La vida en la Tierra apareció hace más de 3.500 millones de años; es difícil precisar el momento con mayor precisión, aunque solo sea porque no es fácil trazar la línea entre "casi vivo" y "verdaderamente vivo". Sin embargo, podemos decir con certeza que este momento mágico se prolongó durante muchos, muchos millones de años. Aún así, fue un verdadero milagro.
Para apreciar este milagro en su verdadero valor, debe familiarizarse con una serie de teorías modernas que describen diferentes opciones y etapas del nacimiento de la vida. Desde un conjunto enérgico pero sin vida de compuestos orgánicos simples hasta protoorganismos que han conocido la muerte y han entrado en una carrera interminable de variabilidad biológica. Después de todo, ¿estos dos términos, mutabilidad y muerte, no dan lugar a la suma total de la vida? …
1. Panspermia
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La hipótesis de traer vida a la Tierra desde otros cuerpos cósmicos tiene muchos defensores autorizados. Este cargo lo ocuparon el gran científico alemán Hermann Helmholtz y el químico sueco Svante Arrhenius, el pensador ruso Vladimir Vernadsky y el gran físico británico Kelvin. Sin embargo, la ciencia es un reino de hechos, y después del descubrimiento de la radiación cósmica y su efecto destructivo sobre todos los seres vivos, la panspermia pareció morir.
Pero cuanto más se sumergen los científicos en el tema, surgen más matices. De modo que ahora, incluida la realización de numerosos experimentos en naves espaciales, nos tomamos mucho más en serio la capacidad de los organismos vivos para tolerar la radiación y el frío, la falta de agua y otras "delicias" de estar en el espacio exterior. Los hallazgos de todo tipo de compuestos orgánicos en asteroides y cometas, en grupos distantes de gas y polvo y nubes protoplanetarias son numerosos y están fuera de toda duda. Pero las afirmaciones sobre el descubrimiento de rastros de algo sospechosamente parecido a los microbios en ellos siguen sin probarse.
Es fácil ver que a pesar de toda su fascinación, la teoría de la panspermia solo traslada la cuestión del origen de la vida a otro lugar y otro tiempo. Lo que sea que trajo los primeros organismos a la Tierra, ya sea un meteorito aleatorio o un astuto plan de extraterrestres altamente desarrollados, tenían que nacer en algún lugar y de alguna manera. No vayamos aquí y mucho más en el pasado, pero la vida tenía que surgir de la materia sin vida. La pregunta "¿Cómo?" permanece.
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1. No científico: generación espontánea
El origen espontáneo de materia viva altamente desarrollada a partir de materia no viva, como el nacimiento de larvas de mosca en carne podrida, puede asociarse con Aristóteles, quien generalizó los pensamientos de muchos predecesores y formó una doctrina holística de generación espontánea. Como otros elementos de la filosofía de Aristóteles, la generación espontánea fue la doctrina dominante en la Europa medieval y disfrutó de cierto apoyo hasta los experimentos de Louis Pasteur, quien demostró de manera concluyente que incluso las larvas de mosca necesitaban moscas parentales para aparecer. No confunda la generación espontánea con las teorías modernas del origen abiogénico de la vida: la diferencia entre ellas es fundamental.
2. Caldo primario
Este concepto está estrechamente relacionado con los experimentos clásicos que Stanley Miller y Harold Urey habían alcanzado en la década de 1950. En el laboratorio, los científicos modelaron las condiciones que podrían existir cerca de la superficie de la Tierra joven: una mezcla de metano, monóxido de carbono e hidrógeno molecular, numerosas descargas eléctricas, luz ultravioleta, y pronto más del 10% del carbono del metano se convirtió en la forma de varias moléculas orgánicas. En los experimentos de Miller-Urey se obtuvieron más de 20 aminoácidos, azúcares, lípidos y precursores de ácidos nucleicos.
