Evolución Biológica: Del ARN a la Teoría de la Endosimbiosis

El Origen de la Vida

Aproximaciones al Estudio del Origen de la Vida

Para estudiar el origen de la vida se utilizan dos aproximaciones:

• Abajo-arriba (Bottom-up): Estudio desde la química hasta las formas de organización más complejas.
• Arriba-abajo (Top-down): Estudio de los organismos actuales para entender cómo pudo originarse la vida.

Los microfósiles estromatolitos, estructuras calcáreas formadas por la actividad metabólica de algas cianofíceas o bacterias, están datados en 3500 millones de años y constituyen la primera prueba de vida en la Tierra. Sin embargo, la vida tuvo una larga evolución antes de que aparecieran las primeras células.

La Química de la Vida

Para que se constituya una célula es necesario que se den las condiciones físico-químicas adecuadas, para que las moléculas se auto-organicen constituyendo:

• Un genoma capaz de autorreplicarse.
• Un sistema que separe el genoma del exterior y que permita intercambios con el entorno.
• Un metabolismo, que permita que el organismo se automantenga.

Las células actuales tienen en su núcleo, los genes que rigen su funcionamiento, contenidos en moléculas de ADN. El ADN se transcribe a ARN y éste produce las proteínas que la célula necesita en los ribosomas.

Se cree que para dar el salto desde el mundo inerte hacia los seres vivos se necesita una molécula capaz de almacenar información, que pueda generar estructura y que tenga actividad enzimática. La molécula conocida que mejor cumple estas condiciones es el ARN.

Posteriormente, el ARN, daría lugar a proteínas que sintetizarían ADN, el cual es más eficaz para almacenar información y se constituiría el sistema ADN - ARN - proteína, que tienen las células actuales.

• A favor de esta hipótesis: Se está consiguiendo inyectar ARN en membranas lipídicas y cada vez están más cerca de autorreplicarse.
• En contra: Existen argumentos como: que la síntesis de ARN en condiciones prebióticas es difícil, que el ARN se destruye con facilidad en disolución y que la capacidad catalítica del ARN es limitada. Por todo ello, se plantea que quizás ARN y proteínas surgieran a la vez y evolucionaran conjuntamente.

Evolución Biológica

Las primeras células serían de tipo procariota, es decir, sin núcleo ni orgánulos diferenciados. Aparecieron hace 3.500 millones de años. Estas primeras células serían quimiosintéticas. Hace 2700 millones de años aparecen las bacterias fotosintéticas y con ellas el oxígeno en la atmósfera. Ello permitió que aparecieran las primeras células eucariotas, es decir, células con núcleo y orgánulos diferenciados.

Según la teoría de la endosimbiosis o simbiogénesis (Lynn Margulis), una célula procariota de gran tamaño y anaerobia, engulló a otras células procariotas más pequeñas, que, sobrevivieron en su interior en simbiosis. Dichas células acabaron constituyendo orgánulos dentro de la célula que las fagocitó. Esta teoría se basa en que los cloroplastos y las mitocondrias tienen tamaño y forma similares a bacterias y contienen ADN circular y ribosomas, así como capacidad para producir un cierto número de proteínas por sí mismos.

Una posterior asociación de las células en colonias, posibilitó la especialización dentro del conjunto. Así, unas células se especializaron en reproducción, otras en digestión, otras en defensa...

La Evolución: Una Teoría Científica

Por especie se entiende un conjunto de individuos, que pueden cruzarse entre sí, para dar lugar a una descendencia fértil. La teoría general de la evolución proporciona una explicación del origen de las especies. Como toda teoría científica, se propone para resolver un problema planteado, de acuerdo con el método científico: se realizan observaciones que la orientan o perfilan y se formulan hipótesis derivadas que han de ser contrastadas con la realidad mediante experimentos u observaciones de hechos.

Las Hipótesis

La teoría de la evolución considera que todas las especies se han originado a partir de otras. Como consecuencia, cada especie tiene un antepasado, y todos los organismos que existen o han existido son parientes más o menos lejanos. Si esto es así:

• Las especies tendrán en común algunos componentes o rasgos esenciales procedentes de un antepasado común.
• Cuanto más cercanas estén dos especies en la evolución, mayores serán sus semejanzas.
• Cuanto más lejanas estén en su origen, tendrán características más diferenciadas.
• Habrá restos de una especie que puede haber desaparecido, pero que, como es antepasado común de otras posteriores, mostrará características de todas las posteriores o intermedias entre ellas.

La Observación de Evidencias

Cada una de las hipótesis anteriores puede estar sustentada por evidencias observables, que la verifiquen de forma aceptable, aunque no definitiva, porque la ciencia nunca es definitiva. Estas evidencias, también llamadas pruebas de la evolución, demuestran que las especies están relacionadas en el tiempo, de modo que las especies actuales proceden de otras anteriores que fueron cambiando.

• Prueba paleontológica: Se han encontrado fósiles con características intermedias entre especies o grupos taxonómicos diferentes. A partir de fósiles se han reconstruido las historias evolutivas de los caballos, dinosaurios, moluscos...
• Prueba de la bioquímica comparada: Toda forma de vida está basada en las biomoléculas (proteínas, lípidos, glúcidos y ácidos nucleicos). En todos los seres vivos el material genético está compuesto por ADN y presentan idénticos procesos metabólicos. Esto apoya la hipótesis de que todos parten de un antepasado común. Cuanto más cercanas están dos especies mayor es el parecido entre la composición del ADN y de las proteínas.
• Prueba de la anatomía comparada: Se ha demostrado que el plan o esquema estructural de muchos órganos es el mismo en distintos organismos, luego deben tener un mismo origen. Estos órganos se llaman homólogos. En ocasiones, la adaptación a diferentes medios hace que estos órganos homólogos, dejen de desempeñar una función en alguna especie, de modo que se van reduciendo con el paso de las generaciones, dando lugar a los órganos vestigiales o residuales.
• Prueba de la domesticación: Las características actuales del trigo, las vacas, los cerdos, los perros..., son el resultado de la selección realizada por el hombre a lo largo de los siglos, como consecuencia de la domesticación o el cultivo.
• Prueba de la distribución geográfica: Las especies actuales del planeta no se distribuyen en todos los continentes, a pesar de que haya ambientes adecuados para su desarrollo. Esto se explica, evolutivamente, considerando que, para que una especie esté presente en un medio, es necesario que lleguen ejemplares a dichas zonas, lo cual no es posible si la especie ha surgido después de la aparición de una barrera geográfica (océanos, mares, montañas...). Por otro lado, si las especies quedan aisladas, por ejemplo, en una isla, cambian con el tiempo dando lugar a una flora y una fauna característica de esa isla (endémica) y diferente a los antecesores que la colonizaron originariamente. Esto ocurrió con los pinzones de las islas Galápagos que observó Darwin.
• Prueba de la embriología: Las semejanzas en las primeras etapas del desarrollo embrionario de los grandes grupos de vertebrados son muy marcadas en las primeras fases. Muestran claramente características de sus antepasados comunes, que van desapareciendo conforme avanza el desarrollo.
• Prueba de la sistemática o la taxonomía: Teniendo en cuenta todas las pruebas anteriores, es posible construir clasificaciones filogenéticas, que muestran el parentesco evolutivo de los organismos o grupos de organismos relacionados.