Origen de la Vida: Introducción

Origen de la Vida: Introducción

• El origen de la vida y sus múltiples formas es conocido como el "misterio de los misterios".
• El avance científico ha disminuido la profundidad de este "misterio", en relación con la complejidad estructural y funcional de sistemas bióticos y abióticos.
• Las culturas han creado mitos y leyendas sobre el origen de la vida o biogénesis, atribuyéndolo a un "ser supremo" creador de la vida y su diversidad.
• La hipótesis de creadores con características humanas podría aportar más a esta perspectiva.
• La idea de un creador no es científica sin pruebas, aunque el Creacionismo persiste fuera de la ciencia.
• Es posible probar hipótesis sobre el origen natural de la vida.
• Debido a la falta de información sobre las condiciones ambientales en otros planetas, se exploran las teorías e hipótesis sobre el origen de la vida en la Tierra.

Hipótesis Nebular sobre el Origen de Nuestro Sistema Solar

• Una explosión gigante de una esfera primitiva en ignición creó el universo expandiéndose.
• Nubes de polvo y gases, como hidrógeno y helio, se dispersaron y se condensaron para formar estrellas.
• El Sol se formó a partir de una masa rotatoria de polvo y gases que se aplanó y condensó por la gravedad.
• El giro del centro aumentó, proyectando materia por la fuerza centrífuga.
• La materia externa del disco fue atraída por trozos densos en lugar del centro.
• Esta condensación formó cuerpos separados que dieron lugar a los planetas en el plano de rotación solar.
• El Sol, planetas, asteroides y la Luna se formaron hace unos 4,800 millones de años.
• La vida más antigua detectada tiene 3,300 millones de años.
• Existe un período desconocido de mil millones de años entre el origen del planeta y el inicio de la biogénesis.