Las variaciones modernas de estos experimentos clásicos utilizan configuraciones mucho más sofisticadas que se adaptan mejor a las condiciones de la Tierra primitiva. Simulan el impacto de los volcanes con sus emisiones de sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre, la presencia de nitrógeno, etc. De esta manera, los científicos logran obtener una enorme y diversa cantidad de materia orgánica, pilares potenciales de vida potencial. El principal problema de estos experimentos sigue siendo el racemato: los isómeros de moléculas ópticamente activas (como los aminoácidos) se forman en una mezcla en cantidades iguales, mientras que toda la vida que conocemos (con unas pocas y extrañas excepciones) incluye solo los isómeros L.
Sin embargo, volveremos a este problema más adelante. También hay que añadir aquí que recientemente, en 2015, el profesor de Cambridge John Sutherland y su equipo mostraron la posibilidad de formar todas las "moléculas de la vida" básicas, componentes de ADN, ARN y proteínas a partir de un conjunto muy simple de componentes iniciales. Los personajes principales de esta mezcla son el cianuro de hidrógeno y el sulfuro de hidrógeno, que no son tan raros en el espacio. A ellos les queda agregar algunos minerales y metales que están presentes en cantidades suficientes en la Tierra, como fosfatos, cobre y sales de hierro. Los científicos han construido un esquema de reacción detallado que bien podría crear una rica "sopa primordial" para que aparecieran polímeros en ella y entrara en juego la evolución química en toda regla.
La hipótesis del origen abiogénico de la vida a partir del "caldo orgánico", que fue probada por los experimentos de Miller y Urey, fue presentada en 1924 por el bioquímico soviético Alexander Oparin. Y aunque en los "años oscuros" del apogeo del lysenkoísmo, el científico se puso del lado de los oponentes de la genética científica, sus méritos son grandes. En reconocimiento al papel de un académico, su nombre lleva el premio principal presentado por la Sociedad Científica Internacional para el Estudio del Origen de la Vida (ISSOL): la Medalla Oparin. El premio se otorga cada seis años, y en varias ocasiones se ha otorgado tanto a Stanley Miller como al gran investigador de cromosomas, el premio Nobel Jack Shostak. En reconocimiento a la enorme contribución de Harold Urey, ISSOL otorga la Medalla Urey entre la Medalla Oparin (también cada seis años). El resultado es un premio evolutivo único y real, con un nombre cambiante.
3. Evolución química
La teoría intenta describir la transformación de sustancias orgánicas relativamente simples en sistemas químicos bastante complejos, precursores de la vida misma, bajo la influencia de factores externos, los mecanismos de selección y autoorganización. El concepto básico de este enfoque es "chovinismo agua-carbono", que representa estos dos componentes (agua y carbono - NS) como absolutamente necesarios y clave para el surgimiento y desarrollo de la vida, ya sea en la Tierra o en algún lugar más allá. Y el principal problema siguen siendo las condiciones en las que el "chovinismo agua-carbono" puede convertirse en complejos químicos muy sofisticados capaces, en primer lugar, de autorreplicarse.
Según una de las hipótesis, la organización primaria de las moléculas podría ocurrir en los microporos de los minerales arcillosos, que desempeñaban un papel estructural. El químico escocés Alexander Graham Cairns-Smith propuso esta idea hace unos años. Las biomoléculas complejas podrían asentarse y polimerizarse en su superficie interna, como en una matriz: los científicos israelíes han demostrado que tales condiciones hacen posible que crezcan cadenas de proteínas suficientemente largas. Aquí, podrían acumularse las cantidades necesarias de sales metálicas, que desempeñan un papel importante como catalizadores de reacciones químicas. Las paredes de arcilla podrían funcionar como membranas celulares, dividiendo el espacio "interior", en el que tienen lugar reacciones químicas cada vez más complejas, y separándolo del caos exterior.
