Curso de la evolución y el proceso del origen de la vida

A fin de poder llevar adelante el curso de la evolución y el proceso del origen de la vida, es preciso conocer, aunque sea a grandes rasgos, los principios básicos de la organización del protoplasma, ese sustrato material que forma la base de los seres vivos.

A fines del siglo pasado y principios del actual, algunos científicos pensaban que los organismos no eran más que unas “máquinas vivientes” de tipo especial, con una formación estructural sumamente compleja. Según ellos, el protoplasma poseía una estructura semejante a la de una máquina y estaba construido con arreglo a un determinado plan y formado por “vigas” y “tirantes”, rígidos e inmutables, entrelazados unos con otros. Esta estructura, este riguroso orden en la disposición recíproca de las distintas partes del protoplasma, era justamente lo que, según el punto de vista en cuestión, constituía la causa específica de la vida, así como la causa del trabajo específico de una máquina depende de su estructura, según la forma en que están dispuestas las ruedas, los ejes, los pistones y las demás partes del mecanismo. De aquí la conclusión de que si consiguiéramos estudiar detalladamente y captar esta estructura, tendríamos aclarado el enigma de la vida.

Pero el estudio concreto del protoplasma ha negado ese principio mecanicista. Se verificó que en el protoplasma no existe ninguna estructura que se parezca a una máquina, ni siquiera a las de máxima precisión.

Se sabe que la masa fundamental del protoplasma es líquida; es un coacervado complejo, formado por numerosas sustancias orgánicas de enorme peso molecular, entre las que figuran, en primer término, las proteínas y los lipoides. De ahí que en esa sustancia coacervática fundamental, floten libremente partículas filamentosas coloidales, tal vez gigantescas moléculas proteínicas sueltas, y más probablemente, verdaderos enjambres de esas moléculas. Las partículas son tan minúsculas que no se alcanzan a distinguir ni siquiera con ayuda de los microscopios modernos más perfectos. Pero a la vez, en el protoplasma existen también elementos visibles. De suerte que al unirse formando grandes montones, las moléculas proteínicas y de otras sustancias pueden destacarse en la masa protoplasmática en forma de gotas pequeñas, pero ya visibles al microscopio, o formando algo así como coágulos, con una estructura determinada a los que se denomina elementos morfológicos: el núcleo, las plastídulas, las mitocondrias, etc.

Dichos elementos protoplasmáticos, visibles al microscopio, son, en esencia, la expresión externa, una manifestación aparente de determinadas relaciones de solubilidad muy complejas, de las sustancias del protoplasma. Como veremos, esta estructura tan lábil del protoplasma cumple, sin lugar a dudas, un gran papel en el curso del proceso vital, pero éste no puede compararse con el que desempeña la estructura de una máquina en su trabajo específico. Y esto se justifica plenamente, por ser la máquina y el protoplasma, en principio, dos sistemas totalmente opuestos.

En efecto, lo que distingue la labor de una máquina es el desplazamiento mecánico de sus partes en el espacio. Por eso, el elemento primordial de la organización de una máquina es, justamente, la disposición de sus piezas. El proceso vital posee un carácter completamente diferente. Su manifestación esencial es el recambio de sustancias, o sea, la interacción química de las diversas partes que forman el protoplasma. Por eso, el elemento más importante de la organización del protoplasma no es la distribución de sus partes en el espacio (como sucede en la máquina), sino determinado orden de los procesos químicos en el tiempo, su combinación armónica tendiente a conservar el sistema vital en su conjunto.

El equívoco de los mecanicistas reside sobre todo en ignorar esa diferencia. Por afán de dar a los seres vivos la misma forma de movimiento de la materia que poseen las máquinas, quieren establecer una igualdad entre la organización del protoplasma y su estructura, o sea, reducen esa organización a una simple distribución en el espacio de sus diversas partes.

Está bien claro que se trata, lógicamente, de una interpretación unilateral, ya que toda organización no solamente hemos de concebirla en el espacio, sino también en el tiempo. Cuando decimos, por ejemplo, que en una asamblea hay “organización”, no es sólo porque los que allí asisten se han distribuido en la sala en una determinada forma, sino además porque la asamblea se rige por un reglamento y porque las intervenciones de los oradores se harán en un orden previamente establecido.

