El Origen De La Vida Terrestre Moderna

El origen de la vida terrestre moderna

Patrick Forterre1 and Simonetta Gribaldo2

1Institut Pasteur, 25 rue du Docteur Roux, 75015 Paris et Université Paris-Sud, CNRS, UMR 8621, 91405, Crsay-Cedex, France

2Institut Pasteur, 25 rue du Docteur Roux, 75015 Paris, France.

Received 22 June 2007; accepted 22 June 2007; published online 25 July 2007; corrected 11 March 2008)

Vol. 1, No. 3, September 2007, 156–168 http://hfspj.aip.org.

Abreviaturas/Glosario:

ADN: ácido desoxirribonucleico.

ARN: ácido ribonucleico.

Estromatolitos: estructuras organo-sedimentarias laminadas (típicamente de CaCO3) que crecen adheridas al sustrato y emergen verticalmente del mismo, produciendo estructuras de gran variedad morfológica, volumétrica y biogeográfica. Su inicial formación y desarrollo a lo largo del tiempo, se debe a la actividad de poblaciones microbianas (típicamente dominadas por cianobacterias), que pasivamente facilitan la precipitación de carbonatos.

Ga: Giga-año, es una unidad de tiempo equivalente a mil millones de años: 1 Giga-año (Ga) = 109 años = 1 000 000 000 años.

Ma: Mega-año, equivale a un millón de años: 1 Mega-año (Ma) = 106 años = 1 000 000 años.

Montmorillonita: es un mineral del grupo de los silicatos, subgrupo filosilicatos y dentro de ellos pertenece a las llamadas arcillas.

(Traducción libre para uso interno: César Amanzo).

El estudio del origen de la vida cubre muchas áreas de especialización y requiere la aportación de diversas comunidades científicas. En los últimos años, este campo de investigación a menudo ha sido visto como parte de un programa más amplio con el nombre de "exobiología" o "astrobiología." En esta revisión, se ha reducido un poco este programa, centrado en el origen de la vida terrestre moderna. El adjetivo "moderno" aquí significa que no especula sobre las diferentes formas de vida que pudieron haber aparecido en nuestro planeta, sino que se centran en las formas existentes (células y virus). Tratamos de presentar brevemente el estado del arte sobre las hipótesis alternativas discutiendo no sólo el origen de la vida en sí, sino también cómo la vida evolucionó para producir la biosfera moderna a través de una sucesión de pasos que nos gustaría caracterizar en la medida de lo posible. [DOI: 10.2976/1.2759103]

Tradicionalmente, dos enfoques se han empleado para entender cómo la vida terrestre se originó (Fig. 1). El enfoque de abajo hacia arriba, ejemplificado por el experimento de Miller, trata de reconstruir las condiciones de la Tierra primitiva, para imaginar cómo los principales componentes de los seres vivos llegaron a existir. Este es el reino de la astrofísica, geofísica y químicos. El enfoque de arriba hacia abajo se ve favorecida por los biólogos, que tratan de encontrar en los organismos modernos las reliquias de sus antepasados para reconstruir antiguas vías metabólicas y procesos moleculares. Ninguno de estos dos enfoques puede ser exitoso solo, y el objetivo final de cualquier programa de "origen de la vida" debe ser reunir todas estas líneas de investigación para construir un escenario coherente que va desde la química inorgánica a la evolución darwiniana. En ese sentido, la búsqueda de nuestro origen es intrínsecamente interdisciplinaria y debe reunir a diversas expertises para hacer frente a los mismos problemas. A pesar de la dificultad del tema, grandes avances se han hecho en la última década en la comprensión del origen de la vida moderna. Una cuestión importante que queda por resolver es el origen del ARN, ya que es donde los enfoques de abajo hacia arriba y de arriba hacia abajo se encuentran. Sabemos definitivamente, de la resolución de la estructura del ribosoma, que las proteínas modernas fueron "inventadas" por la RNA. (Steitz and Moore, 2003). Esto significa que, en otro tiempo, el ARN fue el dueño de la vida, que abarca tanto las propiedades genéticas y catalíticas actuales realizadas por de ADN y las proteínas, respectivamente. Sin embargo, la formación de un ribonucleótido de buena fe hasta ahora nunca ha sido alcanzada con éxito en el laboratorio, y la formación de oligonucleótidos a partir de monómeros es extremadamente difícil de lograr. En esta revisión, teniendo en cuenta que el origen del ARN es la cuestión central, revisaremos brevemente el estado de la técnica y las recientes controversias en el campo, y vamos a tratar de identificar las áreas más prometedoras de la investigación para la próxima década.

