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 señalá qué características de las mitocondrias (tamaño, doble membrana, ADN propio, ribosomas)…
Expón tres diferencias entre una célula procariota y una eucariota, y señalá 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. Explicá 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. Explicá qué ocurre entre las células 1 y 2 para dar lugar a la célula 3, y citá tres evidencias que apoyan esa teoría relacionadas con las mitocondrias y los cloroplastos.
Compará una mitocondria y un cloroplasto: tamaño, número de membranas, tipo de ADN y de ribosomas. Razoná, a partir de esos datos, por qué se cree que la mitocondria se…
Compará una mitocondria y un cloroplasto: tamaño, número de membranas, tipo de ADN y de ribosomas. Razoná, 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?).
Antes de la química prebiótica, la humanidad propuso otras explicaciones. ¿Cuáles son y cuál de ellas puede ponerse a prueba con experimentos?
Hipótesis alternativas y evolución posterior
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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Compará 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.
Compará 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.
Volvé al principio: las cianobacterias del Ypacaraí 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! 7 ejercicios de nivel medio en este apartado