De acuerdo con el carácter del sistema de que se trate, se destacará en primer lugar su organización, tanto en el espacio como en el tiempo. Porque lo que decide en una máquina es la organización espacial; pero también conocemos numerosos sistemas en los que sobresale en primer término la organización en el tiempo. En calidad de ejemplo de esos sistemas puede servirnos cualquier obra musical, una sinfonía, pongamos por caso. Porque lo que determina cualquier sinfonía es la combinación, en un orden estricto en el tiempo, de decenas o centenares de los miles de notas que la componen. Es suficiente salirse de la combinación armónica requerida, de este orden de sonidos, para que desaparezca la sinfonía como tal y quede una desarmonía convertida en un caos.

Para la formación del protoplasma es de suma importancia la existencia de determinada y sutil estructura interna. Mas, aparte de esto, lo decisivo en este caso es la organización en el tiempo, es decir, cierta armonía de los procesos que se operan en el protoplasma. Todo organismo, animal, planta o microbio, vive sólo mientras estén pasando por él, en torrente continuo, nuevas partículas de sustancias, impregnadas de energía. Desde el medio ambiente pasan al organismo diferentes cuerpos químicos; y una vez dentro, son sometidos a esenciales cambios y transformaciones, a raíz de los cuales se convierten en sustancia del propio organismo y se tornan iguales a los cuerpos químicos que anteriormente integraban al ser vivo. Este proceso es el que se denomina asimilación. Pero paralelo a la asimilación se da el proceso contrario, la desasimilación. Es decir, que las sustancias del organismo vivo no quedan inmutables, sino que se desintegran con mayor o menor rapidez, y son remplazadas por los cuerpos asimilados. Así, los productos de la desintegración son expulsados al ambiente.

En efecto, la sustancia del organismo vivo jamás permanece inmóvil, sino que se desintegra y vuelve a formarse continuamente en virtud delas numerosas reacciones de desintegración y síntesis, que se desarrollan en estrecho entrelazamiento. Heráclito, dialéctico de la antigua Grecia, ya comentaba: nuestros cuerpos fluyen como un arroyo, y de la misma manera que el agua de éste, la materia se renueva en ellos. Claro está que la corriente o el chorro de agua pueden mantener su forma, su aspecto exterior durante cierto tiempo, pero esta forma no es otra cosa que la manifestación externa de ese proceso continuo que es el movimiento de las partículas del agua. Incluso la existencia de este sistema que acabamos de describir depende de que por el chorro de agua pasen constantemente, con determinada velocidad, nuevas moléculas de materia. Pero si hacemos que se interrumpa el proceso, el chorro desaparece como tal. Y esto mismo sucede en todos los sistemas llamados dinámicos basados en determinado proceso.

Es incuestionable que todo ser vivo es también un sistema dinámico. Exactamente lo mismo que en el chorro de agua, su forma y su estructura no son otra cosa que la expresión externa y aparente de un equilibrio, extraordinariamente lábil, formado entre procesos que en sucesión permanente se producen en ese ser vivo a lo largo de toda su vida. No obstante, el carácter de estos procesos es completamente distinto a lo que sucede en los sistemas dinámicos de la naturaleza inorgánica.

Las moléculas de agua arribaron al chorro, ya como tales moléculas de agua, y pasan a través de él sin que se produzca alteración. Porque, el organismo, que toma del medio sustancias ajenas a él y de naturaleza “extraña” a la suya, mediante complejos procesos químicos, las convierte en sustancias de su propio cuerpo, iguales a los materiales que forman su cuerpo.

Justamente, esto es lo que crea las condiciones que permiten mantener constante la composición y estructura del organismo a pesar de la existencia de un proceso ininterrumpido de desintegración, de desasimilación.