Teorías Sobre la Biogénesis

• Teoría de la Generación Espontánea:
  • Aristóteles propuso que los seres vivos surgen espontáneamente de sustancias inanimadas.
  • Se creía que ciertas partes de la materia contenían un principio activo.
  • Francisco Redi refutó esta teoría, demostrando que la vida requiere la participación previa de seres vivos adultos.
  • Luis Pasteur probó en 1860 que el aire es una fuente común de microorganismos que dan vida a materia no viva.
  • La idea de la generación espontánea de grandes organismos fue eliminada en el siglo XIX por Pasteur.
• Teoría Cosmozoica:
  • Los seres vivos llegaron a la Tierra desde el espacio interestelar en forma de bacterias, polvo cósmico, meteoritos, o transportados por seres de otros mundos.
  • Traslada el problema del origen de la vida a otros sistemas solares, sin resolver cómo se originó la vida en el espacio exterior.
• Teoría Creacionista:
  • Las religiones difunden la teoría creacionista, como la Biblia, que atribuye el origen de la vida a una manifestación de un principio espiritual supremo, creando el mundo en seis días.
  • Esta concepción carece de crédito científico.
• Teoría de la Evolución Química:
  • Alexander Ivánovich Oparin propuso que la vida surgió por procesos naturales de autoorganización de la materia a lo largo de millones de años.
  • El estudio de este proceso es considerado una tarea científica.
  • Científicos de diversas disciplinas coinciden en que la vida comenzó por causas naturales, sin violar las leyes de la naturaleza.
  • La Tierra se formó por la condensación de una nube de gases y polvo.
  • La desintegración de elementos radiactivos en el interior terrestre genera calor y actividad volcánica.
  • La atmósfera primitiva carecía de oxígeno.
  • El oxígeno actual se produjo por la descomposición del agua durante la fotosíntesis.
  • Las biomoléculas se forman en una atmósfera de hidrógeno, pero se descomponen en presencia de oxígeno.
  • Las primeras biomoléculas se formaron en una atmósfera reductora de hidrógeno, sin presencia de oxígeno.
  • Durante los primeros 1500 millones de años, se formaron moléculas estructurales como aminoácidos, nucleótidos, azúcares, glicerina y ácidos grasos.
  • Esto ocurre a partir de precursores simples como hidrógeno, nitrógeno, dióxido de carbono, amoniaco, agua y metano, activados por luz ultravioleta, descargas eléctricas, calor y otras fuentes de energía.
  • Estas moléculas se unen por enlace covalente, formando macromoléculas como proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos.
  • Las macromoléculas se unen por fuerzas débiles, como enlaces de hidrógeno y fuerzas de Van Der Waals.
  • Esto forma complejos supramoleculares como lipoproteínas, ribosomas y complejos enzimáticos.
  • Las asociaciones supramoleculares se ensamblan para formar orgánulos celulares como núcleos y mitocondrias.
  • Estos orgánulos se unieron para dar origen a las primeras células.
  • En el océano primitivo se formaron sustancias proteínicas y compuestos orgánicos complejos.
  • Las proteínas se encontraban disueltas o suspendidas en la "sopa" orgánica.
  • Sus partículas se hicieron más complejas, formando agrupamientos moleculares que se separaron como pequeñas gotas llamadas coacervados.
  • Los coacervados se hicieron más complejos al absorber sustancias orgánicas, aumentando su volumen y peso molecular.
  • Se puede demostrar añadiendo colorantes al líquido circundante, que pasan rápidamente a la gota del coacervado.
  • Los coacervados no se mezclan con la solución acuosa circundante, propiedad compartida con el protoplasma de los organismos vivos.
  • El protoplasma es un coacervado complejo formado por sustancias orgánicas de elevado peso molecular, como proteínas y lípidos.
  • El protoplasma de una célula vegetal colocada en agua no se mezcla y flota en gotitas delimitadas.
  • Estudios de laboratorio confirman que los componentes gaseosos de la atmósfera primitiva pueden ser precursores de compuestos orgánicos.
  • Los experimentos de Stanley Miller en 1953 apoyan esta idea.
  • Diferentes formas de irradiación aplicadas a una atmósfera primitiva simulada han dado lugar a la formación de coacervados y compuestos orgánicos.
  • La estructura de los coacervados se transformó durante millones de años, dando origen a la vida y a los organismos más sencillos.
  • La vida avanzó con la formación de organismos unicelulares y luego pluricelulares.
  • Los experimentos de Miller son la base para investigar y perfeccionar la técnica de simular la atmósfera primitiva con descargas eléctricas.
  • Miller fue el primero en formar compuestos orgánicos en condiciones prebiológicas.
  • Sidney W. Fox demostró que a altas temperaturas y en una atmósfera primitiva se formaban aminoácidos, unidades fundamentales para las proteínas.
  • Fox denominó proteinoides a estos aminoácidos que forman sustancias integrales para los seres vivos.
  • Al sumergir proteinoides en agua, se replegaban en microesferas similares a los coacervados de Oparin.
  • Ello inició el mecanismo de evolución y selección natural.

Evolución: Introducción

• El estudio de la evolución biológica es una aventura intelectual que concierne a todos los seres vivos, incluyendo al ser humano.
• Los juicios "a priori" son comunes debido a la carga emocional de la teoría de la evolución.
• Los restos fósiles han sido interpretados de diversas maneras a lo largo del tiempo, hasta que la paleontología los interpretó correctamente.
• Actualmente, la biología se basa en los principios de la teoría evolucionista.
• El proceso evolutivo se caracteriza por:
  • Continuidad en el tiempo.
  • Larga duración.
  • Mecanismos irreversibles e irrepetibles.
  • Progreso.
• Los biólogos usan el término microevolución para referirse a cambios en las frecuencias génicas por deriva génica dentro de una especie.
• La macroevolución se refiere a la evolución por encima del nivel de especie, resultando en nuevos géneros y categorías taxonómicas superiores.
• La evolución se consolidó como una idea científica moderna gracias a Charles Darwin.
• Theodosius Dobzhansky, en su obra "Genética del proceso evolutivo", describe la evolución como un proceso de creación.
• La evolución de los árboles filogenéticos aporta novedades únicas en cada caso particular.
• Las causas fundamentales de la evolución biológica son: selección natural, mutación, deriva génica y migración.
  • La selección natural permite la supervivencia de los individuos más aptos.
  • La mutación es un cambio brusco y heredable en el material genético.
  • La deriva génica es el cambio en la frecuencia génica debido al azar.
  • La migración es la entrada o salida de genes de una población.
• La falta de influencia evolutiva resulta en un resultado evolutivo nulo, según la ley de Hardy-Weinberg.
• El proceso evolutivo es dinámico en condiciones naturales.

