articulo sobre las primeras celulas y formacion de la celula eucariota

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El Origen de la Vida - Algunas Teorias
Chapter · April 2004
DOI: 10.13140/RG.2.1.3928.7440
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Theofilos Toulkeridis
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2. EL ORIGEN DE LA VIDA:
ALGUNAS TEORIAS
Theofilos Toulkeridis
¿Cómo fueron las condiciones en la Tierra antes que se generó la vida? ¿Era bien caliente o frío? ¿Cuándo
apareció la primera vez el agua y como y cuando el oxígeno? La primera vida necesitaría agua y oxígeno? ¿De
dónde llegó la vida? ¿Cuál fue el proceso final que permitió de la transformación de una materia inorgánica a
un organismo inicial viviente? Una reseña de algunas respuestas para esas preguntas forman el contenido de
este texto.
La principal pregunta en todas las ciencias sigue siendo el origen de la vida. Probablemente sea la más gran
historia de aventura que haya existido. La ciencia no tiene una explicación sobre la complejidad de la evolución.
Cuando se trata del origen de la vida, la ciencia se encuentra todavía en la oscuridad. Las teorías acerca del
origen de la vida están basadas en mitos, especulaciones y reconstrucción experimental indirecta. Sin embargo,
aunque el origen de la vida sigue siendo un misterio para nosotros, existen teorías desarrolladas a través de
recientes investigaciones.
Nuestra Tierra primitiva nació 4.56 billones de años atrás y habría sido muy distinta e inhóspita en comparación
con la Tierra actual. En primer lugar, la Tierra era más caliente, la formación constante de volcanes con una
superficie fundida o capas basálticas inestables mantenía la temperatura de la superficie de la tierra demasiado
alta para la formación de agua líquida o de la vida, tal como la conocemos.
La atmósfera primitiva/primordial contenía hidrógeno (H2) y helio (He) como elementos principales y era
completamente diferente en su composición a la atmósfera actual (nitrógeno (N2) oxígeno (O2) dióxido de
carbono (CO2)). Estos miles de millones de años son relativamente raros en la Tierra en comparación con otros
lugares; probablemente se perdieron tempranamente hacia el espacio dentro del marco de la historia de la Tierra,
ya que la gravedad de la Tierra no era lo suficientemente fuerte para retener miles de millones de gases más
ligeros. La Tierra todavía no tenía entonces un centro diferenciado (interior sólido/ centro exterior líquido) para
generar un campo magnético de la Tierra (magnetósfera = Cinturón Van Allen).
Además, la Tierra primitiva pasó por una perturbación casi permanente, con el bombardeo masivo de asteroides
y meteoritos, que posteriormente no permitieron que la tierra se enfriara y se volviera estable en su primera fase
de evolución; todo esto se remonta a 4,560 – 4,450 millones de años. No obstante, la Tierra se enfrió poco
después y debido a la diferenciación química, mantiene un centro en la parte interna de nuestro planeta, con lo
que los miles de millones de gases más pesados pudieron ser retenidos, formando parte de la primera atmósfera
real. Los elementos más pesados acumulados formaron la segunda atmósfera, debido básicamente al escape de
gases volcánicos. Los gases producidos probablemente eran similares a aquellos emitidos por volcanes
modernos (vapor de agua (H2O), dióxido de carbono (CO2), dióxido de azufre (SO2), monóxido de carbono (CO),
azufre (S2), cloro (Cl2), nitrógeno (N2), hidrógeno (H2), amoníaco (NH3), metano (CH4)). Cuando la Tierra se
enfrió, el vapor de agua podría haberse condensado en el planeta primitivo y permitido la formación de los
océanos. La condensación de agua en forma de lluvia y la acumulación posterior de agua en la superficie
produjo condiciones apropiadas para la evolución de la vida.