Así pues, desde el punto de vista solamente químico, el recambio de sustancias o metabolismo es un conjunto de innumerables reacciones más o menos sencillas, de oxidación, reducción, hidrólisis, condensación, etc. Lo que difiere en forma específica al protoplasma, es que en él estas diversas reacciones están organizadas en el tiempo de cierto modo, combinándose así para formar un sistema único e integral. Está claro que estas reacciones no brotan al azar, caóticamente, sino que se producen en sucesión rigurosa, en determinado orden armónico.

Este orden constituye la base de todos los fenómenos vitales conocidos. Por ejemplo, en la fermentación alcohólica, el azúcar que proviene del líquido fermentable, penetra en la célula de la levadura y sufre una serie de transformaciones químicas, cuyo esquema podemos ver en la página 86. Es decir, que primero se le incorpora el ácido fosfórico y luego se divide en dos partes. Mientras una experimenta un proceso de reducción, la otra se oxida y se convierte, finalmente, en ácido pirúvico, que después se descompone en anhídrido carbónico y acetaldehído. Éste se reduce, transformándose en alcohol etílico. Así vemos, pues, que al final el azúcar se convierte en alcohol y anhídrido carbónico.

Así vemos que lo que determina en la célula de la levadura la producción de estas sustancias es que en ella se observa con extraordinario rigor la sucesión ordenada de todas las reacciones indicadas en el esquema. De tal forma que si sustituyésemos en esta cadena de transformaciones aunque sólo fuese un eslabón o si alterásemos en lo más mínimo el orden de sucesión de las transformaciones indicadas, ya no obtendríamos alcohol etílico, sino otra sustancia completamente distinta. En efecto, en las bacterias de la fermentación láctica el azúcar experimenta al comienzo las mismas modificaciones que en la levadura. Pero una vez que se forma el ácido pirúvico, éste ya no se descompone, sino que, por el contrario, se reduce inmediatamente. He aquí la razón por la que en las bacterias de la fermentación láctica el azúcar no se convierte en alcohol etílico, sino en ácido láctico (esquema de la página ¿?¿?¿).

El estudio detallado de la síntesis de diferentes sustancias en el protoplasma demuestra que estas sustancias no surgen de golpe, provenientes de un acto químico especial, sino que son el resultado de una larga cadena de transformaciones químicas.

Para que se constituya un cuerpo químico complejo, propio de un determinado ser vivo, es necesario que muchas decenas, centenares e incluso miles de reacciones se produzcan en un orden “regular”, rigurosamente previsto, base de la existencia del protoplasma.

Porque cuanto más compleja es la sustancia, mayor es el número de reacciones que intervienen en su formación dentro del protoplasma y con tanto mayor rigor y exactitud deben conjugarse estas reacciones entre sí. En efecto, según se ha demostrado en investigaciones recientemente realizadas, en la síntesis de las proteínas a partir de los aminoácidos toman parte muchas reacciones, que se producen en ordenada sucesión. Únicamente, y debido a la rigurosa armonía, a la ordenada sucesión de estas reacciones, en el protoplasma vivo se produce ese ritmo estructural, esa regularidad en la sucesión de los aminoácidos, que observamos en las proteínas actuales.

Por consiguiente, las moléculas proteínicas, así originadas y poseedoras de determinada estructura se agrupan entre sí, impulsadas por ciertas leyes, para formar enjambres moleculares más o menos importantes o verdaderos agregados moleculares que acaban por separarse de la masa protoplasmática y se destacan como elementos morfológicos, visibles al microscopio, como formas protoplasmáticas dotadas de gran movilidad. Por tanto, la composición química propia del protoplasma, como su estructura, son, hasta cierto punto, la manifestación del orden en que se producen los procesos químicos que permanentemente se están efectuando en la materia viva.

Pues bien, ¿de qué depende ese orden, propio de la organización del protoplasma? ¿Cuáles son sus causas inmediatas? Un estudio detallado de este problema nos demostrará que el orden indicado no es algo externo, independiente de la materia viva, como creían los idealistas; al contrario, actualmente sabemos muy bien que la velocidad, la dirección y la concatenación de las distintas reacciones, todo eso que forma el orden que estamos viendo, depende absolutamente de las relaciones físicas y químicas establecidas en el protoplasma vivo.

