En la jerarquía cósmica, la Tierra y la estrella alrededor de la cual gira, por así decirlo, están todavía en la infancia. La Tierra se formó a partir de la sustancia que quedó después del nacimiento del Sol hace 4.600 millones de años, mientras que se considera que la edad del Universo en su conjunto es de 11 a 16.000 millones de años. Como durante la formación de todos los planetas, la etapa inicial de la existencia de nuestro planeta fue tan turbulenta que es casi imposible de imaginar.
E incluso después de que el globo tomó su forma, su superficie se fundió durante otros 600 millones de años, el sobrecalentamiento fue causado por el calor proveniente del interior, del núcleo de la tierra y por el bombardeo de asteroides desde el exterior, que elevó la temperatura de los océanos en evaporación hasta el punto de ebullición. Durante este período, que algunos geólogos llaman Hed, el infierno realmente reinó en nuestro planeta.
Después de que cesó el bombardeo constante de asteroides, y los asteroides restantes se encontraban en determinadas órbitas y apenas podían dañar la Tierra, el carbono, el nitrógeno, el hidrógeno y el oxígeno en varias combinaciones "formaron aminoácidos y otros materiales de construcción básicos de materia viva". Como escribió el premio Nobel Christian de Duve en su libro Polvo que da vida, publicado en 1995, "los productos de estos procesos químicos, depositados por la precipitación atmosférica, cometas y meteoritos, formaron gradualmente la primera materia orgánica en la superficie sin vida de nuestro planeta recientemente condensado".
Esta película rica en carbono se ha visto afectada tanto por procesos que tienen lugar en la propia Tierra como por la caída de cuerpos espaciales en su superficie; el efecto de la radiación ultravioleta fue muchas veces más fuerte que en la actualidad, porque ahora estamos protegidos por la atmósfera terrestre. Todos estos materiales finalmente se depositaron en los mares y, como escribió el eminente científico JB Haldane en su famoso artículo de 1929, "los océanos primordiales eran como un caldo caliente y diluido".
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El principal subproducto de estos procesos fue algo viscoso, pardusco, llamado "gomoso", "pegajoso", es decir, despertar recuerdos de la infancia. Quienes se oponen a la conclusión de Charles Darwin de que el hombre es pariente de los chimpancés y los orangutanes, de hecho, anteponen al hombre este último insulto: ¡venimos de una especie de moco!
Entonces, tenemos un "caldo" primario en el que una gran cantidad de algo pegajoso se mezcla por todas partes. ¿Cómo pudo surgir la vida en la Tierra de esta materia prima? Aquí es donde comienza el verdadero misterio. En general, se acepta que el papel decisivo lo desempeñó el ARN, el ácido ribonucleico, un pariente cercano del ADN, que determina el código genético de los humanos y otros seres vivos. Y, sin embargo, todavía existen numerosas disputas sobre cómo, cuándo y dónde se originó realmente la vida. Veamos brevemente algunos de los temas que alimentan estas discusiones.
Durante mucho tiempo, biólogos y químicos creyeron que la vida en la Tierra debería haber surgido no antes de mil millones de años después de que el planeta se enfriara y el intenso bombardeo de asteroides se detuviera, y esto sucedió hace unos 3.800 millones de años. De ahí se deduce que la vida en la Tierra no existe desde hace más de 2.800 millones de años. Pero la evidencia geológica, e incluso los fósiles orgánicos, sugiere cada vez más que las bacterias ya existían mucho antes de eso.
La formación groenlandesa Isua, compuesta por las rocas más antiguas de nuestro planeta, cuya edad se determina en 3.200 millones de años, contiene carbono, el principal material de construcción de todas las formas de vida conocidas, y en proporciones características de la fotosíntesis bacteriana. Muchos biólogos concluyen que incluso en un período tan temprano las bacterias deben haber existido y, de ser así, entonces había más organismos primitivos que bacterias incluso antes.
