Capítulo 1

Capítulo
1
Origen de lo viviente
© Santillana S.A. Prohibida su fotocopia. Ley 15.913
Fig. 1-1. Los mayas atribuían
a las divinidades Tepéu y
Gucumatz la creación de los
seres vivos de su entorno.
En la imagen, una lámina
del pintor mexicano Diego
Rivera.
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ayer
Cultura maya: una explicación sobre el origen. Desde la antigüedad, las diferentes civilizaciones han desarrollado un gran interés por nuestro planeta y sus seres vivos. Muchas culturas han
dejado testimonio en sus documentos acerca de cómo concebían el origen de los mismos.
A continuación te proponemos que leas un fragmento del Popol Vuh, un escrito de la cultura
maya que data del siglo XVI y que contiene una versión sobre el origen del mundo y de la vida.
“Entonces vinieron juntos Tepéu y Gucumatz; entonces conferenciaron sobre la vida y la
claridad, cómo se hará para que aclare y amanezca, quién será el que produzca el alimento y
el sustento.
¡Hágase así! ¡Que se llene el vacío! ¡Que esta agua se retire y se desocupe el espacio, que surja
la Tierra y que se afirme! Así dijeron.
Primero se formaron la Tierra, las montañas y los valles; se dividieron las corrientes de agua,
los arroyos se fueron corriendo libremente entre los cerros, las aguas quedaron separadas
cuando aparecieron altas montañas.
Así fue la creación de la Tierra, cuando fue formada por el corazón del cielo, el corazón de la
Tierra, así son llamados los que primero la fecundan cuando el cielo estaba en suspenso y la
Tierra se hallaba dentro del agua.
Luego hicieron a los animales pequeños del monte, los guardianes de todos los bosques, los
genios de la montaña, los venados, los pájaros, leones, tigres...”
El libro menciona varios intentos de creación de los hombres por parte de los dioses que
fueron en vano, y en su última parte indica:
“Y dijeron los Progenitores, los Creadores y Formadores, que se llaman Tepéu y Gucumatz:
ha llegado el tiempo del amanecer, de que se termine la obra y que aparezcan los que han
de sustentar y nutrir, los hijos esclarecidos, los vasallos civilizados, que aparezca el hombre, la
humanidad, sobre la superficie de la Tierra”.
© Santillana S.A. Prohibida su fotocopia. Ley 15.913
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Fig. 1-2. Darwin en su viaje a las Islas Galápagos.
1. Responde las preguntas teniendo en cuenta la información de “Ayer” y de “Hoy”.
a) ¿Cuál es la idea central de ambos textos?
b) ¿Encuentras alguna similitud entre las teorías científicas del origen de la vida y la concepción religiosa del
Popol Vuh? ¿Cuál o cuáles?
c) Argumenta cuáles serían las condiciones en las que se encontraba el planeta en el comienzo de la vida.
SI
Charles Robert Darwin (1809-1882). Nació en Shrewsbury, Inglaterra. Estudió Medicina en la Universidad de
Edimburgo y realizó estudios religiosos en la Universidad de Cambridge, donde pudo profundizar sus
conocimientos en ciencias naturales. Participó en
un viaje de investigación recorriendo las costas
de América del Sur, incluyendo las de nuestro
país. Durante este recorrido se encontró con
muchas especies y fósiles que lo inspiraron
para escribir El origen de las especies, publicado
en 1859.
hoy
Capítulo 1
Análisis científico. Los científicos en la actualidad no tienen las mismas opiniones sobre el
origen de la vida. Sin embargo todos concluyen en que, en sus orígenes, las condiciones no
fueron las mismas que las actuales.
En esta línea contribuyó el pensamiento de Charles Darwin (la verdad es que acertaba
con frecuencia en sus suposiciones), que se evidencia en una carta dirigida a un amigo en
1871.
“Se ha dicho a menudo que la totalidad de las condiciones necesarias para la formación
del primer organismo vivo son las que presenciamos hoy en día y que no pueden haber
sido otras que las actuales. Sin embargo, si pudiéramos concebir (¡y cuán gran suposición
implica este si!) la posibilidad de la formación química de un compuesto proteico, en algún
estanque cálido y pequeño, que contuviera toda clase de sales fosfóricas y amónicas, que
recibiera luz, calor, electricidad, etcétera, compuesto que una vez formado podría sufrir
otros cambios posteriores de mayor complejidad, en las condiciones actuales este material
sería devorado al instante, lo cual no podría haber sido el caso previamente a la formación
de los primeros seres vivos.”
Origen de la vida
Capítulo 1
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No existe una única opinión sobre el origen de la
vida, pues no se sabe con exactitud cuándo ni cómo
comenzó.