El fundamento de todo ello lo constituyen las propiedades químicas de las sustancias que integran el protoplasma, ante todo, y de las sustancias orgánicas que hemos descrito y examinado en los capítulos anteriores. Dichas sustancias están provistas de gigantescas posibilidades químicas y pueden dar las reacciones más variadas. Pero estas posibilidades son aprovechadas por ellas con increíble “pereza”, con mucha lentitud, en ocasiones con una velocidad insignificante. Muchas veces, para que se produzca alguna de las reacciones que se dan entre las sustancias orgánicas, se necesitan muchos meses y, a veces, hasta años. Por esa razón, los químicos usan a menudo en su trabajo diferentes sustancias de acción enérgica, ácidos y álcalis fuertes, etc., con el fin de fustigar, como si dijéramos, de acelerar el proceso de las reacciones químicas entre las sustancias orgánicas.

Para lograr ese aceleramiento de las reacciones químicas, cada vez se recurre más seguido al uso de los llamados catalizadores. Pues desde hace mucho se había notado que bastaba añadir a la mezcla donde se estaba efectuando una reacción, una dosis insignificante de algún catalizador para que se produjera un enorme aceleramiento de la misma. Por otra parte, lo que distingue a los catalizadores es que no se destruyen en el curso de la reacción, y una vez concluida ésta, vemos que queda una cantidad de catalizador exactamente igual a la que fue añadida al principio. De tal manera que bastan a veces cantidades muy pequeñas de catalizador para provocar la rápida transformación de masas muy considerables de distintas sustancias. Esta propiedad es muy utilizada hoy día en la industria química, donde se ocupan como catalizadores diferentes metales, sus óxidos, sus sales y otros cuerpos inorgánicos y orgánicos.

Las reacciones químicas que se presentan en los animales y en los vegetales entre las diferentes sustancias orgánicas se efectúan con increíble velocidad. De no ser así, la vida no podría transcurrir tan vertiginosamente como en realidad transcurre. Como ya es sabido, la gran velocidad de las reacciones químicas que se producen en el protoplasma se debe a que en él siempre se encuentran presentes unos catalizadores biológicos especiales llamados fermentos.

Los fermentos fueron descubiertos hace tiempo, y ya desde mucho antes los hombres de ciencia habían reparado en ellos. Pues resultó que los fermentos podían sacarse del protoplasma vivo y separarse en forma de solución acuosa o incluso como polvo seco fácilmente soluble. Hace poco se obtuvieron fermentos en forma cristalina y fue resuelta su composición química. Todos ellos resultaron ser proteínas, combinadas a veces con otras sustancias de naturaleza no proteínica. Mas por el carácter de su acción, los fermentos son muy parecidos a los catalizadores inorgánicos. No obstante, se distinguen de ellos por la extraordinaria intensidad de sus efectos.

En este aspecto, los fermentos sobrepasan en centenares de miles e incluso en millones de veces a los catalizadores inorgánicos de acción. Por tanto, en los fermentos de naturaleza proteínica se produce un mecanismo extraordinariamente perfecto y muy racional para acelerar las reacciones químicas entre las sustancias orgánicas.

Además, los fermentos se distinguen por la excepcional especificidad de su acción.

Naturalmente, la causa de esto radica en las particularidades del efecto catalítico de las proteínas; pues la sustancia orgánica (el sustrato) que se altera durante el proceso metabólico, forma primero que nada, una unión complicada de muy corta duración con la correspondiente proteína-fermento. Esta unión compleja es inestable, pues con mucha rapidez sufre diferentes transformaciones: el sustrato experimenta los cambios correspondientes y el fermento se regenera, pudiendo volver a unirse a otras porciones del sustrato.

Por consiguiente, para que cualquier sustancia del protoplasma vivo pueda tener participación realmente en el metabolismo, debe combinarse con una proteína y constituir con ella una unión compleja. De lo contrario, sus posibilidades químicas se realizarán con tanta lentitud que les quitará toda importancia para el impetuoso proceso de la vida. Es por eso que la forma en que se modifica cualquier sustancia orgánica en el curso del metabolismo, no depende únicamente de la estructura molecular de esa sustancia y de las posibilidades químicas que ella encierra, sino también de la acción fermentativa específica de las proteínas protoplasmáticas encargadas de conducir esa sustancia al proceso metabólico general.

