El documento resume los orígenes de la vida en la Tierra. Señala que los primeros signos de vida datan de hace 3,800 millones de años y eran bacterias procariotas. Las primeras células probablemente contenían ARN y estaban rodeadas por membranas lipídicas. Posteriormente, la evolución de la atmósfera permitió la diversificación de los seres vivos, incluyendo eucariotas y organismos pluricelulares. Expone varias teorías sobre el origen de las moléculas biológicas y la vida, como

1. NEIL
ALEXANDER
DUEÑAS
COELLO
UNIDAD #1
ORIGEN DE LA VIDA

2. Neil Alexander Dueñas Coello
Biofísica 1
PRIMEROS DATOS DE VIDA
La Tierra se formó hace 4.600 millones de años. Cerca de 1000 millones de
años más tarde ya albergaba seres vivos. Los restos fósiles más antiguos
conocidos se remontan a hace 3.800 millones de años y demuestran la
presencia de bacterias,organismos rudimentarios procariotas y unicelulares.
Muy recientemente se han descubierto pruebas de vida aún más antiguas en
forma de indicios de actividad fotosintética con una antigüedad de 3.850
millones de años.
Las condiciones de vida en esa época eran
muy diferentes de las actuales. La actividad
volcánica era intensa y los gases liberados por
las erupciones eran la fuente de la atmósfera
primitiva, compuesta sobre todo de vapor de
agua,dióxido de carbono, nitrógeno, amoníaco,
sulfuro de hidrógeno y metano y carente de
oxígeno. Ninguno de los organismos que
actualmente vive en nuestra atmósfera hubiera
podido sobrevivir en esas circunstancias. El
enfriamiento paulatino determinó la
condensación del vapor y la formación de un océano primitivo que recubría
gran parte del planeta
PRIMERAS CÉLULAS
Todos los seres vivientes están formados por células cada una de ellas
encerradas en una membrana rica en lípidos especiales que la aisla del medio
externo. Estas células contienes los ácidos nucleicos ADN y ARN, que
contienen la información genética y controlan la síntesis de proteínas.
Pueden formarse membranas lipídicas en
ausencia de vida. Esto ya lo demostró
Oparin, quien, en efecto, obtuvo en el curso
de sus experimentos medio ricos en
moléculas biológicas separadas del medio
acuoso por una membrana rudimentaria.
Estas "gotitas", a las que llamó
coacervados, recuerdan a células
rudimentarias. Otros investigadores han
obtenido también estructuras similares. La
teoría de Oparin se vio reforzada por los
descubrimientos de un paleontólogo francés que identificó estructuras de este
tipo con una antigüedad de 3.000 millones de años; se llaman cocoides, y se
consideran antepasados de las bacterias.

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Biofísica 2
Así, la primera forma de vida terrestre probablemente fue una célula simple que
encerraba un ácido nucleico similar al ARN dentro de una membrana
rudimentaria capaz de reproducirse por división.
APARICION DE LAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS
La primera teoría coherente que explicaba el origen de la vida la propuso en
1924 el bioquímico ruso Alexander Oparín. Se basaba en el conocimiento de
las condiciones físico-químicas que reinaban en la Tierra hace de 3.000 a
4.000 millones de años. Oparin postuló que, gracias a la energía aportada
primordialmente por la radiación ultravioleta procedente del sol y a las
descargas eléctricas de las constantes tormentas, las pequeñas moléculas de
los gases atmosféricos (oxígenometano,amoníaco), dieron lugar a unas
moléculas, cada vez más complejas, eran aminoácidos (elementos
constituyentes de las proteínas) y ácidos nucleicos. Según Oparín, estas
primeras moléculas quedarían atrapadas en las charcas de aguas poco
profundas formadas en el litoral del océano primitivo. Al concentrarse,
continuaron evolucionando y
diverdificándose.
Estas hipótesis inspiró las experiencias
realizadas a principios de la década de
1950 por el estadounidense Stanley Miller,
quien recreó en un balón de vidrio la
supuesta atmósfera terrestre de hace unos
4.000 millones de años (es decir, una
mezcla de metano, amoníaco, hidrógeno,
sulfuro de hidrógeno y vapor de agua).
Sometió la mezcla a descargas eléctricas
de 60.000 V que simulaban tormentas.
Después de apenas una semana, Miller
identificó en el balón varios compuestos orgánicos, en particular diversos
aminoácidos, urea, ácido acético, formol, ácido cianhídrico y hasta azúcares,
lípidos y alcoholes, moléculas complejas similares a aquellas cuya existencia
había postulado Oparín.
FUENTES HIDROTERMALES Y ORÍGEN DE LA VIDA
En el océano Pacífico a muchos miles de metros de profundidad, se han
descubierto fuentes hidrotermales de agua que brota de una temperatura de
350 º C y está cargada de numerosas sustancias, entre ellas sulfuro de
hidrógeno y otros compuestos de azufre. Alrededor de estas fuentes abunda la
vida y proliferan unas bacterias quimiosintéticas que extraen su energía de los
compuestos azufrados del agua y que, de este modo, reemplazan a los
organismos fotosintéticos, que toman la energía de la luz solar (además, estas
bacterias no pueden vivir en medios con oxígeno).