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Hace relativamente poco, un geólogo de la Universidad de Australia Occidental, Bigir Rasmussen, descubrió en el cratón de Pilbara en el noroeste de Australia, restos fósiles de microorganismos filamentosos de 3.500 millones de años, así como fósiles "posibles" que datan de hace 3.235 millones de años, en erupción de depósitos volcánicos en Australia occidental. Debido a tales hallazgos, surge un serio problema: los orígenes de la vida se posponen a 200 mil años después del final del período Hed, que muchos biólogos consideran un período bastante corto para que se lleven a cabo los procesos químicos necesarios.
El hallazgo más reciente de Rasmussen, publicado en junio de 1999 en Nature, plantea otro dilema. Debido a que las biomoléculas necesarias para la materia viva, como las proteínas y los ácidos nucleicos, son muy frágiles y sobreviven mejor a temperaturas más bajas, muchos químicos llevan mucho tiempo convencidos de que la vida en la Tierra debería haber surgido a bajas temperaturas, tal vez incluso negativas. … Y, sin embargo, Rasmussen desenterró sus filamentos microscópicos en el material originalmente ubicado cerca del respiradero del volcán, donde la temperatura era extremadamente alta.
De hecho, los organismos más antiguos que siguen existiendo en la actualidad son las bacterias que viven en respiraderos volcánicos conservados o en manantiales con temperaturas del agua de hasta 110 ° C. La existencia de estas bacterias antiguas en los respiraderos de los volcanes proporciona una fuerte evidencia a favor de la suposición de condiciones de alta temperatura para el origen de la vida en la Tierra, apoyada por otros científicos.
Uno de los partidarios de la visión del origen de la vida en la Tierra en condiciones frías es Stanley Miller, quien instantáneamente se hizo famoso en 1953 después de realizar una serie de experimentos en la Universidad de Chicago. Entonces era un estudiante de posgrado y estudió con el químico ganador del Premio Nobel Harold Urey, quien ganó el Premio Nobel por descubrir hidrógeno pesado llamado deuterio. Según Yuri, la atmósfera del planeta originalmente consistía en una mezcla de moléculas de hidrógeno, metano, amoníaco, vapor de agua y era especialmente rica en hidrógeno. (Tenga en cuenta que el oxígeno estaba presente solo en la composición del vapor de agua. Solo después del surgimiento de la vida en la atmósfera, el oxígeno comenzó a aparecer como resultado de la liberación de dióxido de carbono durante la fotosíntesis, lo que finalmente condujo al desarrollo de formas biológicas más complejas).
Miller preparó una mezcla de los elementos que Yuri había indicado en un recipiente sellado y lo expuso durante varios días a descargas eléctricas que simulaban un rayo. Para su sorpresa, apareció un resplandor rosado en el recipiente de vidrio, y el análisis de los resultados obtenidos reveló la presencia de dos aminoácidos (una parte constituyente de todas las proteínas), así como otras sustancias orgánicas que se creía que estaban formadas solo por células vivas. Este experimento, que su líder aprobó a regañadientes, no solo hizo famoso a Miller, sino que también condujo al surgimiento de un nuevo campo de la ciencia: la química abiótica, cuya tarea principal era la producción de sustancias biológicas en condiciones que se cree que existían en la Tierra antes de la aparición de la vida.
La palabra "considerar" es crucial aquí. Las suposiciones sobre la composición de la atmósfera terrestre antes de que se desarrollara la vida en nuestro planeta cambian constantemente. Y aunque se llevaron a cabo muchos experimentos después del trabajo de Miller en 1953, no condujeron a resultados que pudieran asociarse con el concepto de "vida", a pesar de la formación de varios tipos de moléculas orgánicas en ellos. Como señala de Duve en Polvo que da vida, tales experimentos a menudo se llevan a cabo “en condiciones más artificiales de las necesarias para un proceso verdaderamente abiótico.