Algunos piensan que una fuente de energía enorme (relámpagos intensos) no podría transformar moléculas de
gas en combinaciones orgánicas complejas. Existe evidencia química de vida temprana en la Tierra,
encontrando una manera inorgánica de sintetizar compuestos esenciales orgánicos, necesarios para iniciar la
vida, gracias al experimento de sopa primordial realizado por el estudiante Stanley Miller en 19531
. Inspirado en
una clase de su profesor Harold Urey, sintetizó aminoácidos, que son moléculas orgánicas, enviando chispas
eléctricas a través de vasos sellados que contenían los ingredientes inorgánicos amoníaco, metano, hidrógeno y
vapor. Los aminoácidos son los bloques estructurales de las proteínas. Sin embargo, no todas las secuencias al
azar de aminoácidos producen proteínas funcionales, aunque algunas lo hacen. Tomando en cuenta la edad
1
Para una explicación más profunda de este tema, referirse al artículo de L. Margulis en este libro.

3. extrema del universo, no sería irracional pensar que algunas de estas proteínas se encontraban presentes antes de
que la vida evolucionara.
Uno de las teorías relacionadas relacionadas con el origen de la vida en la tierra es conocido como panspermia
(simientes/semillas en todas partes). Su primer abogado defensor fue el filósofo griego Anaxágoras que a su vez
influyó en Sócrates. Durante el mismo tiempo, la teoría de Aristóteles de generación espontánea se volvió la
preferida de la ciencia por más de dos mil años. Se afirmaba que la vida se generaba a través de desperdicios de
la misma manera en que los gusanos salían de la carne en descomposición. El médico inglés William Harvey,
propuso en 1651 que toda forma viviente se deriva de un huevo (Omne vivum ex ovo). Dos siglos más tarde los
científicos alemanes Schleiden, Schwam y Virchow anunciaron después de estudios celulares que todas las
células surgieron de otras células (Ominis cellula e cellula). Una célula es considerada la unidad identificable
más pequeña capaz de continuar las tareas básicas que nosotros asociamos con seres vivientes2
. Todos los
organismos vivientes se componen de células y necesitan energía, de la misma manera que un sistema químico.
Además, todos los organismos vivientes están capacitados para reproducirse, lo que asegura la supervivencia a
largo plazo de organismos y de especies.
En 1864, el químico francés Louis Pasteur anunció un experimento refutando la generación espontánea. Usando
un frasco esterilizado y cerrado, demostró que el aire simple no puede iniciar el crecimiento de
microorganismos. Un cultivo sólo puede crecer en el frasco, si gérmenes entran en él. Demostró que la vida
proviene exclusivamente de la vida. En 1870 el físico británico Lora Kelvin el y el físico alemán Hermann von
Helmholtz reafirmaron las declaraciones de Pasteur y defendieron el criterio de que la vida podría venir del
espacio. En la primera década de 1900 el químico sueco Svante Arrhenius sostuvo la teoría de que esporas
bacteriales propulsadas a través del espacio por la presión de la luz eran la semilla de la vida en la Tierra. Sin
embargo, todavía no existía una prueba del origen de la vida. Nadie sabe exactamente de donde vienen las
semillas de la vida. Algunos creen que los elementos esenciales para la vida fueron traídos por meteoritos,
mientras que otros creen que éstos aparecieron en forma espontánea en los primeros océanos y en la atmósfera.
Pero la mayoría de los investigadores concuerdan en que carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno
eventualmente se juntaron para formar las moléculas básicas de la vida. Entonces, estos ingredientes se unieron
lentamente en estructuras cada vez más complejas, que podían reproducirse.
Así, para entender en forma exacta cuándo y cómo se originó la vida, deberíamos revisar las condiciones
necesarias para la vida tal como la conocemos. Estas son a) Protección contra la radiación ultra violeta / vientos
solares b) Agua líquida y c) Oxígeno libre en la atmósfera, que produce ozono y provee oxígeno para consumo
de los seres vivientes.