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Las condiciones de vida que reinan en la proximidad de estas fuentes
recuerdan bastante a las comunes hace 3.500 millones de años. Por eso
algunos investigadores defienden la idea de que la vida apareció en el fondo
oceánico, cerca de estas fuentes hidrotermales, y no en la superficie, en las
charcas litorales expuestas a luz solar intensa.
EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA Y DIVERSIFICACIÓN DE LOS
SERES VIVOS
Fuese cual fuese el lugar en que surgió la vida, es seguro que los primeros
seres vivos eran bacterias anaerobias, es decir, capaces de vivir en ausencia
de oxígeno, pues este gas todavía no se encontraba en la atmósfera primitiva.
De inmediato comenzó la evolución y la aparición de bacterias distintas,
capaces de realizar la fotosíntesis. Esta nueva función permitía a tales
bacterias fijar el dióxido de carbono abundante en la atmósfera y liberar
oxígeno. Pero éste no se quedaba en la atmósfera, pues era absorbido por las
rocas ricas en hierro. Hace 2.000 millones de años, cuando se oxidó todo el
hierro de las rocas, el oxígeno pudo empezar a acumularse en la atmósfera.
Su concentración fue aumentando y el presente en las capas altas de la
atmósfera se transformó en ozono, el cual tiene la capacidad de filtrar los rayos
ultravioletas nocivos para los seres vivos. A partir de este momento se asiste a
una verdadera explosión de vida. Los primeros organismos eucariotas
aparecieron hace unos 1.500 millones de años y los primeros pluricelulares
hace unos 670 millones. Cuando la capa de ozono alcanzó un espesor
suficiente, los animales y vegetales pudieron abandonar la protección que
proporcionaba el medio acuático y colonizar la tierra firme.

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TEORÍA DE LA PANSPERMIA
La teoría de la panspermia es una de
las más interesantes acerca
delorigen de la vida en nuestro
planeta. De hecho, esta teoría
propone quela vida no se originó en
la Tierra, sino en cualquier otra parte
del vasto universo. Está más que
probado que las bacterias son
capaces de sobrevivir en el espacio
exterior, en condiciones
sorprendentes y durante largos períodos de tiempo, la teoría de la panspermia
supone que de esta manera, rocas, cometas, asteroides o cualquier otro tipo de
residuo que haya llegado a la Tierra, millones de millones de años atrás, trajo la
vida a nuestro planeta. Se sabe que desde Marte, enormes fragmentos de roca
llegaron a la Tierra en varias oportunidades y los científicos han sugerido que
desde allí podrían haber llegado varias formas de vida. De todas maneras,
nuevamente nos enfrentamos a la cuestión, sólo que desde otra manera, de
cierto modo se está transfiriendo nuestra interrogante a otro lugar.
La selección natural
Es un fenómeno esencial de la evolución con carácter de ley general y que se
define como la reproducción diferencial de los genotipos en el seno de una
población biológica. La formulación clásica de la selección natural establece
que las condiciones de un medio ambiente favorecen o dificultan, es decir,
seleccionan la reproducción de los organismos vivos según sean sus
peculiaridades. La selección natural fue propuesta por Darwin como medio para
explicar la evolución biológica. Esta explicación parte de tres premisas; la
primera de ellas dicta que el rasgo sujeto a selección debe ser heredable. La
segunda sostiene que debe existir variabilidad del rasgo entre los individuos de
una población. La tercera premisa aduce que la variabilidad del rasgo debe dar
lugar a diferencias en lasupervivencia o éxito reproductor, haciendo que
algunas características de nueva aparición se puedan extender en la población.
La acumulación de estos cambios a lo largo de las generaciones produciría
todos los fenómenos evolutivos.
La selección natural puede ser expresada como la siguiente ley general,
tomada de la conclusión de El origen de las especies:
Existen organismos que se reproducen y la progenie hereda características de
sus progenitores, existen variaciones de características si el medio ambiente no
admite a todos los miembros de una población en crecimiento. Entonces
aquellos miembros de la población con características menos adaptadas

