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El orígen de la vida

En la historia del pensamiento biológico el origen de la vida ha sido de gran interés debido a las grandes controversias que se ha presentado a lo largo del tiempo, desde la época de Aristóteles hasta los actuales momentos ha sido un problema que ha ocupado la atención de los biólogos del mundo.

Han sido muchas las preguntas que se han hecho sobre el origen de la vida, como por ejemplo, ¿ cómo apareció por primera vez el material que tenía vida? , ¿cuándo y como se originó?, en realidad no se sabe con certeza, todos los relatos que sobre el origen del mundo , en las diferentes religiones y filosofías tratan sobre el tema: es tan complejo, teniendo en cuenta, que su discusión ha sido motivo de innumerables trabajos para tratarla en toda su amplitud.

 

 

Primeras teorías sobre el origen de la vida: Hace unos 2000 años el filósofo griego Aristóteles se ocupó del problema del origen de la vida. El creía que la vida podía haber aparecido espontáneamente, a partir de materiales inertes, esta es la tesis de la Generación Espontánea de la vida. Pero, ¿qué significa decir que la vida aparece espontáneamente?.

Uno de los primeros trabajos del cual se tiene información es el de la obra Metamorfosis de Ovidio, en la que se narra la repoblación del mundo después del diluvio universal, donde se sembraban piedra y éstas se convertían en hombres, mientras que los animales surgían de las profundidades de la tierra. Luego el filósofo Lucrecio, decía que la tierra engendra vida al azar, donde se originaban grandes monstruos y bellas realizaciones que eran capaces de subsistir .


Aristóteles
explicaba su hipótesis colocando como ejemplo, que los huevos fecundados contienen un “principio activo” capaz de producir un ser vivo siempre y cuando las condiciones sean las adecuadas, lo que quería decir que, para Aristóteles este principio activo era la capacidad para hacer algo de la misma manera que para nosotros la energía es la capacidad que existe para producir un trabajo; también decía que los insectos se desarrollaban a partir del rocío de la mañana, afirmó además, que los cangrejos y las salamandras surgieron del fango húmedo.


Estas creencias estaban basadas en observaciones poco cuidadosas aunque hoy día nos parece extrañas y raras, han sido de gran influencia en el progreso y estudio de la Biología. Sin embargo, la Teoría de la Generación Espontánea tenía sus debilidades, parecía que se aplicaba sólo a algunos organismos.


La primera persona que se atrevió a poner en duda la teoría de Generación Espontánea fue Francisco Redi . Médico italiano, realizó un experimento transcendental, que estaba dirigido especialmente a observaciones e ideas ya generalizadas que aparentemente apoyaban la teoría de la generación espontánea. Redi dijo:

“Aunque es motivo de observación diaria que un infinito número de gusanos se forman de un cuerpo muerto y en plantas podridas, me siento inclinado a creer que estos gusanos son generados por contaminación y la materia pútrida en la cual se encuentran, sólo actúa como un medio adecuado donde los animales en época de cría depositan los huevos para encontrar allí un medio nutritivo para su desarrollo”.



 

Para corroborar lo anterior, ideó el siguiente experimento: en cuatro envases de vidrio de boca ancha introdujo pedazos de carne de ternera, pescado, anguila y materia orgánica. Hizo lo mismo con otros cuatro frascos, a un grupo de frascos los tapó con un pedazo de lienzo fino y al otro grupo los dejó descubiertos, en su observación encontró que las moscas se congregaron en los frascos abiertos y pusieron huevos, en poco tiempo, aparecieron las larvas en todos los frascos que estaban descubiertos, varias semanas después, Redi abrió los frascos cerrados y encontró carne podrida más no larvas.

Redi razonó de la siguiente manera:

Hipótesis: Si...las moscas se originan por generación espontánea ...

Predicción: Entonces... deben aparecer en la carne de ambos recipientes, tanto en el cubierto como en el descubierto.

Por lo tanto, la hipótesis de la generación espontánea, por lo menos en este caso no era válida; a pesar de los trabajos de Redi, muchas personas continuaban creyendo en la generación espontánea.

A pesar de lo simple del experimento, Redi marcó la pauta para el establecimiento del principio de la Biogénesis , que dice que “todo ser vivo proviene de otro ser vivo”.