Recientes estudios confirman que la joven y energética Tierra reaccionó después de sólo un corto periodo, en el
que las fuentes de calor externo e interno eran suficientes para mantener al planeta con temperaturas sumamente
altas (Wilde, Valley, Peck, y Graham, 2001). Igualmente se sabe que estos eventos fueron seguidos por rápidos
enfriamientos de las temperaturas de la superficie, lo suficientemente marcados para propiciar la existencia de
agua líquida. Esto basa en los estudios de mineralogía realizados en minerales sobrevivientes del período crítico
de la joven Tierra. Estos minerales estudiados son la única evidencia directa de la época más temprana de la
Tierra, mientras que no se han identificado rocas ese tiempo hasta ahora. Las rocas más antiguas conocidas de la
Tierra se formaron hace 4,000 millones de años (Bowring y Williams, 1999) y los sedimentos más antiguos que
se formaron en el agua son de 3,800 – 3,600 milones de años (Nutman, Mojzsis, y Friend, 1997). Esta hipótesis
sugiere largos intervalos de condiciones de temperatura relativamente baja en la superficie desde 4,400 hasta
4,000 miles de millones de años que propiciaban el agua líquida y posiblemente la vida. El estudio asume por lo
tanto que los impactos de meteoritos durante este período pueden haber sido menos frecuentes que anteriormente
y podrían haber estado restringidos después del primer bombardeo masivo de 4.56 - 4.5 Miles de millones de
años a un único bombardeo confirmado alrededor de 3.9 Miles de millones de años. El período de 4.4 a 4.0
Miles de millones de años podría haber sido relativamente tranquilo (Arrhenius y Lepland, 2000), con
temperaturas más frías en la superficie. Una vez formada agua líquida en la Tierra, la disociación fotoquímica es
el único proceso en la evolución temprana de nuestra Tierra responsable por producir oxígeno libre debido a la
dispersión de moléculas de agua por radiación visible e infrarroja. También gas de ozono fue producido
seguidamente por disociación fotoquímica de oxígeno atmosférico como resultado de la radiación solar
ultravioleta de onda corta que se concentró en una capa de 15 hasta 40 Km. de la superficie de la Tierra y protege
la vida, absorbiendo radiación ultravioleta.
2
Para una explicación más profunda de este tema, referirse al artículo de M. L. Torres – La célula, en este libro.

4. Una alternativa a las condiciones usuales de generación de la vida, el agua líquida, el oxígeno y la protección de
radiación de UV, representa las denominadas fumarolas negras, que son aberturas hidrotérmicas submarinas. La
chimenea negra, encontrada en el suelo de los océanos, en medio de volcanes de aristas o en los flancos de
aristas del océano donde las placas oceánicas se apartan y emiten fluidos calientes y ricos en metales disueltos y
azufre. Estos minerales se han disuelto en agua caliente (350°C) bajo grandes presiones y temperaturas. Los
procesos que ocurren dentro de las fumarolas negras ofrecen una visión sobre lo que ocurren debajo de la Tierra
y son de gran importancia para la comprensión de la manera dinámica en que trabaja el planeta en su totalidad.
Más importante aún es que estas fumarolas hidrotérmicas de mar profundo sustentan una extraordinaria vida bajo
la superficie de los océanos. Estos ecosistemas, descubiertos hace ya dos décadas, representan casi las únicas
comunidades en la Tierra, cuya fuente de energía no es la luz solar.
Existe un único tipo de bacteria quimiosintética que encuentra energía al metabolizar una gran cantidad del
sulfuro. Estos son ambientes ideales para la arquibacteria hipertermofílica quimolitoautotrófica. Estos
organismos frecuentemente crecen en temperaturas cercanas al punto de ebullición del agua, y requieren de
azufre como parte fundamental de su metabolismo. Estos organismos termofílicos han sido encontrados reciente
y antiguamente en niveles superficiales así como extremadamente profundos, en aguas salinas e hipersalinas de
los ecosistemas (Rasmussen, 2000). Se cree que la arquibacteria es, de los organismos existentes, la más similar
a los organismos ancestrales, de los que desciende toda vida. La evidencia que la vida puede haberse originado
en estas aperturas profundas del mar incluye el descubrimiento de aminoácidos en fluidos hidrotermales. La
polimerización de estas moléculas podría haber ocurrido en partículas de arcilla, que son minerales del tamaño
del polvo. Lo que es más, este ecosistema no necesita protección atmosférica contra UV o para oxígeno libre
porque esta protegido de estos.
