Evolución: Aparición de Vida en la Tierra

La Tierra es el único planeta conocido que alberga vida. La vida en la superficie de nuestro planeta es casi ubicua, prácticamente todos los entornos naturales poseen seres vivos que los pueblan.

Diferentes medios naturales poseen diferentes tipos de seres vivos. Lo que hace que la diversidad de formas vitales sea enorme. A día de hoy los seres humanos hemos clasificado cerca de dos millones de especies diferentes. Este número, sin embargo, es solo una pequeña porción de todas las especies diferentes que existen. Hay hábitats apenas explorados (como los fondos marinos) donde posiblemente existan miles de animales desconocidos, o lugares con tal cantidad de biodiversidad que resulta absolutamente imposible clasificar la variedad total de organismos. Las estimaciones varía entre los cinco y los cincuenta millones de especies diferentes.

A estas habría que sumar todas las especies que existieron en el pasado y se han extinguido. De éstas sólo conocemos aquellas que han dejado su huella en el registro fósil (la inmensa minoría).

La teoría de la evolución trata de explicar cómo los seres vivos han logrado tal grado de diversidad, partiendo de un solo origen común, describiendo las fuerzas que mueven el proceso de cambio y de selección de unas especies frente a otras.

Aparición de la Vida en la Tierra

Creacionismo y Generación Espontánea

El creacionismo se basa en la idea de que algún tipo de ser superior o supremo ha puesto sobre la Tierra a los seres vivos que la habitan. Es decir, marca el origen de la vida en un plano sobrenatural.

El creacionismo no es una teoría científica, tanto en cuanto es una explicación de la historia natural absolutamente carente de pruebas o demostraciones científicas. Tiene su base en preceptos religiosos: en general, la mayor parte de las religiones se basan en principios creacionistas en los que un ser supremo es el origen de las formas de vida y en general del universo que nos rodea.

Entendemos como generación espontánea la posibilidad real de aparición de seres vivos a partir de la nada, o sin la necesidad de la presencia de seres vivos progenitores.

Pasteur

La generación espontánea, si bien hoy se encuentra absolutamente refutada en los términos en los que se planteaba, fue una creencia firmemente asentada hasta mitad del siglo XVI. Y no sería científicamente desechada hasta mitad del siglo XIX, con los experimentos de Pasteur.

Las actuales teorías sobre el origen de la vida en la Tierra, sin embargo, parten de la posibilidad de que los organismos vivos puedan aparecer a partir de materia inorgánica, pero de una forma muy particular, restringida y bajo unas condiciones físicas concretas, requiriéndose además un gran espacio de tiempo para que tenga lugar.

Origen común de los Seres Vivos.

Parece claro que todos los seres vivos tienen un origen común. Es decir, la vida se ha originado a partir de un organismo o grupos de organismos primigenios, que han ido evolucionando (como veremos más adelante) para dar lugar a la variedad de organismos actual.

Las principales pruebas del origen común de los seres vivos son las siguientes:

• La estructura general de los seres vivos es siempre la misma, con un ácido nucleico como molécula codificadora de la información, las proteínas como moléculas electoras y los azúcares como fuente de energía.
• El dogma central de la biología: ADN codificando para proteínas y con capacidad de replicación, ARN para extraer la información del ADN y la traducción de ARN a una secuencia de aminoácidos, es común para todos los seres vivos.
• Los procesos metabólicos de este dogma central de la biología son muy similares en todos los organismos.
• Todas las células conocidas están rodeadas de una bicapa lipídica con proteínas.
• El código genético es común a todos los seres conocidos. Todos los seres vivos tiene codificada su información de la misma forma, los cordones de tres bases son iguales en todos los organismos conocidos.
• Las principales moléculas orgánicas pertenecen a la misma familia de isómeros. Ciertas moléculas orgánicas pueden aparecer como isómeros L o D en función de su capacidad para desviar la luz polarizada a la derecha (formas D o destrógiras) o a la izquierda (formas L o lebógiras). Si los azúcares, por ejemplo, tuviesen orígenes variados, deberían aparecer las dos formas, ya que cuando se producen espontáneamente la mitad son L azúcares y la otra mitad D azúcares. En los seres vivos, en cambio, solo aparecen D-azúcares. Y del mismo modo, solo aparecen L-aminoácidos. Lo que nos hace pensar que las Ritas metabólicas para su síntesis y utilización son comunes y muy antiguas.
• Los aminoácidos son los componentes fundamentales de las proteínas. Todas las proteínas de todos los seres vivos están formadas por combinaciones de 20 aminoácidos esenciales, todos ellos L-aminoácidos y comunes a todos los seres vivos.
• Algunas proteínas complejas, pero muy importantes, como las histonas usadas para empaquetar el ADN, son prácticamente idénticas en todos los organismos conocidos.
• El centro o núcleo central de algunas proteínas esenciales, como la ADN polimerasa o las proteínas de los ribosomas son casi idénticas en todos los organismos, desde las arqueobacterias hasta los mamíferos más evolucionado.
• Cuando analizamos el ADN de organismos evolucinados, encontramos genes no funcionales similares o idénticos a las versiones originales de genes ancestrales. Estos genes no funcionales se denominan genes fósiles.