Las superficies de los minerales cristalinos podrían servir como "matrices" para el crecimiento de moléculas de polímero: la estructura espacial de su red cristalina es capaz de seleccionar solo isómeros ópticos de un tipo - por ejemplo, L-aminoácidos - resolviendo el problema del que hablamos anteriormente. La energía para el "metabolismo" primario podría ser suministrada por reacciones inorgánicas, como la reducción del mineral pirita (FeS2) con hidrógeno (a sulfuro de hierro y sulfuro de hidrógeno). En este caso, no se requieren rayos ni radiación ultravioleta para la aparición de biomoléculas complejas, como en los experimentos de Miller-Urey. Esto significa que podemos deshacernos de los aspectos nocivos de su acción.
Young Earth no estaba protegida de los componentes dañinos, e incluso mortales, de la radiación solar. Incluso los organismos modernos, probados evolutivamente, serían incapaces de soportar esta fuerte radiación ultravioleta, a pesar del hecho de que el Sol mismo era mucho más joven y no le daba suficiente calor al planeta. De ahí surgió la hipótesis de que en la época en que estaba ocurriendo el milagro del origen de la vida, toda la Tierra podría estar cubierta por una gruesa capa de hielo: cientos de metros; y eso es lo mejor. Escondiéndose debajo de esta capa de hielo, la vida podría sentirse completamente a salvo de la radiación ultravioleta y de los frecuentes impactos de meteoritos que amenazaban con destruirla de raíz. El ambiente relativamente frío también podría estabilizar la estructura de las primeras macromoléculas.
4. Fumadores negros
De hecho, la radiación ultravioleta en la Tierra joven, cuya atmósfera aún no contenía oxígeno y no tenía algo tan maravilloso como la capa de ozono, debería haber sido mortal para cualquier vida naciente. De ahí surgió la suposición de que los frágiles antepasados de los organismos vivos se vieron obligados a existir en algún lugar, escondiéndose de la corriente continua de esterilizar todo y todos los rayos. Por ejemplo, en las profundidades del agua, por supuesto, donde hay suficientes minerales, mezcla, calor y energía para reacciones químicas. Y se encontraron esos lugares.
Hacia finales del siglo XX, quedó claro que el fondo del océano no podía ser de ninguna manera un refugio para los monstruos medievales: las condiciones aquí son demasiado duras, la temperatura es baja, no hay radiación y la materia orgánica rara solo es capaz de asentarse desde la superficie. De hecho, estos son vastos semidesiertos, con algunas excepciones notables: allí mismo, en las profundidades del agua, cerca de las salidas de manantiales geotérmicos, la vida está literalmente en pleno apogeo. El agua negra saturada de sulfuros está caliente, se mezcla activamente y contiene muchos minerales.
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Los fumadores del océano negro son ecosistemas muy ricos y distintivos: las bacterias que se alimentan de ellos utilizan las reacciones hierro-azufre, que ya hemos comentado. Son la base de una vida en plena floración, que incluye una gran cantidad de gusanos y camarones únicos. Quizás fueron la base del origen de la vida en el planeta: al menos teóricamente, tales sistemas llevan todo lo necesario para ello.
2. No científico: espíritus, dioses, antepasados
Cualquier mito cosmológico sobre el origen del mundo siempre está coronado por otros antropogónicos: sobre el origen del hombre. Y en estas fantasías solo se puede envidiar la imaginación de los autores antiguos: sobre la cuestión de qué, cómo y por qué surgió el cosmos, dónde y cómo apareció la vida y las personas, las versiones sonaban muy diferentes y casi siempre hermosas. Plantas, peces y animales fueron capturados del lecho marino por un cuervo enorme, la gente salió del cuerpo del antepasado Pangu como gusanos, moldeados de arcilla y cenizas, nacieron de matrimonios de dioses y monstruos. Todo esto es sorprendentemente poético, pero por supuesto que no tiene nada que ver con la ciencia.
5. El mundo del ARN
De acuerdo con los principios del materialismo dialéctico, la vida es una "unidad y lucha" de dos principios: la información cambiante y heredada, por un lado, y las funciones estructurales bioquímicas, por el otro. Uno es imposible sin el otro, y la cuestión de dónde comenzó la vida, con información y ácidos nucleicos o con funciones y proteínas, sigue siendo una de las más difíciles. Y una de las soluciones más conocidas a este problema paradójico es la hipótesis del mundo del ARN, que apareció a fines de la década de 1960 y finalmente tomó forma a fines de la de 1980.