Pero el conocimiento científico, en continua expansión así como algunas comprobaciones experimentales, nos aproximan hacia la hipótesis de que las células
se organizaron cuando algunas moléculas se ensamblaron, utilizando energía en un medio acuoso.
Fig. 1-4. Volcán en erupción.
las rocas de la corteza terrestre
con métodos de datación radimétrica, se supo que algunas
tienen unos 4.100 millones de
años de antigüedad.
Los compuestos de oxígeno,
nitrógeno y agua se encontraban combinados en forma no
volátil. Más tarde, a medida que
la Tierra se solidificaba, estos
compuestos fueron lanzados a
la atmósfera por actividad volcánica.
Se crea entonces una atmósfera primitiva de carácter
reductor: predominan las moléculas que tienen menos oxígeno que hidrógeno como
el metano (CH4) y el amoníaco (NH3) , también moléculas de dióxido de carbono (CO2), nitrógeno (N2), agua
(H2O), sulfuro de hidrógeno (H2S) y trazas de dihidrógeno (H2). Hay científicos que discrepan con la presencia de algunos de estos componentes o al menos en su
proporción, considerando que la atmósfera no era tan
reductora.
Hipótesis sobre el origen de la vida
en la Tierra
La mayoría de los astrónomos reconocen como válida la
teoría del origen del Universo, el cual a partir de un núcleo pequeño se ha ido expandiendo y enfriando. En estas condiciones la materia originó sistemas y planetas.
Hace unos 4.600 millones de años la Tierra se formó
a medida que se iba condensando, agrupándose los diversos átomos de acuerdo con su peso. Los materiales
más pesados gravitaron hacia el centro denso (hierro,
aluminio, níquel, etc.). Los más ligeros permanecieron
en la superficie y a medida que ésta se enfriaba se formó una corteza externa. Estudiando la antigüedad de
Aleksandr Ivanóvich Oparin (1894–1980).
Biólogo y bioquímico ruso, fue miembro de
la Academia de Ciencias soviética.
Formuló su teoría acerca del origen de la vida en la
Tierra, que consistía en un desarrollo constante de
la evolución química de moléculas de carbono en
el caldo primigenio.
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Origen de la Tierra
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Fig. 1-3. La atmósfera actual presenta otras condiciones que
las que tenía antes de que apareciera la vida en el planeta,
en cuanto a los componentes químicos y las características
climáticas.
El bioquímico Ivanóvich Oparin , que realizó minuciosas investigaciones sobre el origen de la vida, sugirió en 1924 su teoría de cómo pudo haber acontecido
la misma a partir de una evolución química en una atmósfera reductora.
Consideró que los componentes orgánicos se formaron espontáneamente a partir de sustancias inorgánicas, bajo la influencia de la radiación solar, las descargas eléctricas y la energía volcánica.
La variedad de sustancias orgánicas sencillas se fueron
acumulando en los mares recientemente formados.
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Almidón
Glucosa
1-fosfato
Fosforilasa
SI
Luis Pasteur (1822–1895). Químico y biólogo francés. Sus
contribuciones a la ciencia fueron numerosas. Estudió los
procesos de fermentación y demostró que se deben
a la presencia de microorganismos.
Refutó la teoría de la generación espontánea y
demostró que todo ser vivo procede de otro ser
vivo que le da origen.
Desarrolló la metodología para atenuar la virulencia de microorganismos patógenos y así poder
producir vacunas. Obtuvo de esta forma la vacuna
contra el virus de la rabia.
A estas estructuras Oparin las denominó coacervados; las mismas poseerían un metabolismo muy sencillo,
con intervención de enzimas, capacidad de absorción
de elementos del exterior y la posibilidad de replicarse
al alcanzar un tamaño grande que resultaba inestable,
dividiéndose.
Creó coacervados en el laboratorio y al añadirles
enzimas (como la fosforilasa) procedentes de células,
logró que incorporaran material del exterior, crecieran
y se dividieran al alcanzar un volumen grande que las
volvía inestables. Estos procesos los acercan a las características de lo viviente.
Fig. 1-5. Esquema de un coacervado.
© Santillana S.A. Prohibida su fotocopia. Ley 15.913
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profundización
Generación espontánea, ¿sí o no? Una brillante experiencia realizada en el siglo XIX retrasó la investigación del
origen de la vida. Según Luis Pasteur las partículas de polvo contienen gérmenes o microorganismos.
Esta idea contradecía la teoría de la generación espontánea, que desde los escritos de Aristóteles (384 a 322 a.C.) anunciaba que algunos seres se podían originar de la materia no viva como: tierra húmeda, agua, materia en descomposición,
calor, etc. No era necesaria la intervención de otro organismo en su origen.
