Origen y Evolución de la Vida en la Tierra: Un Viaje a Través del Tiempo

Origen y Evolución de la Vida en la Tierra

Características de los Seres Vivos

Todos los seres vivos se reproducen y necesitan energía. Los componentes básicos de la vida son el agua y el carbono:

Agua

El agua es un buen disolvente e interviene en todas las reacciones químicas de la vida. Es fundamental para la vida, y una gran parte de los seres vivos está compuesta por agua (por ejemplo, el 85% del citoplasma de la célula). Existen dos hipótesis sobre el origen del agua en la materia viva:

• Del interior de la Tierra: Esta es la hipótesis clásica, pero tiene limitaciones.
• Traída por asteroides: Esta hipótesis, más aceptada, afirma que el agua llegó a la Tierra a través de asteroides cuyas órbitas están más allá de la de Marte.

Carbono

El carbono puede formar cuatro enlaces, dando lugar a muchas moléculas diferentes de cadena larga, que formarán millones de compuestos con interesantes propiedades químicas. Entre ellos, se encuentran las moléculas esenciales para la vida: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. El carbono de la materia viva procede del interior de la Tierra, donde se acumuló durante su formación. Los volcanes emiten dióxido de carbono a la atmósfera, que luego es asimilado por los seres vivos y la biosfera.

Composición de la Materia Viva

• Bioelementos primarios: H, O, C, N
• Bioelementos secundarios: P, S
• Biomoléculas: H₂O, Glúcidos (compuestos por azúcares), Lípidos (grasas, etc.), Proteínas (compuestos por aminoácidos) y Ácidos Nucleicos (compuestos por nucleótidos)

Tipos de Organismos

Existen dos tipos de organismos: autótrofos (vegetales, algas y cianobacterias) y heterótrofos (animales, protozoos, hongos y bacterias).

Autótrofos

Fotosíntesis: CO₂ + H₂O + luz → materia orgánica (C₆H₁₂O₆) + O₂. La energía necesaria para la vida se obtiene a partir de las reacciones químicas en las que interviene la materia orgánica, la cual se fabrica fundamentalmente en la fotosíntesis.

Respiración celular: materia orgánica (C₆H₁₂O₆) + O₂ → CO₂ + H₂O + energía. La respiración celular permite que la materia orgánica sintetizada en la fotosíntesis produzca la energía necesaria para la vida.

Heterótrofos

Respiración celular.

Quimiosintéticos: No necesitan oxígeno para obtener energía. Las bacterias quimiosintéticas habitan en ambientes extremos, como el fondo de los océanos.

El Escenario del Origen de la Vida

El escenario en el que surge la vida en la Tierra se caracteriza por:

• Un interior muy caliente con altas temperaturas y vulcanismo intenso, principalmente submarino.
• Una atmósfera densa sin oxígeno en un planeta oceánico. En la protoatmósfera no había oxígeno ni ozono que protegiera la superficie de los rayos ultravioleta.

Origen de la Vida

Un posible origen de la vida se encuentra en ambientes similares a los actuales volcanes submarinos (fuentes hidrotermales habitadas por bacterias quimiosintéticas). Estas bacterias son la base de ecosistemas complejos submarinos. La quimiosíntesis es una reacción en la que intervienen bacterias y se desprende energía: H₂S + Fe → (bacterias) → FeS₂ + energía. Esta energía es aprovechada por las bacterias para vivir.

Hipótesis sobre el Origen de la Vida

• La hipótesis de la “sopa primitiva”: Consiste en la unión de pequeñas moléculas orgánicas sencillas en medios acuáticos a temperaturas elevadas y ambiente enrarecido con descargas eléctricas y radiación.
• La hipótesis metabólica: Moléculas orgánicas sencillas se unen y se aíslan del medio por membranas, con procesos químicos que se van haciendo más complejos, hasta que logran reproducirse. (Hipótesis más reciente: unión de moléculas sencillas sobre superficies de arcilla).
• El modelo “mundo ARN”: Síntesis de macromoléculas con relevancia biológica. 1: moléculas de ARN aprenden a autocopiarse. 2: moléculas de ARN aprenden a sintetizar proteínas. 3: las proteínas permiten la síntesis de ADN. 4: el ADN, con ayuda del ARN, sintetiza nuevas proteínas. El ARN es una molécula capaz de contener genes y con propiedades metabólicas.
• La Panspermia: Defiende que las primeras formas de vida pudieron llegar del espacio exterior.

Evolución

Pruebas de la Evolución

• Biológicas: Se basan en organismos actuales.
  • Órganos homólogos: Huesos de las extremidades de animales como el murciélago, la ballena y el ser humano tienen disposiciones y estructuras semejantes, lo que sugiere adaptaciones de una única anatomía a usos distintos. Ejemplo: aleta del delfín y ala del murciélago. Los órganos análogos no son pruebas de evolución.
  • Órganos vestigiales: Partes del cuerpo sin utilidad en la especie actual, que indican la existencia de antepasados con formas de vida diferentes.
  • Idéntica bioquímica: Todos los organismos vivos poseen el mismo sistema de transmisión de la información (ADN) y comparten las mismas proteínas y reacciones químicas.
• Paleontológicas: Apoyadas en los fósiles. Ejemplo: Archaeopteryx, una forma intermedia.
• Embriológicas: Se basan en el estudio del desarrollo embrionario.
• Moleculares: Se basan en la suposición de que las mutaciones (cambios en los genes) suceden a un ritmo constante, lo que genera la diversidad de los seres vivos.