Cuando comienza el siglo XIX ya se había comprobado que los reptiles, insectos y los gusanos no provenían de la materia en descomposición, ya que no fue fácil eliminar el concepto que se le dio al origen de la vida. El uso de un sistema óptico llamado microscopio por el holandés Anthon Van Leeuwenhock, que trabaja paralelamente a los experimentos que realizaba Redi, nos llevó a conocer el mundo de los microorganismos, la aparición de estos organismos en materia descompuesta, se le atribuyó al fenómeno de la generación espontánea, donde Leeuwenhoek dijo que provenían del aire.


En 1745, el Biólogo John Turbeeville Needham , realizó varios experimentos que explicó detalladamente para comprobar la hipótesis de la generación espontánea; trabajó con extractos de carne y otras infusiones, las cuales colocó en frascos cerrados herméticamente , los tapó con corchos y los sometió a calor, después de varios días observó que se reproducían muchos microorganismos. Needham trató de la misma manera gran variedad de líquidos y encontró que tenía los mismos resultados, el los explicó diciendo que en cada partícula de materia orgánica existe una “fuerza vital” que es la responsable de la aparición de las formas vivas y por lo tanto apoyó la hipótesis de la generación espontánea.

En l765, el científico italiano Lázaro Spallanzani , hizo los mismos experimentos de Needham, pero no pudo comprobar la generación espontánea, por lo que censuró sus experimentos y conclusiones. El observó que si sometía los caldos de vegetales y animales a altas temperaturas en recipientes cerrados herméticamente nunca se desarrollaban microorganismos. Spallanzani se dio cuenta, que debían cerrarse los envases herméticamente de modo que el aire no pudiera penetrar en ellos. Se dio cuenta que Needham tapaba con corcho los frascos y, estos permitían el paso del aire aunque fuera en pequeñas cantidades.


Spallanzani selló bien los frascos y obtuvo resultados de gran importancia, y encontró allí la fuente de error de Needham. Needham defendió sus argumentos diciendo que la prolongada y alta temperatura a que estaban sometidos los cultivos destruyen la fuerza vital contenida en los caldos así como en aire que se encontraba en los recipientes. Spallanzani no pudo refutar experimentalmente los argumentos de Needham.


Teoría de Pasteur:
Experimentos que establecieron la idea de la biogénesis:
En 1862, Louis Pasteur diseñó un experimento que acabaría con la controversia de la generación espontánea y planteó su hipótesis. “Si la generación espontánea necesita el contacto entre el caldo y el aire fresco, entonces al hervir el caldo y ponerlo en contacto con el aire libre de todas las partículas flotantes, aún deberá originar microorganismos”.
Pasteur empezó a estudiar la fermentación alcohólica, después que unos fabricantes de vino le pidieron ayuda porque observaban que sus vinos se contaminaban obteniéndose vinos dulces y amargos.


Se entiende por fermentación alcohólica al proceso por el cual se produce alcohol a partir de una solución azucarada; demostró Pasteur que los responsables del proceso eran microorganismos que se llaman levaduras y ante la presencia de éstos se alteraba el proceso normal de la fermentación alcohólica.

Realizó experimentos donde colocó sustancias en algunos frascos , los hirvió y selló y mientras se mantenían cerrados no crecía nada, apenas se observaban crecer muchos microorganismos, y estos se podían eliminar por calentamiento, a este proceso se le conoce hoy día como Pasteurización.

Además de investigar la fermentación láctica y el proceso por el cual se hace el vinagre, encontró que la fermentación se producía por la contaminación con un microorganismo específico, y regulando su crecimiento para poder controlar las fermentaciones que producen.


Pasteur realizó varios experimentos, como por ejemplo: hirvió el caldo como antes, pero en lugar de tapar el frasco, convirtió el cuello de éste, en forma de S y alargado o en forma de cuello de cisne; él observó que el aire podía pasar a través del cuello del tubo hasta el recipiente y entrar en contacto con el caldo, pero la curvatura que le hizo al tubo le servía parar atrapar todas las partículas de polvo y las esporas de la materia.
En los resultados experimentales ,encontró que el caldo de cultivo que se hallaba en el frasco con el cuello en forma de S no tenía microorganismos.



Esto parecía ser una prueba contundente para demostrar que para que la generación espontánea ocurriera, era imprescindible que existiera algo más que el simple contacto entre el caldo de cultivo y el aire.




Posteriormente Pasteur llevó unos matraces a las altas montañas (Monte Blanco) y otros los colocó en las faldas y pie de dichas elevaciones, allí rompió los picos de los matraces escuchando el silbido del aire al penetrar en los envases.