Entre todos estos experimentos, el experimento original de Miller sigue siendo clásico. Prácticamente fue el único concebido únicamente con el fin de reproducir condiciones prebiológicas plausibles sin la intención de obtener un producto final específico. En otras palabras, siempre es bastante fácil organizar un experimento de tal manera que lo más probable es que se obtenga el resultado deseado, pero las condiciones experimentales serán demasiado adecuadas.
Al menos en tales experimentos, no fue posible reproducir la vida ni siquiera en su forma más elemental, en la forma de una célula separada sin núcleo. Como escribió Nicholas Wade en su artículo del New York Times de junio de 2000 sobre el último descubrimiento de Rasmussen, "Los intentos más intensos de los químicos para crear moléculas en el laboratorio típicas de la materia viva sólo han demostrado que es una tarea endiabladamente difícil".
Así, los principales problemas se concentran en dos grandes líneas de investigación para establecer cómo se originó la vida en la Tierra. El momento del origen de la vida se adentra aún más en el pasado, de modo que, aparentemente, queda muy poco tiempo para los procesos químicos necesarios para que se produzca el origen de la vida. Y estas reacciones químicas en sí mismas, como antes, siguen siendo igualmente misteriosas.
A pesar de los colosales avances técnicos y la enorme cantidad de datos genéticos acumulados, el experimento de Stanley Miller de 1953 sigue siendo prácticamente el único resultado convincente de dicha investigación. Sin embargo, el descubrimiento en sí generó dudas: muchos de los científicos ahora creen que el equilibrio de los elementos que usó basándose en el trabajo de su líder G. Juri estaba equivocado. Cuando la proporción de los componentes cambia, los aminoácidos obtenidos por Miller no se forman.
Debido a las nuevas dificultades, el panorama completo de la evolución de la vida se ha vuelto más oscuro. Una vez pareció que se podía rastrear claramente mediante árboles filogenéticos (genealógicos) que reflejan la historia evolutiva de un organismo desde sus mismas raíces. Los árboles filogenéticos se construyeron por primera vez en el siglo XIX de acuerdo con la teoría de Charles Darwin para demostrar claramente la historia evolutiva de grupos individuales de animales. El primer árbol ramificado fue construido por el biólogo evolutivo alemán Ernst Haeckel (quien también propuso el término "ecología").
El descubrimiento del ADN hizo posible la creación de tales árboles filogenéticos no solo para los animales y las plantas, sino también para su material genético, lo que permitió comprender mucho más profundamente los procesos subyacentes al concepto de "vida". Para obtener árboles genealógicos, los investigadores realizan un análisis comparativo de las secuencias de los componentes moleculares de los ácidos nucleicos (nucleótidos) o aminoácidos de las proteínas. Los resultados se comparan para diferentes organismos.
Con base en los mecanismos de ramificación de la evolución y mutaciones, utilizando esta técnica, es posible determinar las distancias entre dos ramas en el árbol filogenético, es decir, averiguar en qué medida dos especies se han alejado de su ancestro común y entre sí. (Además, este método ha ayudado a los científicos a encontrar la edad de los organismos antiguos que todavía existen hoy en día en respiraderos volcánicos supercalientes.) La tarea de realizar un análisis comparativo de secuencias es quizás más fácil de entender si hacemos una analogía con un juego de palabras donde uno una palabra larga con el objetivo de formar tantas palabras cortas como sea posible a partir de sus letras constituyentes.
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A finales de la década de 1970, Carl Wose, de la Universidad de Illinois, aplicó el análisis comparativo de secuencias a las moléculas de ARN que se encuentran en todos los seres vivos, lo que resultó en un árbol filogenético más complejo de lo previsto. Las tres ramas principales del árbol correspondían a los tres reinos fundamentales de los organismos vivos: procariotas, arqueas y eucariotas. Los procariotas son microorganismos como las bacterias.