En vez de haberse producido bajo condiciones de temperatura extremadamente alta, la vida terrestre podría haber
surgido en el frío hace miles de millones de años. Los investigadores parten desde hace cien años de la tesis de
que toda la vida terrestre se formó en una especie de sopa primordial. Ahí, en los océanos primitivos, se
comprimieron materias orgánicas y se formaron las primeras moléculas de cadena. Sin embargo, estudios de
Jeffrey Bada y Antonio Lazcano confirman precisamente lo contrario. Para formar una masa compacta de las
moléculas originales y generar posteriormente una reacción en cadena, no sólo se necesita de ciertos
catalizadores como barro o iones de metal. También temperaturas comparativamente bajas aceleran el proceso,
eso lo demuestran claramente experimentos de laboratorio. Posiblemente, la sopa primordial se encontró debajo
de una gruesa capa de hielo, así especulan los investigadores. Bada y Lazcano presentan evidencia para
fundamentar su teoría: La molécula portadora de la información de la herencia ADN y su hermana más inestable
ARN, sobreviven mejor en temperaturas frías. Así, fósiles de ADN se conservan por aproximadamente 100.000
años en las latitudes del norte; por el contrario, en regiones más calurosas sólo llegan de 1000 hasta 10.000 años.
También la hipótesis de que el árbol genealógico de la vida se sitúa en sus principios en organismos afines a
calores extremos, es rebatida por ambos investigadores. Por una parte, esto no habría sido sólidamente
comprobado, por otra parte los ormganismos amantes del calor también podrían haberse formado de otra manera
en tiempos primitivos – por ejemplo como consecuencia de violentos choques por caídas de asteroides y las
respectivas temperaturas extremadamente altas. Por lo demás, la vida en la tierra habría podido originarse -
según Bada y Lazcano – en el intervalo entre choques por caídas de cometas y asteroides y las consecuencias
mortales de los mismos. Esto significaría también que la vida terrestre habría necesitado de varios intentos antes
de sobrevivir del bombardeo desde el espacio (Bada y Lazcano, 2002).
Una confirmación indirecta de que la vida tenía más posibilidades de generarse en el frío y que la vida
posiblemente podría provenir del espacio, fue simulada por dos equipos de investigadores, que trabajaban
independientemente el uno del otro, mediante la formación experimental de hielo interestelar, ya que en los
experimentos se formaron compuestos fundamentales para la construcción de la vida (Bernstein, Dworkin,
Sandford, Coper y Allamandola, 2002; Muñoz-Caro, Meierhenrich, Schutte, Barbier, Arcones-Segovia,
Rosenbauer, Thiemann, Brack y Greenberg, 2002).
Se copió la configuración del suceso químico en aquellas masas de polvo y de miles de gas, de las que surgió el
sistema solar hace aproximadamente 4.6 Miles de millones de años. En un aparato al vacío los científicos
vaporizaron un bloque de aluminio extremadamente frío, que tenía ingredientes sencillos, como las que se
presentan en nubes interestelares (agua, dióxido de carbono, amoníaco y metanol), y expusieron la mezcla a luz
ultravioleta. Al calentarse la capa de hielo formada sobre el bloque de metal, los científicos descubrieron 16
aminoácidos diversos, de los cuales algunos están presentes en los seres humanos. En la actualidad se han

5. encontrado aminoácidos en meteoritos que cayeron a la Tierra. Sin embargo, los investigadores consideraron
posible que las combinaciones se hayan formado durante el vuelo por la atmósfera.
Una confirmación directa de los resultados simulados surgirá a través la búsqueda del origen de la vida en el
universo. La sonda Rosetta partirá en el año 2003 hacia el cometa Wirtanen, al que se supone llegará en el año
2011. La colocación de un dispositivo de aterrizaje sobre el cometa promete mayor información sobre la
composición del polvo interestelar, que –presumiblemente- trajo los compuestos de construcción de la vida a la
Tierra.