Mas tarde incubó los matraces en la estufa comprobando que a medida que se elevaba en altura los matraces se contaminaban menos, mientras que los matraces colocados al pie de la montaña aparecían plagados de microorganismos. Pasteur afirmó, que mientras mayor es la altura, el aire es mas puro y contiene menos partículas de polvo y por lo tanto habrá menos microbios adheridos a ellas.


Mientras más pensaba Pasteur en todas estas cosas, más se convencía de que el aire no podía ser un generador espontáneo: su opinión era que ya había microbios en el aire y que se manifestaban simplemente a la hora de ponerse sobre los objetos expuestos al aire.

En abril de l864, Pasteur hizo una demostración de sus experimentos con los balones que utilizó en todas sus experiencias ante un público numeroso, en cierto momento impresionó a todos los presentes dejando a oscuras la sala y permitiendo que se filtrara únicamente un rayo de luz, todos los presentes pudieron observar que en el aire flotaban partículas de polvo; donde Pasteur les explicó que también había microorganismos mezclados en esas partículas y que nadie podía ver a plena luz.

Resumió su demostración con estas palabras “nunca jamás podrá recuperarse la idea de la generación espontánea del golpe recibido con este sencillo experimento. ¡ Nunca !, jamás podremos afirmar, bajo las condiciones actualmente conocidas, que los seres microscópicos vienen a la existencia sin que haya otros gérmenes de su misma naturaleza que los generan”. Los numerosos asistentes respondieron con una gran ovación.

Aparecen algunas ideas contrarias a las de Pasteur: Otros investigadores (Pouchet, Joly y Musset) no estuvieron de acuerdo con Pasteur y decidieron repetir su experimento utilizando como caldo de cultivo una infusión de heno. Más tarde al igual que Pasteur subieron a las altas montañas de la región de los Pirineos, abriendo allí sus matraces y al incubar en la estufa la infusión de heno, pudieron observar después de varios días que estaban plagadas de microorganismos.

Podríamos preguntarnos ahora si el caldo de heno (infusión) tendría alguna propiedad distinta al caldo común utilizado por Pasteur, que hacía posible la generación espontánea de estos microorganismos.

En realidad, el experimento realizado por estos investigadores fue hecho correctamente y sus resultados son ciertos, pero eso no indica que la generación espontánea sea correcta. Lo que sucede es que según lo demostró posteriormente Tyndall, en el heno existe una espora de un microorganismo que es resistente al calentamiento y al incubar los matraces estos se multiplican.

Con esta última aclaración queda demostrado que Pasteur tenía toda la razón en cuanto a los microbios y su distribución en el aire.


Teoría de Oparín: El científico ruso Alexander Oparín explica la aparición de la vida a partir de la materia orgánica, en donde se presentó una larga evolución de las sustancias químicas, antes de que se originara la vida, él afirma que la vida había sido precelular. Todos los animales, las plantas y los microbios están compuestos por sustancias denominadas orgánicas e inorgánicas, de esta forma en la primera fase del origen de la vida tuvieron que formarse estas sustancias que después servirían para la formación de los seres vivos.
Alexander Oparín propuso lo que él llamó la Teoría de la Coacervación , que dice que las sustancias proteicas formaban agregados en el caldo de primitivo, que tendía a formar simples membranas alrededor de ellas debido a la tensión superficial.

La característica principal que diferencia a las sustancias orgánicas e inorgánicas, es que el carbono es el elemento fundamental, esto se comprueba si se calienta a altas temperaturas materia diferente, tanto vegetal como animal. El carbono se combina con otros elementos como el hidrógeno y el oxígeno, estos dos componentes forman el agua; el nitrógeno, que se encuentra en el aire y, el azufre, fósforo, etc.

El proceso de la evolución de nuestro planeta, en las aguas del océano mas primitivo, surgieron sustancias orgánicas complejas similares a las de las integradoras de los organismos de hoy día. La base de los organismos vegetales o animales es el protoplasma, en donde se desarrollan los fenómenos vitales, éste se presenta como una gran masa semilíquida de color viscoso que está compuesta por agua, proteínas, otras sustancias orgánicas y sales inorgánicas.

El protoplasma es muy complejo en su organización, en primer lugar por su estructura concreta y en segundo lugar, por procesos físicos y químicos que en él se producen. Así que la materia viva está representada por organismos con una forma precisa y una organización armónica.