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(según lo determine su medio ambiente) morirán con mayor probabilidad.
Entonces aquellos miembros con características mejor adaptadas sobrevivirán
TEORÍA CREACIONISTA
La teoría creacionista está basada en conceptos religiosos, y que todos los
elementos presentes en la Tierra fueron creados por seres divinos
denominados Dioses. Estas religiones, ya sean politeístas, monoteístas o
animistas, suelen ser muy rigorosas y estrictas, y llegan a influir fuertemente en
la vida de las personas, ya que tienen mucha importancia social.
Entre las diferentes Teorías están:
Monoteístas: Las más creídas en el mundo, lideradas por los católicos,
musulmanes y judíos, aunque existen algunas más. Estas se rigen bajo un
único Dios, y por excepción de la islámica, no son demasiado exigentes
socialmente.
Politeístas: Comúnmente se trata de tribus y aborígenes, que creen en
múltiples dioses. Suelen tener rituales, objetos de valor como talismanes y
otros objetos de importancia. Suelen ser bastante exigentes tanto socialmente
como espiritualmente.
Animistas: También predominan en tribus, que creen en que tanto objetos
como cualquier elemento del mundo natural tienen alma y son considerados
como dioses. Como debe suponerse, esto requiere de mucho respeto social.
Los movimientos Creacionistas están en contra de cualquier evidencia o
enseñanza acerca de la evolución Biológica y Geológica, o sea, con la misma
teoría Evolucionista, al igual que de cualquier probable prueba de esta, ya sean
fósiles, geológicas, genéticas, o cualquier otra.
Éstas mantenían un duro régimen en cuanto a lo que está escrito en el
Génesis. Actualmente las teorías creacionistas siguen un método de
Creacionismo Científico, en las que realizan diversas hipótesis acerca de las
ciencias naturales, y en este caso se presentan de forma contradictoria a las
teorías evolutivas. Sin embargo, estas teorías tienen poca base, por lo que no
pueden ser confirmadas con precisión.

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Generación espontánea
La teoría de la generación espontánea se aplicaba a insectos, gusanos y seres
vivos pequeños en los que no parecían generarse por biogénesis
La generación espontánea antiguamente era
una creencia profundamente arraigada
descrita por Aristóteles. La observación
superficial indicaba que surgían gusanos del
fango, moscas de la carne podrida,
organismos de los lugares húmedos, etc. Así,
la idea de que la vida se estaba originando
continuamente a partir de esos restos de
materia inorgánica se estableció como lugar común en la ciencia. Hoy en día la
comunidad científica considera que esta teoría está plenamente refutada.
La abiogénesis se sustentaba en procesos como la putrefacción. Es así que de
un trozo de carne podían generarse larvas de mosca.
El experimento de Redi
Francesco Redi, médico e investigador, realizó un experimento en 1668 en el
que colocó cuatro vasos en los que puso respectivamente un pedazo de
serpiente, pescado, anguilas y un trozo de carne de buey. Preparó luego otros
cuatro vasos con los mismos materiales y los dejó abiertos, mientras que los
primeros permanecían cerrados herméticamente. Al poco tiempo algunas
moscas fueron atraídas por los alimentos dejados en los vasos abiertos y
entraron a comer y a poner huevos; transcurrido un lapso de tiempo, en esta
serie de vasos comenzaron a aparecer algunas larvas. Esto no se verificó, en
cambio, en los vasos cerrados, ni siquiera después de varios meses. Por tal
motivo, Redi llegó a la conclusión que las larvas (gusanos) se originaban de las
moscas y no por generación espontánea de la carne en descomposición.
Algunos objetaron que en los vasos cerrados había faltado la circulación del
aire (el principio activo o principio vital) y eso había impedido la generación
espontánea. Redi realizó un segundo experimento: esta vez los vasos del
experimento no fueron cerrados herméticamente, sino sólo recubiertos con
gasa. El aire, por lo tanto, podía circular. El resultado fue idéntico al del anterior
experimento, por cuanto la gasa, evidentemente, impedía el acceso de insectos