Teorías actuales sobre el Origen de la Vida

Parece claro, por lo tanto, que es imposible que, a partir de materia inorgánica, aparezca un organismo vivo y plenamente desarrollado de forma espontánea. Lo que no resulta inviable es la aparición de moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas si se dan las condiciones oportunas.

Tras la demostración de la imposibilidad de aparición espontánea de la vida, se consideraba totalmente imposible la aparición de sustancias o moléculas orgánicas en la naturaleza sin la previa participación de un ser vivo. Es decir, se suponía que toda molécula orgánica procedía de un ser vivo.

Stanley Miller y Harold Clayton realizaron, en 1953, una serie de experimentos en los que trataban de recrear en un matraz de laboratorio las condiciones de la Tierra primigenia, previas a la aparición de la vida. Mezclaron agua y sales minerales, simulando las condiciones del mar, añadieron nitratos y lo envolvieron de una atmósfera rica en amoniaco, metano e hidrógeno. Se procedió a calentar la muestra y someter los gases a descargas eléctricas. Con este proceso se logró que en el caldo primordial apareciesen ciertas sustancias orgánicas esenciales para la aparición de vida: aminoácidos variados, precursores de ácidos nucleicos y pequeños azúcares. 

Posteriormente se han ido encontrando distintas sustancias orgánicas en lugares carentes de vida, como lunas de distintos planetas o en la superficie de cometas.

Parece claro, por lo tanto, que diversas moléculas orgánicas sencillas puede aparecer en la naturaleza sin la mediación de seres vivos. Pero un ser vivo es algo mucho más complejo que un grupo de sustancias orgánicas. Y se han desarrollado diferentes teorías para tratar de explicar cómo, a partir de una serie de moléculas orgánicas, podemos llegar a obtener un ser vivo o al menos un sistema capaz de llevar a cabo las tres funciones vitales: nutrición (captar sustancias del medio externo e incorporarlas al medio interno para obtener energía o usarlas como materias primas), relación (captar estímulos del medio externo y responder a ellos) y reproducción (dar lugar a otros organismos iguales o semejantes). 

A la hora de explicar la aparición de la vida, existen dos corrientes fundamentales.

La primera es la hipótesis genética (primero los genes), enunciada por el equipo de Manfred Eigen en la década de los setenta del siglo pasado. En ella se postula la hipótesis de que los primeros organismos parten de moléculas simples con capacidad de almacenar información y transmitirla. La principal molécula que cumple estos requisitos es el ARN.

Esta teoría se sustenta en algunos aspectos sobre la naturaleza de estas moléculas. Por un lado, los ácidos nucleicos tienen capacidad de autoreplicacion. Aunque en los seres vivos esta propiedad depende de enzimas que facilitan el proceso, el proceso puede tener lugar de forma espontánea. Por otro lado, se conocen moléculas de ARN con capacidad catalítica, es decir, ARN que funcionan como enzimas. Por lo tanto, podrían estar detrás del control de las primeras reacciones metabólicas.

El principal punto flaco de esta teoría es que resulta difícil explicar la aparición espontánea  del ARN (que es una molécula compleja), ni cómo el éste pudo acabar dejando paso a las proteínas como molécula efectora.

La segunda teoría se conoce como teoría metabólica (primero el metabolismo) o del hierro-sulfuro, enunciada por Gunter Wächtershäuser en 1980. En ella se postula que los primeros organismos  aparecerían como consecuencia de la acción de procesos metabólicos primitivos, relacionados con sulfuros metálicos encerrados en pequeños huecos cavernosos de rocas oceánicas. Se requiere que estos huecos cavernosos se encuentren en las cercanías De Fuentes de energía y calor, como las chimeneas volcánicas submarinas. Estas reacciones irían generando moléculas y las cada vez más complejas.

Esta teoría es más progresiva que la hipótesis genética, no requiere la aparición aparentemente brusca de una molécula químicamente tan compleja como el ARN. El principal problema de esta teoría es el tiempo: existe constancia de vida fósil desde hace más de 3000 millones de años, llegando a los 3850 millones de años según algunos cálculos recientes, por lo que los primeros organismos debieron aparecer en relativamente poco tiempo, solo entre 700 y 1000 millones de años después de la formación del planeta.

Los modelos matemáticos actuales estiman que, una vez organizado el sistema de replicación y tras la aparición de los ácidos nucleicos como moléculas portadoras de la información, la evolución de organismos y aparición de heterótrofos requiere solo decenas de millones de años. Resulta difícil de explicar, en cambio, la aparición de los primeras sistemas de moléculas orgánicas organizadas.

Existen otras teorías que tratan de explicar el rápido desarrollo de los primeros sistemas orgánicos, como las que proponen que la vida comienza en zonas con alta concentración de elementos radiactivos (modelo de la playa radiactiva) o la panspermia, que propone que los primeros organismos no son originarios de la tierra, sino que proceden del espacio exterior, viajando esporas de diferentes organismos dentro de cometas (que las liberarían al chocar con la Tierra). La teoría de la panspermia carece de ninguna prueba científica, situándose más cerca de las creencias que de la auténtica ciencia.