Oparín demostró que al mezclar dos soluciones de sustancias orgánicas de peso molecular elevado, como por ejemplo, una solución acuosa de jalea y otra similar de goma arábiga, encontró en que las dos son transparentes y homogéneas y producían pequeñas esferas de esta sustancia y que se encontraban distribuidas de forma uniforme, pero si se mezclan ambas soluciones éstas se enturbian y luego se toma una muestra y se observa al microscopio se notan unas gotas que están separadas por un filón divisorio, del medio que la circunda; por lo tanto si se mezclan soluciones de peso molecular elevado va a ocurrir lo mismo, sobre todo si se trata de las mismas proteínas, en esta caso se va a formar un agrupamiento de moléculas en algunas partes de la mezcla, estas gotas que se forman reciben el nombre de coacervados, proveniente del latín acervus, montón.

La mezcla de coloidales distintos y principalmente la mezcla de cuerpos protenoides primitivos en las aguas de la tierra, dio origen a la formación de los coacervados, cuando estos se forman se ubican en determinados puntos del espacio, cada coacervado adquiere cierta individualidad. Gracias a esta separación del medio, se creó la dialéctica entre el organismo y el medio, esto fue un factor decisivo en el origen de la tierra y su desarrollo y con la formación de coacervados la materia orgánica adquirió cierta estructura.

Si sometemos a los coacervados y al líquido que le circunda a un análisis químico, se aprecia que toda la sustancia coloidal, gelatina y goma arábiga, queda concentrada en los coacervados y no quedan en el medio moléculas de la sustancia; los coacervados tienen la propiedad que dentro de ellos, están tan concentrados que pareciera que es una solución de agua de gelatina y goma arábiga y no al contrario.

Una propiedad importante de los coacervados es que, a pesar de que su estado es líquido tiene una estructura determinada, las partículas coloidales y las moléculas que los forman no aparecen en forma desordenada sino que presentan una determinada colocación entre ellas mismas y el espacio existente.

A principios de 1950, Stanley Miller, organizó un aparato en el que introdujo gases como el amoníaco, metano e hidrógeno, lo mismo que agua, que se mantenía en ebullición en un frasco, tanto, la ebullición como la condensación mantuvieron las sustancias circulando por todo el aparato, en ese mismo momento dos electrodos producían descargas eléctricas de forma periódica en otro recipiente. Cuando el material que se encontraba en los recipientes había circulado durante algún tiempo, se recolectó un residuo en una “trampa”, en este residuo había varios aminoácidos, ácido succinico y otros compuestos orgánicos; luego otros investigadores utilizando procedimientos similares a los de Miller y cambiando las sustancias reaccionantes produciendo componentes simples de los ácidos nucleicos y ATP.


Se formaron moléculas orgánicas entre las que se destacaron cetonas, aldehídos y ácidos, pero lo más importante de todo fue que se sintetizaron aminoácidos. Dado que las proteínas son indispensables para la estructura y el funcionamiento de las células vivas, la formación de aminoácidos en las condiciones que prevalecieron teóricamente en la atmósfera primitiva del planeta brindó apoyo a la hipótesis de Oparín. (Ver imagen)


El profesor Sidney W. Fox ha ido más allá basado en la idea del coacervado de Oparin; el ha mostrado que las proteínas producidas térmicamente forman esférulas con un diámetro más o menos similar al de una célula bacteriana, al igual que los coacervados, las esféricas están separadas del medio externo por una capa superficial; La formación de esta capa seguida más tarde por una membrana no sólo ofrecía protección a la molécula sino que también la mantenía en contacto la una con la otra aumentando la probabilidad de reacciones químicas entre sí.


Igualmente encontró en sus experiencias en el laboratorio que la misma forma en que se sintetizaban los aminoácidos, se podían obtener las bases nitrogenadas y que sometiéndolas a calor se iba formando la molécula de ARN, con esto comprobó que el material genético no necesita de enzimas y que es autocatalítico.

Este material genético debe haber sido recubierto por los coacervados , para incorporarlo y originar los cromosomas de ARN, de esta forma se inician las primeras células procariotas, sin núcleo definido.

Fox. Demostró que la luz ultravioleta puede inducir la condensación de aminoácidos a dipéptidos y, después, con calor moderado y seco observó que también podía polimerizar aminoácidos para producir polipétidos cortos. El descubrimiento más interesante es que el ácido polifosfórico fomentaba la producción de polímeros, resultando un tanto análogo a la función de ATP durante la síntesis de proteínas.