Una teoría muy diferente sobre el origen de la vida fue propuesta recientemente (1995) el químico alemán
Gunter Waechterhaeuser, quien asume que la vida resultó de una reacción simple pero distinta. En esta hipótesis
no son necesarias ni proteínas ni ácidos nucleicos, ya que éstos aparecen más tarde, después de un simple ciclo
inicial de reacción bioquímica. A este respecto, una simple molécula orgánica puede haber asimilado dióxido de
carbono a través de varios pasos, habiendo prolongado su estructura de carbono. Finalmente se dividió en dos
moléculas que semejaron otra vez a la sustancia inicial. Así prácticamente se ha duplicado la sustancia inicial.
Durante este ciclo de reacción podrían haberse producido productos complementarios, que aceleraron todo el
ciclo en calidad de catalizadores. El producto complementario fomenta al mismo tiempo su propia propagación,
lo que es una característica marcada de los criterios mínimos de vida de los primeros seres vivos, que en este
caso subsistirían sin ácidos nucleicos. La energía para el proceso sugerido se originó por lo tanto de la reacción
de formación de pirita. Cristales de pirita, que se forman de sulfuro de hierro y sulfuro de hidrógeno, sirvieron
de superficies cargadas positivamente, e integraron en ella a moléculas cargadas negativamente, de manera que
las partes de reacción pudieron estar cerca aun sin envoltura celular y reaccionar así más fácilmente en forma
mutua. La Pirita es conocida debido a que también se encuentra en el fondo del mar, sin luz ni oxígeno y se
produce en las fumarolas oscuras. Con el tiempo se produjeron a través del ciclo presentado en la Figura 1
compuestos complementarios nuevos y complicados, tales como aminoácidos, piedras de estructura de ácidos
nucleicos, membranas y otros componentes bioquímicos de una célula. Todos estos productos se habrían
formado en procesos complementarios o de desecho, o mediante una especie de “catástrofe”. Un producto
complementario inútil podría haber sido la grasa, ya que al principio los seres vivientes para retardar su
propagación desperdiciaban energía.
Del mismo modo, el oxígeno, un producto de desecho de la fotosíntesis de los primeros seres vivientes, fue un
veneno letal, antes que un elíxir de vida. De acuerdo con Waechterhaeuser, la vida no sería más que
contaminación ambiental, que se convirtió en una innovación y después posibilitó la conquista de nuevos
espacios. Visto desde este punto de vista, Aristóteles habría tenido razón.
Está bastante claro que las células bacterianas no se pueden forman de químicos sin vida en un solo paso. Si la
vida surge de elementos sin vida, debe haber formas intermedias, o vida precelular. Sin embargo, los
organismos vivientes son el último recurso o fuente de la mayoría pero no de todos los compuestos orgánicos en
el entorno (por ejemplo metano abiogénico se encuentre en fluidos en las aristas del fondo del océano). Mientras
que las formas de vida son extremadamente variadas, los principios básicos son los mismos en todos los
organismos. Todos derivan la energía que necesitan de la oxidación de componentes orgánicos; todos contienen
ADN que es el anteproyecto para la síntesis de proteínas que realizan varias funciones intracelulares; y todas
usan ATP en transacciones intracelulares. Esta base común sugiere que todos los organismos se han
desarrollado partiendo de un antecesor común.
El sistema de Carl R. Woese de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign divide los organismos en tres
dominios archea, bacteria, y eucaria. Eucaria consiste en todo organismo multicelular, mientras que la archea y
bacteria denominadas colectivamente procariotes son unicelulares. El ADN de procariotes está simplemente
concentrado dentro de una o más regiones (nucleoides) o fluido intracelular (citoplasma); mientras que el ADN
de eucariotes está integrado en un núcleo cerrado por membrana. El ADN de eucariotes está contenido dentro
del núcleos de células organizadas usualmente en cromosomas. Tanto en procariotes y eucariotes, ARNm (ARN
mensajero) lleva información de ADN, en la forma complementaria a un fragmento de ADN hacia los
ribosomas, donde se sintetizan las proteínas por transcripción del ARNm; es decir, se traduce del lenguaje de
nucleótidos de ADN a aminoácidos de proteínas. Los eucariotes, en contraste con los procariotes, tienen
estructuras intracelulares especializadas.
