TEORÍA HETEROGÉNICA ENDÓGENA
Astrofísicos y geólogos determinaron que la Tierra tiene unos 4.600 millones de años de antigüedad. En ese tiempo las condiciones en que se encontraba el planeta eran muy diferentes a las actuales.
La atmósfera de la Tierra primitiva incluía dióxido de carbono (CO2), vapor de agua (H2O), monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H) y nitrógeno (N). Es probable que hubiera poco o nada de oxígeno libre (O2). Las tormentas eléctricas, las erupciones volcánicas y los bombardeos de meteoritos eran constantes.Para que se pudiera haber dado la evolución química en la Tierra que terminara en la formación de los primeros seres vivos se deben haber cumplido cuatro requerimientos:
- ausencia total o casi total de oxígeno libre: éste es muy reactivo y habría oxidado las moléculas orgánicas que son los componentes necesarios para el origen de la vida, lo que implica que cualquier molécula libre de oxígeno habría reaccionado con otros elementos para formar óxidos, incorporándose a los compuestos.
- Una fuente de energía: necesaria para construir moléculas biológicas a partir de compuestos inorgánicos simples. Está energía pudo provenir de las violentas tormentas eléctricas, el vulcanismo, el bombardeo de meteoritos y otros objetos extraterrestres, así como la intensa radiación que eran todas características de la Tierra primitiva. La atmósfera terrestre carecía de una capa de ozono protectora que bloqueara la radiación ultravioleta.
- Presencia de sustancias química precursoras: agua, minerales inorgánicos disueltos (como iones) y los gases de la atmósfera primitiva.
- Tiempo: se requirió de un tiempo suficiente para que las moléculas se acumularan y reaccionaran. La edad de la Tierra es de unos 4.600 millones de años, mientras que los vestigios de vida más antiguos datan de hace unos 3.800 millones de años, por lo que se puede deducir que la vida tardó unos 800 millones de años en aparecer.
Posibles etapas para el paso de la evolución química a la evolución biológica:
- formación de monómeros biológicos: aminoácidos, azúcares y bases orgánicas.
- formación de polímeros en base a los monómeros: proteínas, lípidos, polisacáridos
- formación de protobiontes dotados de una química e identidad propias
- El desarrollo de algún tipo de maquinaria reproductora que sea capaz de asegurar que las células hijas adquieran las mismas capacidades químicas y metabólicas que las células paternas. Se sugiere que primero se formó el ARN y luego el ADN a partir del anterior
- Aparición de las células Procariotas
Formación de moléculas orgánicas sencillas: monómeros:
Éstas son glúcidos (monosacáridos) Aminoácidos, ácidos grasos y nucleótidos.
En 1920 científicos independientes como Oparín (bioquímico ruso) y Haldane (fisiólogo y genetista escocés) propusieron una teoría para la formación de los monómeros en la Tierra primitiva. Ellos plantearon que la síntesis de los monómeros ocurrió en la atmósfera primitiva a partir de H2O, CO2 y NH3, utilizando la energía proveniente de la radiación ultravioleta. Oparín concibió que durante largos períodos las moléculas orgánicas pudieron acumularse en los mares someros como un “mar de sopa orgánica”, “caliente y diluida”. Considero que en tales condiciones las moléculas orgánicas más pequeñas (monómeros) se habrían combinado para formar moléculas grandes (polímeros).
En 1950 esta teoría fue puesta a prueba por los científicos Stanley Miller y Harold Urey, quienes diseñaron un dispositovo cerrado que simulaba las condiciones que se pensaba que prevalecían en la Tierra primitiva: Sometieron a una atmósfera rica en hidrógeno, metano (CH4), agua, y amoníaco (NH3) a una descarga eléctrica que simulaba relámpagos. Por efecto de la energía de los rayos se rompen los enlaces de los compuestos de la atmósfera primitiva y se formaron otras moléculas como aminoácidos y moléculas orgánicas.
