Cómo empezó la vida en la Tierra

Cómo empezó la vida en la Tierra.

Resumen

Hay dos requisitos fundamentales para la vida como la conocemos, agua y polímeros orgánicos, como ácidos nucleicos y proteínas. El agua proporciona el medio para las reacciones químicas y los polímeros se encargan de llevar a cabo las funciones biológicas centrales: replicación y catálisis. Durante la fase de acreción de la Tierra, altas temperaturas habrían hecho que la presencia de agua y un extenso depósito de carbono orgánico fuera poco probable. Como la superficie de la Tierra se enfrió, el agua y los compuestos orgánicos, derivados de una variedad de fuentes, habrían comenzado a acumularse. Esto sentó las bases para el proceso de la evolución química para comenzar en que una de las facetas centrales fue la síntesis de polímeros biológicamente importantes, algunos de los cuales tenían una variedad de funciones catalíticas simples. Cada vez más macromoléculas fueron producidas y aparecieron moléculas con la capacidad de catalizar su propia replicación imperfecta. Así comenzó el proceso de multiplicación, herencia y variación, y esto marcó tanto el origen de la vida como el de la evolución. Una vez originadas estas simples entidades autorreplicantes, se desarrollaron primero en el mundo de ARN y finalmente, en el mundo de la proteína ADN, que tenía todos los atributos de la biología moderna. Si los componentes básicos de agua y polímeros orgánicos estaban, o están, presentes en otros cuerpos de nuestro sistema solar y más allá, es razonable suponer que una serie similar de pasos que dieron origen a la vida en la Tierra podría ocurrir en otros lugares.

1. Introducción

Una de las principales cuestiones científicas que enfrenta la humanidad es si existe vida más allá de la Tierra. Si las condiciones y procesos que dieron lugar al origen de la vida en la Tierra son comunes en otros lugares, entonces es razonable esperar que la vida podría ser extendida en el Universo. En general se supone que hay dos requisitos fundamentales para la vida tal como la conocemos: la presencia de agua líquida y polímeros orgánicos, como los ácidos nucleicos y proteínas. Propiedades únicas del agua (solvente excelente, excepcionalmente amplio rango de temperatura, etc.) lo convierten en un medio ideal para las reacciones químicas que tienen lugar. Se necesitan polímeros para llevar a cabo las funciones biológicas centrales de la replicación y la catálisis. Sin estos componentes vitales, por lo que sabemos, la vida es imposible.

El origen y la evolución temprana de la vida en la Tierra se puede dividir en varias etapas: la época prebiótica; la transición a la química biótico primitiva (el mundo pre ARN); la evolución de los principios de química biótica del mundo pre-ARN en moléculas de ARN autorreplicantes (el mundo de ARN); y la evolución del mundo ARN en ADN moderno/bioquímica de proteínas (mundo de la proteína ADN) que era un ancestro común de toda la vida posterior en la Tierra. La aparición de las primeras entidades moleculares capaces de multiplicación, herencia variación, que probablemente ocurrió en la última parte de la época pre-ARN Mundial, marcó el punto de origen de la vida y la evolución.

Son sólo los dos elementos extremos de esta serie, la época prebiótica y el mundo de la proteína ADN, sobre lo que más conocemos. Podemos investigar fácilmente en el laboratorio, usando una variedad de condiciones geoquímicas plausibles, las posibles vías por las que los compuestos de interés biológico podrían haber sido producidos en la Tierra. Los meteoritos pueden ser estudiados para determinar qué pistas contienen alrededor de la química orgánica abiótica natural. Los genes y las proteínas de los organismos modernos pueden ser diseccionados a fin de determinar la información sobre sus posibles orígenes. La primera vez que la prueba directa de la existencia de la vida habría sido conservada en forma de fósiles físicos en rocas antiguas ocurrió en el mundo de la proteína ADN, cuando la clasificación de la maquinaria bioquímica por estructuras de membrana de células comparables a los utilizados en la biología moderna, probablemente se generalizó. Estructuras fosilizadas que se parecen a organismos unicelulares similares a las cianobacterias modernas se han encontrado en rocas formadas hace 3500 millones de años, aunque si estas estructuras son de verdad fósiles o artefactos antiguos se ha convertido en una polémica.  Rocas de más de 3500 millones de años han sido tan ampliamente alteradas por procesos metamórficos que cualquier evidencia molecular o fosilizada de vida anterior al parecer, se ha borrado en gran parte.

Para evaluar cómo la vida pudo haber comenzado en la Tierra, hay que acceder a cómo era la Tierra durante su historia temprana y bajo qué condiciones los procesos de pensamiento involucrados en el origen de la vida tuvieron lugar. Se ha avanzado considerablemente en el conocimiento de la Tierra primitiva, y en cómo se puede haber producido la transición de abiótico a la química biótico. Sin embargo, todavía existen enormes lagunas en nuestra comprensión de cómo los compuestos orgánicos simples asociados con la vida tal como la conocemos reaccionaron para generar las primeras entidades vivientes y cómo estos a su vez se convirtieron en organismos que dejaron evidencia real de su existencia en el registro de las rocas .

1. Teorías del origen de la vida

Dos puntos de vista sobre cómo la transición a partir de compuestos orgánicos abióticos a moléculas auto-replicantes autónomas capaces de evolucionar por selección natural en unas con mayor eficiencia y complejidad,  han tenido lugar y son actualmente dominantes:

1. La teoría de la sopa prebiótica: compuestos orgánicos en los primeros océanos, derivados de una variedad de posibles fuentes, se sometieron a polimerización en la producción de macromoléculas cada vez más complejas, algunas de las cuales por casualidad eran capaces de catalizar su propia auto-replicación. Estas simples entidades auto-replicativas evolucionaron cada vez en entidades más complejas y, finalmente, en los organismos con la bioquímica moderna.
2. La teoría metabolista: Un primitivo tipo de vida metabólica caracterizada por una serie de reacciones autosostenibles a base de compuestos orgánicos monoméricos fabricados directamente a partir constituyentes simples (CO2, CO) surgió en el entorno de los sistemas hidrotermales ricos en minerales. Según esta teoría, en un primer momento, la vida no tenía ninguna necesidad de moléculas informativas. Como el sistema de reacciones autosostenibles evolucionado en complejidad, las moléculas genéticas fueron incorporadas de alguna manera en la  vida basada en el metabolismo, con el fin de convertirse en la bioquímica como la conocemos.

Además de estas dos teorías dominantes, también ha habido numerosas sugerencias de que la vida comenzó en otro lugar y fue transportada a la Tierra, pero esto sólo desplaza el problema del origen de la vida a una ubicación diferente.

De acuerdo con la versión moderna de la teoría de la sopa prebiótica, compuestos orgánicos derivados de las reacciones de síntesis química en la Tierra y de la caída de un rico material orgánico desde el espacio se acumularon en los primeros océanos. Estos compuestos se sometieron a reacciones adicionales en el caldo primigenio, dando lugar a la producción de compuestos con mayor complejidad molecular. Algunas de estas reacciones se llevó a cabo en las interfaces de los depósitos minerales con agua primitiva océano, mientras que otros se produjeron cuando los constituyentes de los primeros oceanos se concentraron mediante diversos mecanismos, tales como la evaporación en las regiones de aguas poco profundas o la formación de salmueras eutécticas producidos durante la congelación de partes de los océanos.

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