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Origen de la vida

Aparición de la vida

¿Cuándo apareción la vida?

Todos los organismos que consideramos vivos están formados por células, los pluricelulares por muchas y los unicelulares por una sola. Además, consideramos que todas las células son organismos vivos o son parte de organismos vivos. Luego responder a la pregunta de cuándo apareció la vida es responder a la pregunta de cuándo apareció la primera célula en la Tierra.

Nos enfrentamos a unas dificultades enormes a la hora de buscar las “huellas” que las células ancestrales dejaron en la Tierra. En primer lugar hay que buscar las rocas más antiguas posibles, las cuales son escasas y están muy deterioradas. En segundo lugar, las células tienen un tamaño microscópico, por lo que no es posible hacer un estudio a simple vista sino usando potentes microscopios. En tercer lugar, los posibles fósiles de las primeras células son difíciles de descubrir porque están muy deformados o deteriorados. Actualmente también se intentan encontrar restos metabólicos, es decir, moléculas orgánicas que inequívocamente se puedan identificar como producidas por una actividad celular. Hay que excluir aquellos restos metabólicos que ofrezcan dudas, como posibles filtraciones de otros estratos o que puedan proceder de reacciones químicas no biológicas.

Hay un consenso entre los investigadores que tratan de datar el origen de la vida en que fue un evento muy temprano en la historia de la Tierra. Se estima que la Tierra se formó hace unos 4500-5000 millones de años (Figura 1), y se coloca el comienzo de la vida en torno a hace unos 4000 millones de años. Si no se consideran los primeros millones de años donde la temperatura, la actividad volcánica y los rayos cósmicos pudieron ser incompatibles con la existencia de células, se puede decir que la aparición de las primeras células fue un evento relativamente rápido. Los restos metabólicos más antiguos se han encontrado en rocas de hace unos 3700 millones de años (Figura 1), por tanto las células debían estar ya presentes mucho antes. Las primeras células fósiles están en rocas tan antiguas como 3000 a 3500 millones de años. Luego, fueron sucediendo otros eventos trascendentales para entender la diversidad de los organismos que no encontramos hoy en día. Por ejemplo, hay indicios claros de que la fotosíntesis se descubrió hace más de 3000 a 3500 millones de años, que las células eucariotas dejaron restos fósiles hace unos 1700 a 2300 millones de años, que los primeros fósiles de organismos pluricelulares tienen una antigüedad de 1300 a 1500 millones de años.

Figura 1. Algunos eventos importantes, y fechas aproximadas, relacionados con los organismos vivos ocurridos durante la historia de la Tierra.
Imagen tomada de wikipedia: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9a/Geologic_Clock_with_events_and_periods.es.png

¿Dónde se originó la vida

Lo primero que tenemos que distinguir es entre el origen de las moléculas orgánicas y el origen de las primeras células. Todos los procesos de formación y combinación de moléculas orgánicas que se dieron antes de la aparición de las primeras células se conoce como química prebiótica. Independientemente de dónde se formaron las moléculas orgánicas, se propone que las primeras células pudieron aparecer allí donde hubo moléculas orgánicas disponibles en abundancia, energía libre en forma de gradientes iónicos o procesos de óxido reducción, y condiciones apropiadas para que estas moléculas ganaran complejidad y se asociaran para formar estructuras protocelulares.