Investigaciones posteriores sugirieron que la atmósfera primitiva no era rica en metano ni amoníaco y se realizaron experimentos similares que obtuvieron como resultado la obtención de los 20 aminoácidos esenciales, varios azúcares, lípidos, las bases nucleotídicas, etc.
Dispositivo utilizado por Miller y Urey Stanley Miller realizando el experimento
Formación de polímeros:
à Para que se polimericen las moléculas se requiere energía y eliminar agua. La pregunta, entonces, es cómo se elimina agua si se plantea que el proceso se dio en un medio acuoso. Se plantea 3 hipótesis:
- la existencia de agentes acopladores o condensantes que permiten captar al mismo tiempo agua y aportar energía.
- evaporación: a partir de aminoácidos y por evaporación experimental se obtuvieron polipéptidos. Se plantea que esto se puede haber dado sobre charcos en la marea, en ríos, en lagos y que está asociado a las actividades volcánicas.
- Se plantea también que la polimerización primitiva que llevo al origen de la vida pudo haberse dado en fisuras del piso oceánico profundo donde brotan agua caliente y minerales como sulfuro metálico. Tales chimeneas hidrotermales habrían estado mejor protegidas que la superficie terrestre de las catástrofes que ocurrían en aquel entonces.
Formación de protobiontes:
Los protobiontes son agrupaciones de polímeros orgánicos producidos abióticamente en una solución acuosa. Oparín las denominó COACERVATOS. Estos protobiontes o coacervatos, que se postula fue el siguiente paso luego de la formación de polímeros, son parecidos en varios sentidos a las células vivas:
- a menudos se dividen en dos (fisión binaria) después de haber crecido lo suficiente
- mantienen un ambiente químico interno distinto del externo (homeostasis) como su tuvieran una “membrana”.
- Algunos de ellos presentan un rudimento de actividad metabólica
- Un tipo de protobionte, las microsferas, presentan excitabilidad, producen una diferencia de potencial eléctrico de un lado a otro de su superficie (que recuerda a los gradientes electroquímicos de las células). Las microsferas también pueden absorber materiales de sus alrededores (permeabilidad selectiva) y reaccionar a cambios en la presión osmótica, como si estuvieran rodeadas por membranas (aunque no contienen lípidos).
Microfotografía de coacervatos protobiontes
Formación de células procariotas:
Se necesitan varios pasos para el pasaje de una precélula como los protobiontes hasta una célula viva y estos aún se desconocen.
Los primeros habitantes de la Tierra debieron ser organismos unicelulares, procariontes, heterótrofos y anaerobios hace 3.800 millones de años, pero no se ha obtenido registro fósil de ello.
200 millones de años después se plantea que la evolución celular determinó un cambio en la atmósfera, la cual pasó a ser rica en oxígeno.
En rocas de Australia y Sudáfrica se han obtenido fósiles microscópicos de hasta 3.600 millones de años (Precámbricos) en estructuras acordadas llamadas estromatolito que son pruebas fósiles de la existencia de las primeras células fotosíntéticas, aeróbicas (más evolucionadas que los procariotas heterótrofos). Los estromatolitos son rocas constituidas en forma de columnas por muchas capas delgadas de células procariotas, por lo general cianobacterias. Con el tiempo alrededor de las células se acumula sedimento de carbonato de calcio que se mineraliza poco a poco (momento en el cual las células atrapadas mueren), mientras que una nueva capa de células vivas se forma sobre la anterior.
Para que pudieran evolucionar de células unicelulares procariotas heterótrofas a células procariotas autótrofas tuvo
Foto de un estromatolito en el agua Microfotografía de una cianobacteria fósil de un estromatolito
Los registros fósiles de las células eucariotas datan de entre 1.900 y 2.100 millones de años atrás, lo que implica que surgieron luego 1.400 millones de años de la aparición de los primeros procariota.
Línea del tiempo:
4.600 (A) 3.800 (B) 3.600 (C) 2.100 (D)
(en millones de años)
A- Formación del planeta
B- Aparición de las primeras células procariotas heterótrofas, anaerobias
C- Aparición de las primeras células procariotas fotosintéticas aerobias
D- Aparición de las células eucariotas