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a los vasos y la consiguiente deposición de los huevos, y en consecuencia no
se daba el nacimiento de las larvas.
Con estas simples experiencias, Redi demostró que las larvas de la carne
putrefacta se desarrollaban de huevos de moscas y no por una transformación
de la carne, como afirmaban los partidarios de la abiogénesis. Los resultados
de Redi fortalecieron la biogénesis, teoría que sostiene que el origen de un ser
vivo solamente se produce a partir de otro ser vivo.
El experimento de Pasteur
En la segunda mitad del siglo XIX, Louis Pasteur realizó una serie de
experimentos que probaron definitivamente que también los microbios se
originaban a partir de otros microorganismos.
Pasteur estudió de forma independiente el mismo fenómeno que Redi. Utilizó
dos frascos de cuello de cisne (similares a un Balón de destilación con boca
larga y encorvada). Estos matraces tienen los cuellos muy alargados que se
van haciendo cada vez más finos, terminando en una apertura pequeña, y
tienen forma de "S". En cada uno de ellos metió cantidades iguales de caldo de
carne (o caldo nutritivo) y los hizo hervir para poder eliminar los posibles
microorganismos presentes en el caldo. La forma de "S" era para que el aire
pudiera entrar y que los microorganismos se quedasen en la parte más baja del
tubo.
Pasado un tiempo
observó que ninguno de
los caldos presentaba
señal alguna de la
presencia de algún
microorganismo y cortó el
tubo de uno de los
matraces.
El matraz abierto tardó
poco en descomponerse,
mientras que el cerrado
permaneció en su estado inicial. Pasteur demostró así que los
microorganismos tampoco provenían de la generación espontánea. Gracias a
Pasteur, la idea de la generación espontánea fue desterrada del pensamiento
científico y a partir de entonces se aceptó de forma general el principio que
decía que todo ser vivo procede de otro ser vivo. Aún se conservan en museo
algunos de estos matraces que utilizó Pasteur para su experimento, y siguen
permaneciendo estériles

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El origen de la vida - Quimiosintéticaprotobiontica
Coacervado es el nombre con el que Alexander Oparin y John
BurdonSandersonHaldane denominaron a un tipo de protobionte. Oparin y
Haldane demostraron que se forman membranas lipídicas en ausencia
de vida y obtuvo en el curso de los experimentos unas gotas ricas en moléculas
biológicas y separadas del medio acuoso por una membrana rudimentaria. A
estas gotas las llamó coacervados.
Los polímeros en solución tienden a
unirse en formas más complejas; a un
nivel molecular, estas sustancias tienden
a unirse por medio de fuerzas
electrostáticas (positivas o negativas)
como se da inicio a las primeras gotitas
coacervadas, cada una de ellas consiste
en un grupo interno de moléculas
coloidales rodeadas por agua, las cuales
se orientan en efecto a las moléculas
orgánicas (se refiere a proteínas,
carbohidratos y ácidos nucleicos), así
formando un tipo de membrana rudimentaria, que tiene cierta selectividad en
efecto a la tensión producto de la atracción de los polímeros y la misma
naturaleza del agua, así como las mismas sustancias que acarrea; por ello
mientras más complejas se hacen las gotitas, más selectivo se vuelve.
En general, los coacervados se forman en grupos de solución proteínica en
agua; prácticamente pueden absorber todo lo que se encuentra en su medio;
sin embargo, no pueden añadir a su composición otro coacervado, pues su
selectividad se los impide ya que una estructura cuaternaria absorbiendo a otra
rompería el equilibrio químico; la gotita absorbe toda sustancia orgánica e
inclusive inorgánicas haciendo su selectividad mayor para la continuación de su
expansión química; sin embargo, no tienen ninguna estructura o modelo a
seguir y el resultado es prácticamente al azar, en sí, se puede decir que entre
los coacervados existen diferencias químicas notables.
A medida que el coacervado se desarrolla, una estructura tipo membrana se
genera bajo la capa de agua; esta nueva membrana formada por polímeros es
mucho más selectiva en las moléculas a incorporar, éste proceso continúa
hasta que el coacervado se vuelve estable y no incorpora más elementos, o
hasta que éste se hace inestable y se rompe; en cualquiera de los casos, al ser
compuestos orgánicos, en un ambiente plagado por organismos minúsculos un
coacervado perderías sus propiedades químicas fácilmente.