Así, los organismos están divididos en autótrofos y heterótrofos. Los autótrofos, al igual que las plantas, suplen
sus necesidades de energía a través de fotosíntesis o quimiosíntesis. Los heterótrofos, al igual que los animales,

6. suplen sus necesidades de energía mediante la asimilación de componentes orgánicos producidos previamente
por autótrofos. El reino de las bacterias incluye a ambos, autótrofos y heterótrofos.
Agradecimientos:
A Gabriel Trueba y Sonia Zapata del instituto de Microbiologia por la corección y edición del texto y apoyo para
mi punto de vista sobre las condiciones del inicio de la vida en la Tierra.
Figuras
Figura 1: Atmósfera, océano y corteza primitiva y sus propias reacciones
químicas entre los medios incluyendo la dinámica y ambiente de una
fumarola negra. Copyright Theofilos Toulkeridis / GrafNews.

7. Obras consultadas y recomendaciones de lectura
Arrhenius, G. and A. Lepland. (2000) . Accretion of Moon and Earth and the Emergence of Life. Chemical
Geology, 169: 69-82.
Bada, J. L. and A. Lazcano. (2002) . Some Like It Hot, But not the First Biomolecules. Science, 296: 1982-
1983.
Bernstein, M. P., J. P. Dworkin, S. A. Sandford, G. W. Coper, and L. J. Allamandola. (2002) . Racemic amino
acids from the ultraviolet photolysis of interstellar ice analogues. Nature, 416: 401-403.
Bowring, S.A. and I. S. Williams. (1999) . Priscoan (4.00-4.03 Miles de millones de años) orthogneisses from
northwestern Canada. Contributions to Mineralogy and Patrology, 134: 3-16.
Cody, G.D., N. B. Boctor, T. R. Filley, R. M. Hazen, J. H. Scott, A. Sharma and H. S.Yoder (Jr.). (2000) .
Primordial carbonylated iron-sulfur compounds and the syntheis of pyruvate. Science, 289: 1337-1340.
Crabtree, R. H. (1997) . Where smokers rule. Science, 276: 222.
Engeln, H. (1996) . Der grosse Plan vom Leben. GEO, 20, N 1: 42-62.
Halliday, A.. N. (2001) . In the beginning . . . Nature, 409: 144-145.
Figura 2: Mecanismo de reacción de Pirita (adaptado de Engeln, 1996); Punto de partida de esta reflexión, tal como fue
presentada en el texto, sería una simple molécula orgánica de ácido succínico, compuesta de cuatro átomos de carbono, cuatro
átomos de oxígeno y seis átomos de hidrógeno, que se fijó como tal sobre la superficie de cristales de pirita. El ácido
succínico podría haber absorbido -a través de varios pasos intermedios- dos moléculas de dióxido de carbono y haberse
transformado así en ácido cítrico, que se compone de seis átomos de carbono. La energía para este proceso la proporciona la
reacción de formación de pirita, en la que se produce hidrógeno. El hidrógeno se integra al carbono, que es integrado en la
molécula orgánica y alarga de esta manera la cadena. Además, el hidrógeno se junta con oxígeno del dióxido de carbono para
formar agua. Mediante la posterior integración de dos moléculas de dióxido de carbono a través de varios pasos intermedios,
el ácido cítrico se transforma en dos moléculas de ácido oxálico acético con cuatro átomos de carbono en cada caso. Esas dos
moléculas se transforman entonces -mediante el suministro de agua- en dos moléculas de ácido succínico, lo que cierra el
círculo. El ciclo se comportó como un ser viviente, ya que una molécula de ácido succínico se convirtió en dos moléculas
similares

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liquid water at the Earth’s surface 4,300 Myr ago. Nature, 409: 178181.
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