Los fermentos no son sólo un poderoso acelerador de los procesos químicos que sufre la materia viva; son al mismo tiempo un mecanismo químico interno, gracias al cual esos procesos son llevados por un cauce bien concreto. La gran especificidad de las proteínas-fermentos logra que cada una de ellas forme uniones complejas solamente con sustancias bien determinadas y catalice tan sólo ciertas reacciones. Por esta razón, al producirse éste o el otro proceso vital, y con mayor razón todavía, al verificarse todo el proceso metabólico, entran en acción centenares, miles de proteínas-fermento diferentes. Cada una de estas proteínas puede catalizar con carácter específico una sola reacción, y sólo el conjunto de las acciones de todas ellas, combinadas de un modo muy preciso, permitirá ese orden regular de los fenómenos que constituye la base del metabolismo.

Usando en nuestros laboratorios los diversos fermentos específicos obtenidos del organismo vivo, podemos reproducir aisladamente las distintas reacciones químicas, los diferentes eslabones del proceso metabólico. Esto nos ayuda a desenredar el enmarañado ovillo de las transformaciones químicas que se producen durante el metabolismo, en el cual se mezclan miles de reacciones individuales. Mediante este procedimiento podemos descomponer el proceso metabólico en sus distintas etapas químicas, podemos analizar, no sólo las sustancias que forman la materia viva, sino además los procesos que se realizan en ella. De este modo, A. Baj, V. Palladin y, luego, otros investigadores consiguieron demostrar que la respiración, típico proceso vital, se basa en una serie de reacciones de oxidación, reducción, etc., que se van produciendo con todo rigor en determinado orden y cada una de las cuales es catalizada por su fermento específico. Lo mismo fue demostrado por S. Kóstichev, A. Liébedev y otros autores en lo que se refiere a la química de la fermentación.

Actualmente, ya hemos pasado del análisis de los procesos vitales a su reproducción, a su síntesis. Así, combinando en forma muy precisa en una solución acuosa de azúcar una veintena de fermentos diferentes, obtenidos de seres vivos, podemos reproducir los fenómenos de la fermentación alcohólica. En este líquido, donde se encuentran disueltas numerosas proteínas distintas, las transformaciones del azúcar se verifican en el mismo orden regular que siguen en la levadura viva, aunque en este caso no existe, por supuesto, ninguna estructura celular.

En el presente ejemplo el orden de las reacciones viene determinado por la composición cualitativa de la mezcla de fermentos. Pero en el organismo también existe una regulación rigurosamente cualitativa de la acción catalítica de las proteínas. Regulación que se fundamenta en la extraordinaria sensibilidad de los fermentos a las influencias de distinta naturaleza. La verdad es que no hay factor físico o químico, ni sustancia orgánica o sal inorgánica que, en una u otra forma, influya sobre el curso de las reacciones fermentativas. Cualquier aumento o baja de la temperatura, toda modificación de la acidez del medio, del potencial oxidativo, de la composición salina o de la presión osmótica, cambiará la correlación entre las velocidades de las diferentes reacciones fermentativas alterando así su concatenación en el tiempo. Aquí se sustentan las premisas de esa unidad entre el organismo y el medio, tan característica de la vida, a la cual I. Michurin proporcionó en sus trabajos una amplia base científica.

Esa especial organización de la sustancia viva tiene, en las células de los organismos actuales, una gran influencia sobre el orden y la dirección de las reacciones fermentativas que forman la base del proceso metabólico. Al agruparse entre sí las proteínas pueden separarse de la solución general y lograr distintas estructuras protoplasmáticas dotadas de gran movilidad. No cabe duda de que sobre la superficie de estas estructuras se concentran muchos fermentos.