Darwin

Teoría de la Evolución por Selección Natural

Cada especie produce más individuos de los que pueden sobrevivir, lo que genera una variabilidad entre individuos de la misma especie. Los individuos con “mejores” características tienen más probabilidades de sobrevivir (“lucha por la existencia” o “supervivencia de los más aptos”). Estos individuos tienen más posibilidades de reproducirse y transmitir sus características ventajosas. Las características ventajosas se “seleccionan” y las no ventajosas desaparecen, lo que genera cambios en las especies y la aparición de nuevas especies. Ejemplo: Evolución acelerada de los pinzones en las islas Galápagos a partir de la llegada de una única especie desde el continente americano. La adaptación a diferentes tipos de alimentos dio lugar a la aparición de diferentes especies en cada isla.

Teorías Evolutivas

Lamarck

Lamarck propuso que las especies variaban al adquirir nuevos órganos para solucionar nuevas necesidades o ansias de adaptación. Una clave del lamarckismo es que los caracteres adquiridos en vida son heredables.

Neodarwinismo

Defiende la evolución gradual propuesta por Darwin y la teoría sintética. También defiende la evolución por equilibrio puntuado de Gould.

Extinciones Masivas

La formación de supercontinentes ha reducido la diversidad de la vida. Una gran extinción se produjo por un elevado vulcanismo que causó el calentamiento del agua del mar, la disminución de la solubilidad del oxígeno en agua y su escape a la atmósfera, generando anoxia. Esto provocó una extinción masiva. Hace 65 millones de años se produjo la extinción de los dinosaurios y otras muchas especies debido al impacto de un meteorito.

Evolución Humana

Hace 8 millones de años, las corrientes convectivas del manto comenzaron a romper África en dos partes, creando el valle del Rift. Este cambio modificó el clima de África Oriental, convirtiendo la selva en sabana. En la selva vivían primates, antecesores de la familia de los homínidos. El bipedismo surgió hace 4 millones de años, lo que liberó las manos para manipular el entorno y provocó un aumento del tamaño cerebral.

• Australopithecus afarensis (3,5 m.a.). Extensión por África oriental.

El género Homo aparece en África hace poco más de 2 millones de años. La primera salida de África se produjo hace 1,8 millones de años. Hubo evoluciones separadas en Asia (H. erectus), Europa (H. antecessor, H. neanderthalensis) y África (H. sapiens). La segunda salida de África se produjo hace 150.000 años, seguida de la sustitución de todas las poblaciones por H. sapiens. Las principales transiciones de la evolución humana (bipedismo, expansión cerebral, salida de África) parecen relacionarse con cambios ambientales importantes.

Bacterias Extremófilas

Las bacterias extremófilas son bacterias que viven en condiciones extremas y tienen una forma de vida muy diferente a la de otros microorganismos. La mayoría son unicelulares, pero también existen extremófilos pluricelulares.

El arsénico y el fósforo, al pertenecer al mismo grupo y tener la misma valencia, forman moléculas con elementos parecidos.

Funciones y aplicaciones de las bacterias extremófilas:

• Biocombustibles: se utilizan para fabricar transgénicos (maíz) que se utilizan para producir etanol.
• Industria minera: disuelven rocas y minerales.
• Ecología: degradan materias tóxicas.
• Medicina: se investigan sus mecanismos de autoreparación del ADN.

Hipótesis desarrolladas a causa del descubrimiento de bacterias extremófilas:

• Existencia de vida extraterrestre.
• Las bacterias necesitan cantidades mínimas de fósforo y no hay arsénico en su ADN.

Astrobiología y Panspermia

La astrobiología es una ciencia que investiga el origen, presencia e influencia de la vida en el Universo. La Panspermia es una hipótesis sobre el origen de la vida terrestre que afirma que la vida pudo llegar del espacio exterior. La astrobiología puede ayudar a confirmar o refutar la hipótesis de la Panspermia.

Aspectos en común de los meteoritos:

• Presencia del isótopo N15.
• Marte como planeta de origen.
• Las biomoléculas del metabolismo primario celular son genéricas y enantioespecíficas.

Explosión Cámbrica

La explosión cámbrica fue la aparición repentina de organismos macroscópicos multicelulares complejos a principios del periodo Cámbrico, hace 542/530 millones de años. Este período marca una brusca transición en el registro fósil. El aumento del oxígeno en la atmósfera pudo contribuir al desarrollo de la vida animal y vegetal compleja.

Gimnospermas y Angiospermas

Las plantas con flores (angiospermas) provienen de los helechos de las semillas. Invadieron territorios ocupados por las coníferas y se expandieron con gran velocidad gracias a los insectos.

Diseño Inteligente

El diseño inteligente es una versión disfrazada del creacionismo. Afirma que las especies son demasiado complejas para haberse desarrollado solo por evolución y que su existencia debe ser obra de un diseñador inteligente: Dios.

Darwin y la Religión

Darwin defendía que las formas de vida no son estáticas sino que evolucionan. El proceso de la evolución es gradual, lento y continuo. Los organismos parecidos se hallan emparentados y descienden de un antepasado común. Todos los organismos vivientes pueden remontarse a un origen único de la vida. La selección natural es la clave que explica la evolución. La religión se basa en conocimientos que no pueden expresarse a través de la razón, a diferencia de la ciencia, que se basa en la observación, la experimentación, la discusión y el razonamiento lógico.