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Debido a la increíble capacidad "ya probada" de los coacervados, son
considerados los protobiontes que dieron lugar a la vida anterior al RNA o DNA,
en los mares agitados del la tierra primitiva, llenos de substancias orgánicas, y
las grandes cantidades de energía en forma de radiación y el calor producto de
los volcanes y las constantes erupciones dan lugar a la idea que los polimeros
dieron lugar a coacervados y microesferas de proteína; asimismo,
losfosfolípidos, aunque no son reconocidos como sustancias que den lugar a
coacervados, son capaces de generar una forma de membrana celular al
organizarse conjuntamente en el agua debido a ser una substancia anfipática,
con presencia de las colas de ácidos grasos hidrofóbicas e insolubles en agua,
y las cabezas de fosfatos son solubles en agua y por tanto hidrofílicas, ésto
hace que se organicen en forma de esferas formando sistemas parecidos a
membranas celulares, pero no exactamente similares, aunque su química sea
igual en las membranas celulares "actuales" encontramos proteínas u otros
componentes más que meros fosfolípidos.
Se considera que estos tres factores, en conjunto dieron lugar a los
protobiontes entre lo puramente químico y el primer paso a lo biológico; los
fosfolípidos, atraídos por los coacervados junto con las microesferas pudieron
formar las primeras membranas celulares dando lugar a una selectividad tan
concreta como la de las células actuales a pesar de no tener los mecanismos
proteicos de regulación, que sin embargo, pudieron venir de las microesferas.
La hipótesis de reproducción que se sugirió también explica que fueron en esas
primeras instancias donde la selección natural se dio a relucir; pues, los
protobiontes imperfectos, con incapacidades de formar moldes concretos e
inclusive incapaces de reproducirse, desaparecían y eran reabsorbidos por
otros protobiontes cuando se volvían inestables dando lugar a las proteinas y/o
materia orgánica que lo había formado alguna vez; es por ello, que sólo los
protobiontes resistentes y más selectivos fueron los únicos capaces de
adueñarse de los mares primitivos, que por millones de años funcionó como
laboratorio para que con el tiempo sus compuestos dieran lugar al los primeros
nucleótidos y en sí los primeros ácidos nucleicos por la unión de los mismos.
Aunque la tierra primitiva en sus primeras instancias no contenía el material
orgánico requerido para la creación de polímeros que pudiesen dar lugar a
protobiontes, los experimentos de Miller demostraron la capacidad de que
ciertos sintetizaran substancias orgánicas al someter una mezcla de metano,
amoníaco, hidrógeno y agua a descargas eléctricas de 60.000 voltios. Como
resultado, se observó la formación de una serie de moléculas orgánicas, entre
la que destacan ácido acético, ADP-Glucosa, y los aminoácidos glicina,
alanina, ácido glutámico y ácido aspártico, usados por las células como los
pilares básicos para sintetizar sus proteínas. La energía de los 60.000 voltios,
se propone que provino de las tormentas eléctricas en la arcaica tierra.
Fósiles encontrados
Los microorganismos fósiles más antiguos fueron encontrados en los
sedimentos de Barberton, en África del Sur, y de Pilbara, en Australia. Estos