Las macromoléculas de ARN, para almacenar y transmitir información, no son tan eficientes como el ADN, y para realizar funciones enzimáticas, no son tan impresionantes como las proteínas. Pero las moléculas de ARN son capaces de ambas cosas, y hasta ahora sirven como enlace de transmisión en el intercambio de información de la célula y catalizan una serie de reacciones en ella. Las proteínas son incapaces de replicarse sin la información del ADN, y el ADN es incapaz de hacerlo sin las "habilidades" proteicas. El ARN, por otro lado, puede ser completamente autónomo: es capaz de catalizar su propia "reproducción", y esto es suficiente para empezar.
Los estudios en el marco de la hipótesis del mundo del ARN han demostrado que estas macromoléculas son capaces de una evolución química completa. Tomemos, por ejemplo, un ejemplo ilustrativo demostrado por los biofísicos de California liderados por Lesley Orgel: si se agrega bromuro de etidio a una solución de ARN capaz de autorreplicarse, que sirve como veneno para este sistema, bloqueando la síntesis de ARN, luego poco a poco, con un cambio en generaciones de macromoléculas, en la mezcla. Aparecen ARN resistentes incluso a concentraciones muy elevadas de la toxina. Algo así, evolucionando, las primeras moléculas de ARN podrían encontrar la manera de sintetizar las primeras herramientas-proteínas, y luego - en combinación con ellas - "descubrir" por sí mismas la doble hélice del ADN, el portador ideal de información hereditaria.
3. No científico: inmutabilidad
No más científicas que las historias sobre los primeros antepasados pueden llamarse los puntos de vista que llevan el fuerte nombre de Teoría de un Estado estacionario. Según sus partidarios, nunca ha surgido vida alguna, al igual que la Tierra no nació, ni apareció el cosmos: simplemente fueron siempre, siempre y permanecerán. Todo esto no está más justificado que los gusanos Pangu: para tomar en serio tal "teoría", uno tendrá que olvidarse de los innumerables descubrimientos de la paleontología, la geología y la astronomía. Y de hecho, abandonar todo el grandioso edificio de la ciencia moderna, pero luego, probablemente, valga la pena renunciar a todo lo que se debe a sus habitantes, incluidas las computadoras y el tratamiento dental indoloro.
6. Protoceldas
Sin embargo, la simple replicación no es suficiente para la "vida normal": cualquier vida es, ante todo, un área espacialmente aislada del medio que separa los procesos metabólicos, facilita el curso de algunas reacciones y permite excluir otras. En otras palabras, la vida es una célula delimitada por una membrana semipermeable compuesta de lípidos. Y las "protoceldas" deberían haber aparecido ya en las primeras etapas de la existencia de la vida en la Tierra: la primera hipótesis sobre su origen fue expresada por Alexander Oparin, bien conocido por nosotros. En su opinión, las gotas de lípidos hidrófobos que se asemejan a gotas amarillas de aceite flotando en el agua podrían servir como "protomembranas".
En general, las ideas de los científicos son aceptadas por la ciencia moderna, y Jack Shostak, quien recibió la Medalla Oparin por su trabajo, también estuvo involucrado en este tema. Junto con Katarzyna Adamala, logró crear una especie de modelo “protocelular”, cuyo análogo de membrana no consistía en lípidos modernos, sino en moléculas orgánicas aún más simples, ácidos grasos, que bien podrían haberse acumulado en los lugares de origen de los primeros protoorganismos. Shostak y Adamala incluso lograron "revivir" sus estructuras agregando iones de magnesio (estimulando el trabajo de las ARN polimerasas) y ácido cítrico (estabilizando la estructura de las membranas grasas) al medio.