Melvin Calvin, en 196l, logró la formación de materias orgánicas ( aminoácidos, azúcares, urea, ácidos grasos) mediante el bombardeo en el cilotrón, de una mezcla de gases semejantes a los que se encontraría en la atmósfera primitiva.
Otros científicos han argumentado que tanto los ácidos nucleicos como las proteínas fueron requeridos simultáneamente para el origen de un linaje celular que sobrevivió y evolucionó, una vez que se forma un patrón, un grupo de catalizadores y una membrana envolvente, éstas, seleccionaron del medio las moléculas orgánicas necesarias para sobrevivir, y al agotarse los nutrientes del caldo primitivo, hubo una selección, y surgen las primeras células fotosintéticas capaces de utilizar el dióxido de carbono y la luz solar.


Al acumularse el oxígeno, surgen las primeras células heterótrofas capaces de utilizar oxígeno, se dice que de las autotrofas surgieron los procariotas heterotrofos y autotrofos, las eucariotas se desarrollaron a partir de las procariotas que obtienen su energía de la fermentación.

Los procariotas autotrofos, son llamados también procariotas quimiosintéticos son capaces de asimilar el dióxido de carbono y la luz solar, viven en ausencia de oxígeno y en la oscuridad realizan la fermentación.

Los procariotas fotosintéticos se originaron probablemente de los procariotas quimiosintéticos y desarrollaron la capacidad de asimilar el carbono mediante la fotosíntesis; para la producción de carbohidratos ricos en energía es necesario que exista el agua, la luz y el dióxido de carbono. Se presume que el oxígeno que apareció en la atmósfera proviene del proceso fotosintético y es posible que esto permitió la evolución de los organismos aeróbicos.


Organización de los coacervados y su capacidad autoduplicativa; Cómo se ha visto hasta ahora, la materia orgánica se reunió formando las esférulas de los coacervados, aunque poseen características similares a las de una célula es mucho lo que falta por estudiar para afirmar que estamos en presencia de una estructura viviente verdadera y de tipo celular.


Los científicos pueden lograr formar los coacervados en los laboratorios, pero para llegar a formar un organismo viviente pluricelular es bastante el trecho que hay que recorrer.

Las esférulas no controlan ni dirigen su formación, división y crecimiento sino que dependen de condiciones ambientales exteriores. Es posible que las esférulas se formen de manera más complicada y su capa superficial constituya una verdadera membrana que la aisle del medio en forma más eficiente del contenido del coacervado.

Las esférulas no se encontrarían influidas por los cambios ambientales y podrían desarrollar sistemas de autocontrol que regularan todas sus actividades, estos sistemas en los seres vivos actualmente son las enzimas y los ácidos nucleicos. Los seres vivos mantienen un equilibrio dinámico con su ambiente, esto quiere decir que cuando se realiza algún cambio ambiental desde el punto de vista fisico-químico, los seres vivos tienen en su estructura mecanismos para mantener su medio interno constante y no mueran.

Todas las hipótesis y teorías evolucionistas que tratan de explicar la formación de los primeros compuesto orgánicos y de las primeras formas de vida coinciden en que este hecho ocurrió en los mares primitivos y las razones para afirmar esto son las siguientes:

1.- El agua y las sales con componentes necesario de los seres vivos, por lo que afirmaron que los mares están formados precisamente de estos compuestos.

2.- El agua es el solvente universal

3.- El agua es una molécula que está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno.

4.- Es una molécula polar, es decir, la distribución de los electrones en la estructura es irregular, originando dos polos positivos constituidos por los hidrógenos, y un polo negativo en el oxígeno.

El agua tiene las siguientes propiedades:

Conductividad eléctrica, esto quiere decir que es capaz de conducir electricidad
Alto calor específico, se requiere de mucho calor para calentar el agua, la temperatura tiende a permanecer constante o cambia poco a poco.
Punto de ebullición y fusión; dificulta que el agua cambie de estado dentro del cuerpo - densidad característica; 1g/cc.
- tensión superficial; facilita su ascenso a través de los capilares.



Referencias:
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Fuentes Fotográficas:
http://www.phil.uni-erlangen.de/~p1altar/photo_html/portraet/griechisch/denker/aristoteles/aristot1.JPG
http://www.science.marshall.edu/fet/euscorpius/images/redi.jpg
http://www.chi.knaw.nl/images/leeuwenhoek.jpg
http://progetti.webscuola.tin.it/multilab/rege02/spall.jpg
http://www.nirgal.net/graphics/pasteur.jpg
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