La formación de moléculas orgánicas en ambientes no biológicos no es un problema, es decir, hay una gran cantidad de mecanismos y escenarios para producir moléculas orgánicas, a veces relativamente complejas, sin la intervención de ninguna célula. Los lugares donde pudo ocurrir esto son muy variados. Actualmente, se propone como sitios propicios para generar moléculas orgánicas complejas y en cantidad, las fuentes termales (Figura 2), las superficies de piedras porosas y las aguas someras próximas a volcanes. En todas ellas se dan unas condiciones de gradientes de temperatura, de gradientes de iones, de potenciales redox, de variaciones de pH, y presencia de minerales que se cree favorecieron la producción de moléculas orgánicas. La formación de enlaces químicos requiere salvar barreras energéticas altas, lo que lleva a que estos enlaces no se produzcan con frecuencia. Se necesita energía, que podría proceder de las reacciones de óxido-reducción y del propio calor, pero también se pudo contar con la ayuda de catalizadores. Éstos son moléculas capaces de disminuir esa barrera energética y favorecer las reacciones químicas. Este papel catalítico o facilitador de las reacciones químicas en el origen de la vida lo podrían haber hecho minerales como algunas arcillas, ya que la disposición atómica de sus superficies permite que las moléculas orgánicas sencillas se adhieran con una orientación determinada y se encuentre muy juntas, dos condiciones que favorecen las reacciones químicas. Así, se cree que los minerales pudieron acelerar la generación de moléculas orgánicas complejas durante los primeros millones de años de la Tierra.

Figura 2. Fumarola y géiser (a la derecha). Las fuentes termales, tanto de agua salada como de agua dulce, pudieron ser sitios propicios para la formación de moléculas orgánicas en la Tierra primigenia donde se originaron moléculas orgánicas y las primeras células.
Fumarola:By NOAA - http://oceanexplorer.noaa.gov/okeanos/explorations/10index/background/plumes/media/black_smoker.html, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15004923
Géiser: By James St. John - Fountain Geyser eruption (4:53 to 5:45 PM, 9 August 2013) 02, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=83075545

Otro lugar inicialmente insospechado que pudo aportar una gran cantidad de moléculas orgánicas es el espacio interestelar. Se han encontrado grandes cantidades de moléculas orgánicas sencillas en el espacio, generadas con la energía de los rayos cósmicos, y se ha propuesto que una gran parte de las moléculas orgánicas de la Tierra primigenia pudieron llegar desde el espacio traídas por cometas o asteroides. Es decir, la superficie de la Tierra habría sido fertilizada con moléculas orgánicas de origen extraterrestre.

Un elemento imprescindible para la aparición de las primeras células son las membranas. Las membranas son láminas lipídicas que aportan características esenciales: permiten crear entidades independientes con un medio interno distinto del medio externo, al ser semipermeables pueden crear gradientes iónicos, pueden actuar como plataformas para facilitar las reacciones químicas, etc. No entenderemos cómo se formaron las primeras células si no entendemos cómo se formaron las primeras membranas. Actualmente se piensa que las membranas también se pudieron generar en torno a fuentes hidrotermales, bien de agua dulce o bien en los fondos marinos.

La aparición de las primeras células debió ocurrir allí donde estaban todas estas moléculas después de un periodo de síntesis, ganancia en complejidad e interacción molecular. De nuevo las fuentes hidrotermales aparecen como escenarios propicios para la aparición de las primeras células. Tienen muchos elementos que pudieron favorecer la formación de moléculas orgánicas y el aumento de su complejidad, como son la formación de las moléculas necesarias, fuentes de energía para la reacciones, catalizadores minerales y multitud de microambientes con condiciones que van variando desde la zonas próximas a otras más alejadas del centro de la corriente de agua caliente.

Para saber más:

Brunk C, Marshall CR. 2021. 'Whole Organism', Systems Biology, and Top-Down Criteria for Evaluating Scenarios for the Origin of Life. Life (Basel). 11(7):690. doi: 10.3390/life11070690.

Camprubí E, de Leeuw JW, House CH, Raulin F, Russell MJ, Spang A, Tirumalai MR, Westall F. 2019. The Emergence of Life. Space Science Review. 215: 56. https://doi.org/10.1007/s11214-019-0624-8

Nisbet EG, Sleep NH. The habitat and nature of early life. 2001. Nature. 409:1083-1091.

Marshall M. 2009. Timeline: The evolution of life. NewScientist. https://www.newscientist.com/article/dn17453-timeline-the-evolution-of-life/

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