Como resultado, terminaron con un sistema completamente simple, pero algo vivo; en cualquier caso, era una protocélula normal que contenía un entorno protegido por membrana para la reproducción del ARN. A partir de este momento, puede cerrar el último capítulo de la prehistoria de la vida y comenzar los primeros capítulos de su historia. Sin embargo, este es un tema completamente diferente, por lo que hablaremos de un solo concepto, pero extremadamente importante, relacionado con los primeros pasos de la evolución de la vida y el surgimiento de una gran variedad de organismos.
4. No científico: retorno eterno
Una representación "corporativa" de la filosofía india, en la filosofía occidental asociada con las obras de Immanuel Kant, Friedrich Nietzsche y Mircea Eliade. Una imagen poética del eterno vagar de cada alma viviente por un número infinito de mundos y sus habitantes, su transformación en un insecto insignificante, luego en un poeta exaltado, o incluso en un ser desconocido para nosotros, un demonio o un dios. A pesar de la falta de ideas sobre la reencarnación, Nietzsche está realmente cerca de esta idea: la eternidad es eterna, lo que significa que cualquier evento en ella puede y debe repetirse nuevamente. Y cada criatura gira sin cesar en este carrusel de retorno universal, de modo que sólo la cabeza gira, y el problema mismo del origen primario desaparece en algún lugar de un caleidoscopio de innumerables repeticiones.
7. Endosimbiosis
Mírate en el espejo, mírate a los ojos: la criatura con la que te miras es un híbrido complejo que ha surgido en tiempos inmemoriales. A fines del siglo XIX, el naturalista alemán-inglés Andreas Schimper notó que los cloroplastos, los orgánulos de células vegetales responsables de la fotosíntesis, se replican por separado de la propia célula. Pronto surgió la hipótesis de que los cloroplastos son simbiontes, células de bacterias fotosintéticas, que una vez fueron tragadas por el huésped y que se dejaron vivir aquí para siempre.
Por supuesto, no tenemos cloroplastos, de lo contrario podríamos alimentarnos de la luz solar, como sugieren algunas sectas pseudo-religiosas. Sin embargo, en la década de 1920, la hipótesis de la endosimbiosis se amplió para incluir mitocondrias, orgánulos que consumen oxígeno y suministran energía a todas nuestras células. Hasta la fecha, esta hipótesis ha adquirido el estatus de una teoría completa y repetidamente probada; basta con decir que las mitocondrias y los plastidios tienen su propio genoma, más o menos mecanismos de división celular y sus propios sistemas de síntesis de proteínas.
En la naturaleza, también se han encontrado otros endosimbiontes que no tienen miles de millones de años de evolución conjunta a sus espaldas y se encuentran en un nivel de integración menos profundo en la célula. Por ejemplo, algunas amebas no tienen sus propias mitocondrias, pero hay bacterias incluidas dentro y desempeñando su función. Hay hipótesis sobre el origen endosimbiótico de otros orgánulos, incluidos los flagelos y los cilios, e incluso el núcleo celular: según algunos investigadores, todos los eucariotas somos el resultado de una fusión sin precedentes entre bacterias y arqueas. Estas versiones aún no han encontrado una confirmación estricta, pero una cosa está clara: tan pronto como surgió, la vida comenzó a absorber a sus vecinos e interactuar con ellos, dando a luz a una nueva vida.
5. No científico: creacionismo
El concepto mismo de creacionismo surgió en el siglo XIX, cuando esta palabra comenzó a llamarse a los partidarios de varias versiones de la aparición del mundo y la vida, propuestas por los autores de la Torá, la Biblia y otros libros sagrados de religiones monoteístas. Sin embargo, de hecho, los creacionistas no ofrecieron nada nuevo en comparación con estos libros, una y otra vez tratando de refutar los rigurosos y fundamentales descubrimientos de la ciencia y, de hecho, una y otra vez, perdiendo una posición tras otra. Desafortunadamente, las ideas de los pseudocientíficos-creacionistas modernos son mucho más fáciles de entender: se necesita mucho esfuerzo para comprender las teorías de la ciencia real.
Sergey Vasiliev