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sedimentos, de una antigüedad de entre 3.200 y 3.500 millones de años, son
ligeramente más jóvenes que las rocas de Groenlandia. Los sedimentos se han
conservado bien y muestran la existencia de abundante vida en las aguas
litorales de poca profundidad, y quizá incluso cerca de la superficie del agua
(algunos biofilms tienen una estructura laminada que parece indicar una vida
bacteriana que ya utilizaba energía solar). Los microfósiles identificados
comprenden estructuras filamentosas con una longitud de entre diez y algunos
cientos de micras, bastoncillos de algunas micras de largo y estructuras
esféricas y ovoides de aproximadamente 1 micra de diámetro.
Estas estructuras han sido atribuidas a bacterias fosilizadas. La cantidad de
carbono restante unida a estos microfósiles es generalmente muy débil (entre
0,01-0,5% con puntas excepcionales hasta el 1%) lo que hace particularmente
difícil el análisis del carbono orgánico. No obstante, se han podido determinar
los isótopos de carbono y presentan un enriquecimiento variable pero así y
todo significativo en carbono 12, lo que habitualmente se traduce en un origen
biológico. En general, las moléculas biológicas producidas por fotosíntesis se
caracterizan por un enriquecimiento en 12
C en relación con los carbonatos
minerales. Así, la relación 12
C/13
C pasa de 88,99 en los carbonatos minerales
de referencia a valores comprendidos entre 90,8 y 91,7 en las moléculas
orgánicas biológicas.
Arguyendo un parecido entre las cianobacterias modernas y los microfósiles de
Pilbara, William Schopf, de la Universidad de Los Angeles, ha descrito estos
últimos como fósiles de cianobacterias. Estas bacterias ancestrales, pues, ya
habrían practicado la fotosíntesis oxigenada. Interpretación muy importante ya
que situaría la fotosíntesis oxigenada muy atrás en los tiempos geológicos,
mientras que los indicios bioquímicos más antiguos de la fotosíntesis
oxigenada encontrados en esquistos carbonados, también en Australia, sólo se
remontan a 2.700 millones de años. Según el inglés Martin Brasier, de la
Universidad de Oxford, las estructuras contendrían efectivamente carbono
orgánico enriquecido en isótopo 12, pero la materia orgánica sería de origen
puramente químico y no biológico. Podría proceder de la reacción del
hidrógeno con el monóxido de carbono (reacción llamada de Fischer-Tropsch),
dos gases presentes en los fluidos de las fuentes hidrotermales. La
acumulación de materia orgánica en microestructuras sería debida a la
cristalización del cuarzo en la vena hidrotermal, y el importante enriquecimiento
en carbono 12 sería el resultado de procesos puramente químicos. La

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explicación de Brasier, no obstante, no es totalmente convincente porque no es
probable que la reacción de Fischer-Tropsch produjera moléculas tan
complejas como los kerógenos (materia orgánica compleja, insoluble en los
disolventes habituales) depositados en las venas hidrotermales.
Las rocas más antiguas susceptibles de presentar trazas de vida son
sedimentos de una antigüedad aproximada de 3.750 millones de años
descubiertos en el sudoeste de Groenlandia.
Estos sedimentos demuestran la presencia permanente de agua líquida, de gas
carbónico en la atmósfera y contienen kerógenos, moléculas orgánicas
complejas. La relación isotópica del carbono está comprendida entre 90,2 y
92,4 en lo referente a la materia orgánica de los sedimentos de Groenlandia.
Estos valores sugieren, pero no demuestran de manera cierta, la existencia de
actividad fotosintética, y por lo tanto de vida primitiva, hace 3.800 millones de
años. En efecto, esta materia orgánica muy antigua (a veces reducida a
cristales de grafito) ha sufrido importantes modificaciones en el curso de la
diagénesis. El producto final de esta degradación, los kerógenos, se compone
de macromoléculas complejas estables resistentes, que pueden incluso ser
transformadas en grafito puro durante el metamorfismo. Todos estos
tratamientos pudieron muy bien generar los enriquecimientos en 12C
observados. También hay que desconfiar mucho de la contaminación eventual
de estas rocas por microorganismos más recientes, contaminación que,
evidentemente, falseará los análisis.