Concepto de Evolución

• El concepto de evolución ha respondido a preguntas fundamentales sobre la existencia humana y la naturaleza.
• La evolución demuestra que existimos por una serie de eventos pasados que involucran:
  • Interacciones entre organismos y su ambiente, que varían histórica y geográficamente.
  • Continuidad de la herencia y tradición cultural.
  • Alteración esporádica por el azar.
• Para Darwin, la evolución era sinónimo del origen de las especies.
• La evolución orgánica comienza con la diferenciación de poblaciones dentro de una especie y forma categorías superiores.
• Una definición completa de evolución debe incluir aspectos como transformaciones parciales o completas e irreversibles de la composición genética de las poblaciones debido a interacciones con el ambiente, radiaciones adaptativas, ajustes ambientales y el origen de nuevas formas de explotar hábitats.
• Estos cambios adaptativos ocasionalmente aumentan la complejidad en el desarrollo, las reacciones fisiológicas y las interacciones entre poblaciones y su ambiente.

Adaptación

• La adaptación se refiere a modificaciones estructurales, funcionales o de comportamiento que permiten a un organismo sobrevivir mejor en su ambiente.
• El estudio de adaptaciones ofrece conocimientos valiosos sobre la evolución y la función de las características de un organismo.
• Adaptaciones estructurales: Son aspectos de la forma y anatomía de los organismos que mejoran su supervivencia, como la forma del cuerpo, el color, patrones del pelo, estructuras de extremidades y dientes.
• La coloración adaptativa tiene patrones que confunden a los animales con su ambiente, como la perdiz blanca que cambia de color con las estaciones.
• La coloración críptica permite a los insectos parecerse a hojas o ramas.
• La coloración de advertencia en animales venenosos o peligrosos advierte en lugar de ocultar.
• El mimetismo es la imitación de la coloración de otra especie repelente o peligrosa por una especie diferente.
• Las adaptaciones pueden ser benéficas, como las manos manipuladoras y el gran cerebro del humano.
• También pueden ser desconocidas, como las glándulas de aceite en la piel o el vello axilar.
• Las adaptaciones humanas a altitudes, frío y calor se han estudiado en detalle; por ejemplo, los indios peruanos de los Andes tienen un tórax y capacidad pulmonar mayor para compensar la menor cantidad de oxígeno.
• Adaptaciones Fisiológicas: Se relacionan con el funcionamiento de diversas partes del cuerpo, incluyendo actividades químicas internas.
• Ejemplos incluyen la sudoración, la función del CO2 en la respiración, el glucagón, la insulina y la homeóstasis.
• La pigmentación de la piel humana es una adaptación relacionada con la síntesis de vitamina D y la protección del ácido fólico.
• Una hipótesis sugiere que la piel muy pigmentada protege contra la síntesis excesiva de vitamina D en latitudes ecuatoriales, mientras que una menor pigmentación favorece la máxima producción de vitamina D en latitudes del norte; una pigmentación abundante también protege de la radiación solar tropical.
• El koala tiene un aparato digestivo capaz de eliminar aceites tóxicos de las hojas de eucalipto, su principal alimento, y un ciego largo para degradar la celulosa.
• Peces en el Antártico poseen moléculas anticongelantes y carecen de glomérulos en los riñones.
• Algunas especies flotación natural gracias al reemplazamiento de tejido óseo por cartílago y cantidades considerables de tejido adiposo.
• El reino vegetal usa sustancias químicas que envenenan o repelen insectos y herbívoros, como los cardenólidos en las plantas Asclepiadéceas.
  • Una excepción es el saltamontes adaptado para comer Asclepediáceas, el cual arroja savia venenosa como defensa.
  • La mariposa monarca se alimenta de la Asclepediácea y usa los cardenólidos como defensa ante depredadores, una adaptación imitada por otros organismos.
• Adaptaciones del comportamiento: Son actividades motoras instintivas como la búsqueda de alimento, el establecimiento de territorios, el cortejo, el cuidado de las crías y la evasión de depredadores, entrelazadas con adaptaciones estructurales y fisiológicas.
• Por ejemplo, un insecto que imita a una rama debe posarse en la planta adecuada, y una mosca que imita a una abeja debe revolotear sobre flores.
• La serpiente Heterodón común aplana su cabeza, emite un silbido y a veces ataca, para más tarde girar sobre su dorso con la lengua afuera, simulando estar muerta.