LA CONSTRUCCIÓN DE UN PLANETA HABITABLE

La formación de la tierra

Mecanismos plausibles para la formación del sistema solar han sido formulados, sobre todo explicando el mecanismo de acumulación que podría haber dado lugar a la formación de un planeta semejante al terrestre (Montmerle et al., 2006). La formación de la Tierra está fechada con bastante precisión en Hace 4.56 Ga, basado en la datación de un tipo particular de meteoritos llamados "condritos ordinarios." El mecanismo de acumulación era probablemente rápido (alrededor de 100 Ma), que conduce en un primer momento a un planeta muy caliente con un oceáno magma océano. La formación de los océanos y continentes se produjo probablemente más rápido de lo que se pensaba (entre 4,5 y 4,4 Ga) (Hawkesworth y Kemp, 2006). Esto se infiere a partir del estudio de la roca más antigua, un antiguo circón de 4.4 Ga de Australia, que da pruebas de una interacción entre el agua y la roca a temperaturas inferiores a 100 ° C (Wilde et al., 2001).

Figura 1. Esquema de los enfoques de abajo hacia arriba y de arriba hacia abajo. Se destacan los eventos más importantes tratados en el texto.

Una atmósfera también se habría formado muy tempranamente a partir de elementos volátiles (tales como el nitrógeno) aportados por material extraterrestre en la superficie de la Tierra. La Astrofísica nos ha enseñado que la vida no es ajena al universo, desde esta fábrica fundamental -química orgánica-es un componente ubicuo del espacio interestelar. Las moléculas complejas orgánicas, así como silicatos, hidrocarburos, y diversas formas de hielo se han encontrado en nubes extrasolares (Bernstein, 2006). Por lo tanto, a medida que la temperatura disminuyó, los compuestos orgánicos, ya sea producidos en la Tierra o procedentes de meteoritos o micrometeoritos (polvo cósmico), pudieron haberse comenzado a acumular en la superficie. Para algunos autores, las condiciones para el surgimiento de la vida (agua líquida, la corteza continental, atmósfera) ya existían hace 4.4 a 4.3 Ga. Sin embargo, la habitabilidad de la Tierra primitiva se vio seriamente comprometida por múltiples impactos gigantes. En particular, hacia 3,9 Ga la Tierra fue objeto de un impresionante episodio de bombardeo, llamado el Bombardeo Pesado Tardío (LHB) (Cohen et al., 2000).

El Bombardeo Pesado Tardío (LHB)

Los cráteres observados en la superficie de la Luna y otros planetas cuya superficie no fue remodelada por la erosión, la sedimentación y la tectónica de placas (Marte, Venus) testifican que el diámetro de los meteoritos gigantes (más de 100 km y hasta 5000 km) que golpearon la superficie de la Tierra durante el LHB [para una revisión reciente, véase (Claeys y Morbidelli, 2006)]. Este dramático acontecimiento pudo haber sido provocado por la migración de los planetas gigantes que tuvieron lugar después de la disipación de la nebulosa gaseosa circunsolar (Gomes et al., 2005). El LBH puede haber durado de 20 a 200 millones de años, con una frecuencia de impacto que es muy debatido (de una cada 10.000 años a uno cada 20 años). Los modelos predicen que de tales impactos habría casi completamente resurgido nuestro planeta, llevando a la evaporación de los océanos, la fusión de la corteza hasta por lo menos 1.000 ms, y la pérdida de la atmósfera. Puede ser significativo que la corteza continental terrestre más antigua (Isua, Groenlandia) data exactamente con el final del LHB, a 3.8 Ga. En nuestra opinión, es poco probable que cualquier forma de vida, si ya existía, habría sobrevivido al devastador impacto del LHB. Si esta visión es correcta, implica que el camino a la vida moderna tendría que (re)comenzar después de 3.9 a 3.8 Ga. La presencia de rocas sedimentarias testifica que los océanos ya se habían reformado por ese tiempo. Sin embargo, los supuestos rastros de isótopos de vida que se encuentran en estas rocas son artefactos (véase más adelante), en consonancia con la idea de que la vida moderna pudo haberse originado después del LHB.

La atmósfera primitiva y los océanos

Se ha aceptado desde hace mucho tiempo que la atmósfera de principios del Arcaico era anóxico y probablemente débilmente reductora, y dominado por especies oxidantes tales como el CO2, N2, CO y H2O, con pequeñas cantidades de H2, que se habría escapado rápidamente al espacio exterior (Kasting, 1993). La reducción de los gases suministrados por desgasificación volcánica, como CH4 y NH3, habría sido destruida por radiación UV (fotodisociación), y pueden haber subsistido sólo a nivel local alrededor de los respiraderos hidrotermales.

Sin embargo, un modelo teórico reciente ha estimado que las tasas de escape de hidrógeno fueron más bajos que los estimados anteriormente en la atmósfera archaean temprana, lo que sugiere que el hidrógeno puede haber sido abundante (Tian et al., 2005). Esta sería una buena noticia para los modelos en los cuales la vida se originó en la superficie de

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