Para apoyar esta idea realizó algunas actividades prácticas demostrativas. Introdujo caldo de cultivo en recipientes de
cuello estrecho y largo en forma de “cuello de cisne” con su extremo abierto. Calentó el caldo hasta ebullición para luego
dejarlo enfriar, asegurándose así de que los seres vivos en los recipientes no sobrevivieran a pesar de que el aire se desplazaba con libertad.
Cuello del frasco
Polvo y microbios
No se encontraban microorganismos en los
curvado con calor
retenidos
recipientes aunque pasaran días; solo aparecían
después de cortar los cuellos de los recipientes
permitiendo que ingresaran los seres (esporas de
hongos y bacterias) que se desarrollaban descomponiendo los caldos.
Así pues, se puso fin a la teoría de la generación
Caldo vertido
Hervido del caldo
espontánea confirmándose que los seres vivos
en frasco
provienen de otros seres vivos ya existentes.
Los trabajos de Pasteur fueron tan drásticos que
muy pocos científicos, como Oparin y Haldane, 60
años después, tuvieron la capacidad de vislumbrar
la posibilidad de que en condiciones terrestres
diferentes a las actuales, la vida surgió por algún tipo
Frasco vertical. El caldo Frasco inclinado Frasco contaminado
permanece sin microbios
con microbios
de generación espontánea.
Fig. 1-6. Experimento de Pasteur.
Capítulo 1
Este científico puntualizó dos aspectos importantes:
1. no existían seres vivos que descompusieran las sustancias orgánicas en formación, así como tampoco
oxígeno;
2. la atmósfera primitiva seguía produciendo ininterrumpidamente moléculas ricas en energía. Los mares debieron acumular esas moléculas hasta adquirir el aspecto de una “sopa caliente o caldo primordial”, como
postuló metafóricamente el biólogo Haldane.
Las sustancias de los mares se fueron concentrando
cada vez más, lo que provocó la formación de macromoléculas de mayor complejidad estructural como microscópicas gotas de una envoltura de polímeros con un medio interno que contenía enzimas aisladas del exterior.
Electrodo
Descarga
eléctrica
Condensador
Matraz
con agua
Resistencia
Fig. 1-7. Esquema del aparato del experimento de Urey
y Miller. (1, 2 y 3: válvulas para extraer muestras). Algunos compuestos que se sintetizaron en el experimento:
formaldehído (HCHO), ácido acético (CH3 – COOH), ácido
láctico (CH3 – CHOH – COOH), glicina (NH2 – CH2 – COOH),
cianuro de hidrógeno (HCN) y urea (NH2 – CO – NH2).
2. Comprendo y contesto
Con respecto al experimento que acabamos de
describir, contesta las siguientes preguntas:
a) ¿Qué pretende demostrar el trabajo de Urey
y Miller?
b) ¿Qué gases utilizan como precursores de la
materia orgánica y por qué razón?
c) ¿Qué inconvenientes se producirían si hubieran trabajado en una atmósfera con oxígeno?
d) ¿Qué representan las descargas eléctricas de
la experiencia comparándolas con las condiciones iniciales del origen?
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Oparin sólo demostró que los coacervados podrían
ser las protocélulas que originarían seres vivos, pero
¿cómo se organizaron esos coacervados?
En 1952, los químicos Harold Urey y Stanley Miller
demostraron cómo pudieron haberse formado las primeras macromoléculas orgánicas.
Tomando en cuenta los posibles gases que conformarían la atmósfera primitiva (dihidrógeno, metano y amoníaco), los colocaron dentro de un dispositivo de vidrio.
Este consistía en un matraz al que se le calentaba agua
(para formar vapor y hacer que los gases circulasen por el
dispositivo) y otro más grande que contenía los gases así
como también electrodos que liberaban descargas eléctricas. Ambos matraces estaban conectados por tubos
de vidrio, con un condensador para que precipitaran los
gases y se recogieran las muestras líquidas en las válvulas
con la finalidad de estudiar su contenido.
Después de una semana de continuas descargas,
los productos acumulados en la solución acuosa fueron analizados por cromatografía. Aproximadamente
el 15% del carbono presente en la atmósfera reductora
formaba parte de compuestos orgánicos. Lo más relevante era que los aminoácidos, la urea y ácidos grasos
simples producidos, se encuentran comúnmente en los
seres vivos. Esta experiencia nos indica que el resultado no es una coincidencia y que la “evolución química”
pudo haber ocurrido en condiciones no muy diferentes
a las del experimento de Urey y Miller.