Las investigaciones realizadas por el Instituto de Bioquímica de la Academia de Ciencias de la URSS han puesto de relieve que esta unión entre los fermentos y las estructuras protoplasmáticas no sólo influye en forma sustancial sobre la velocidad, sino también sobre la dirección de las reacciones fermentativas. Lo cual estrecha más aún, la relación entre el metabolismo y las condiciones del medio ambiente. Muchas veces sucede que cualquier factor, que por sí solo no ejerce ninguna influencia sobre el trabajo de los diversos fermentos, altera totalmente el equilibrio entre la desintegración y la síntesis al modificar la capacidad ligadora de las estructuras proteínicas del protoplasma, sumamente sensibles a estas influencias.

De este modo, ese orden, tan propio de la organización del protoplasma, se basa en las propiedades químicas de las sustancias que forman la materia viva.

La inmensa variedad de sustancias existentes y su inmensa capacidad de dar origen a reacciones químicas, contienen la posibilidad de infinitos cambios y transformaciones químicas. Sin embargo, en el protoplasma vivo estas transformaciones están regidas por una serie de factores externos e internos: la presencia de todo un juego de fermentos; su relación cualitativa; la acidez del medio; el potencial de óxido-reducción; las propiedades coloidales del protoplasma y su estructura, etc. Cada sustancia que aparece en el protoplasma, cada estructura que se separa de la masa protoplasmática general, todo eso altera la rapidez y la dirección de las diversas reacciones químicas y, por tanto, influye sobre todo el orden de los fenómenos vitales en su conjunto.

Nos encontramos entonces, frente a un círculo de fenómenos que se entrelazan unos con otros y que están estrechamente relacionados entre sí. El orden regular de las reacciones químicas, propio del protoplasma vivo, da origen a la formación de determinadas sustancias, de ciertas condiciones físicas y químicas y de diferentes estructuras morfológicas. Pero todos estos fenómenos –la composición del protoplasma, sus propiedades y estructura-, una vez presentes, empiezan a su vez a actuar como factores determinantes de la velocidad, de la dirección y de la concatenación de las reacciones que se verifican en el protoplasma y, por tanto, también del orden regular que originó esa composición y esa estructura del protoplasma.

Pues bien, el orden mencionado sigue una determinada dirección, tiende a un determinado fin, y esta circunstancia, propia de la vida, es de gran importancia, porque manifiesta una diferencia de principio entre los organismos vivos y todos los sistemas del mundo inorgánico. Los centenares de miles de reacciones químicas que se efectúan en el protoplasma vivo, no solamente están rigurosamente coordinados, en el tiempo, ni sólo se combinan armónicamente en un orden único, sino que todo este orden tiende a un mismo fin: a la autorrenovación, a la autoconservación de todo sistema vivo en su conjunto, en consonancia con las condiciones del medio ambiente.

Precisamente por eso el protoplasma es un sistema dinámico estable y, pese al constante proceso de desintegración (desasimilación) que en él se efectúa, conserva de generación en generación la organización que le es propia. Por eso todos los eslabones de esta organización pueden ser estudiados y comprendidos por nosotros con la ayuda de las leyes físicas y químicas. De esta manera, podemos saber por qué se originan en el protoplasma esta o aquella sustancia o estructura y en qué forma esta sustancia o esta estructura influyen sobre la velocidad y la sucesión de las reacciones químicas, o sobre la correlación entre la síntesis y la desintegración, o sobre el crecimiento y la morfogénesis de los organismos, etc.

Mas el conocimiento de las leyes citadas y el estudio del protoplasma en su aspecto actual no nos permitirán jamás, por sí solos, contestar a la pregunta de por qué todo este orden vital es como es, por qué es tan “armónico”, por qué está en consonancia con las condiciones del medio. Para contestar a estas preguntas es necesario estudiar la materia en su desarrollo histórico. No hay duda respecto a que la vida ha surgido, durante este desarrollo, como una forma nueva y más compleja de organización de la materia regida por leyes de orden muy superior a las que imperan sobre la naturaleza inorgánica.

Solamente la unidad dialéctica del organismo y el medio, que únicamente hubo de surgir sobre la base de la formación de sistemas individuales de orden plurimolecular, fue lo que determinó la aparición de la vida y todo su desarrollo ulterior en la Tierra.

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