El científico Sidney Fox, en la década de los setenta,
logró construir en el laboratorio lo que llamó “proteinoides termales” combinando espontáneamente aminoácidos en un ambiente seco y a 180 ºC, originando
polímeros. Al mezclarlos con solución salina acuosa,
se creaban microesferas proteinoides. Estas poseen
caracteres similares a los sistemas vivientes, como por
ejemplo: capacidad catalítica debido a las enzimas que
contienen, su límite parece tener una doble capa que
muestra propiedades osmóticas y difusión selectiva, no
exceden de 2 micras de diámetro y crecen multiplicándose por gemación como las bacterias.
Aunque todo parezca indicar que estas esferas hayan sido precursoras de los primeros seres vivos o protobiontes, esta hipótesis no explica la transferencia de
información genética y por tanto la evolución hacia
otros seres. Por ello se considera que en aquella fase tan
temprana de la evolución protobiológica debió aparecer una molécula capaz de tener actividad catalítica y
contener un mensaje.
Los científicos del siglo XX consideraron a esta sustancia un polímero primordial. Esto desató la polémica sobre cuál sería su naturaleza, pues mientras algunos
proponían que tenía un origen de proteína (por unión
de pocos aminoácidos), otros aseguraban que debía ser
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¿Es posible simular el origen de la vida en
el laboratorio?
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Fig. 1-8. En algunos meteoritos que impactaron sobre la
Tierra, como en Australia en el año 1969, se reconocieron
diversas moléculas orgánicas, aportando argumentos que
refuerzan esta hipótesis.
Sin embargo, la mayoría de los científicos considera
que todos los seres vivos tienen una bioquímica similar y un código genético que indicaría una evolución
desde la Tierra.
También parece difícil aceptar que un proceso de
aparición de formas de vida sobre la Tierra con influencia desde el exterior no haya podido producirse
en otros planetas.
Fig. 1-9. Estromatolitos en la bahía Shark, Australia. Los
estromatolitos son formaciones debidas a la acción de las
cianobacterias. Se conocen estromatolitos fósiles con una
antigüedad de 3.500 millones de años, que evidencian que
las cianobacterias ya existían en aquella época.
SI
Aunque aún persiste la incógnita sobre el origen del
primer ser vivo en la Tierra, existen algunos registros de
las estructuras más antiguas que manifestaron vida.
Los primeros organismos que se conocen han
aparecido en rocas de Australia y Sudáfrica datadas
en 3.500 millones de años. Por ejemplo, en la Bahía
de Shark, Australia, se observan unas formaciones en
rocas calizas y cretas, algunas actuales y otras muy antiguas, llamadas estromatolitos. Estas formaciones se
originan por la compactación de sedimentos y microorganismos depositados en capas superpuestas. En la
actualidad se forman en aguas poco profundas y cálidas.
Los organismos que aparecieron en estos registros
fósiles tienen cierta similitud con las cianobacterias
filamentosas actuales. Se considera que los primeros
seres vivos unicelulares podrían haber existido en la
Tierra hace unos 4.000 millones de años. La evolución
química y protobiológica se desarrolló en los primeros
600 años de la historia de la Tierra.
13
Los primeros seres vivos
Capítulo 1
un ácido nucleico (como ARN o ADN). Las proteínas
son excelentes catalizadores pero no pueden acumular
información genética. Los ácidos nucleicos almacenan
información pero para duplicarse necesitan de proteínas con actividad catalítica.
La pregunta es: ¿cuál de estos polímeros surgió primero en el planeta?
Esta pregunta se parece a la clásica “¿qué es lo primero: el huevo o la gallina?”
Los primeros datos que ayudaron a entender una
posible respuesta se obtuvieron en 1981, ya que se demostró que las moléculas de ARN pueden actuar como
catalizadores, denominados ribozimas.
Recientemente se observó que entre las reacciones
catalizadas por el ARN figura su duplicación con componentes de su propia estructura. Esta capacidad lo
ubica entre los seres vivos y la materia inanimada.
Otra teoría alternativa a la anterior fue la teoría de
las panspermias, la cual propone que las moléculas
orgánicas fueron sembradas en la Tierra provenientes
de meteoritos. Gran cantidad de los aminoácidos obtenidos por Miller y Urey se han encontrado en los meteoritos, por ejemplo, se han reconocido más de 80 kg
de material carbonatado en el meteorito de Murchison
que cayó en Australia en 1969. Cerca de 1 kg era carbono, que formaba parte de aminoácidos y otros compuestos orgánicos. Estas panspermias podrían explicar
por qué el molibdeno, cuya presencia en la Tierra es tan
escasa, es un mineral esencial para el funcionamiento
de los sistemas enzimáticos. Fue formulada por Svante August Arrhenius y defendida por otros científicos
como Francis Crick (uno de los descubridores de la estructura del ácido nucleico).