La nueva subdivisión propuesta por Wose, las arqueas, incluye un segundo grupo de bacterias que se encuentran en lugares muy cálidos de la Tierra, como las aguas termales. Los eucariotas son organismos que constan de células grandes que tienen un núcleo formado; esto incluye todos los organismos multicelulares: plantas y animales, incluidos los humanos.
Pero desde principios de la década de 1980, cuando se han decodificado más genomas en los tres reinos, el panorama se ha vuelto más incierto. Los árboles basados en genes distintos del modelo proteico original de Wase resultaron ser completamente diferentes. Además, los genes se reorganizan de formas sorprendentes, incluso inesperadas. Estas variaciones hacen que sea extremadamente difícil rastrear tales genes hasta ancestros comunes y, lo que es aún más desagradable, sugieren que el gen primario, el fundador de la vida, tenía una estructura bastante compleja, más compleja de lo que debería tener el gen "original".
La única solución plausible a este problema es asumir que en lugar de crecer todo el tiempo hacia arriba para formar ramas verticales en las primeras etapas de la evolución de la vida, el árbol desprendió ramas laterales y algunos genes se transfirieron horizontalmente. Esta idea está respaldada por el hecho de que incluso hoy en día, las bacterias pueden transmitir algunos genes en dirección horizontal, incluidos, lamentablemente, aquellos genes que hacen que las bacterias sean resistentes a los antibióticos. Esta conclusión significa que el árbol de la vida, en lugar de tener un hermoso tronco recto, se convierte en algo parecido a un cuadro de Jackson Pollock. Esto es desalentador por decir lo menos.
Pero Karl Wose no se sintió avergonzado. Él planteó la hipótesis de que un organismo unicelular, que durante mucho tiempo se consideró la forma de vida original, podría haber sido una especie de colonia, compuesta por varios tipos de células, capaces de intercambiar información genética horizontalmente con bastante facilidad. Algunos científicos están confundidos por esta ligereza percibida. Significa que el mecanismo de replicación (reproducción) de los genes, que se observa en el ADN y es un mecanismo bastante preciso, se desarrolló en las células solo en un momento posterior. Eventualmente, la colonia tuvo que elevarse a una etapa superior de desarrollo, cuando cada organismo tomó su propia forma. Pero, ¿cuándo sucedió esto?
Entonces, ¿cómo surgió la vida en la tierra?
Hoy en día, los expertos atribuyen fechas completamente diferentes al momento en que los delgados árboles de ADN comenzaron a formar ramas verticales, en el rango de hace solo mil millones de años y casi hasta los 4 mil millones de años previamente asumidos. Como en la situación con la teoría del Big Bang en el origen del Universo, gracias a nuevos descubrimientos y métodos de medición a medida que nuestro conocimiento se expande, las teorías sobre el origen de la vida en la Tierra no se simplifican, sino que se complican. Por esta razón, otras explicaciones del surgimiento de la vida, descartadas durante mucho tiempo como fantásticas, han conservado algunos partidarios.
¿Podría haberse traído vida a la Tierra desde el espacio circundante? Por supuesto, los asteroides, meteoritos y cometas contienen los elementos que forman los componentes básicos de la materia viva, y generalmente se acepta que la vida en la Tierra surgió de una combinación de tales materiales, que ya existen en la Tierra y traídos del espacio. Pero el material de construcción es una cosa y la vida misma es otra muy distinta. Algunos científicos prominentes opinan que la vida primaria fue traída a nuestro planeta desde el espacio ya completamente formado, es decir, no solo las partes constituyentes, sino los organismos mismos. En 1821, Sals-Guyonde Montlivol sugirió que la luna era la fuente de vida en nuestro planeta.
Esta idea revivió en relación con Marte en 1890, cuando el astrónomo estadounidense Percival Lovell (que predijo la existencia del planeta Plutón y calculó su órbita) dijo que los canales visibles en la superficie del planeta rojo solo podían ser construidos por seres inteligentes. William Thomson (Lord Kelvin), quien desarrolló la escala de temperatura perfecta, a fines del siglo XIX, sugirió que los meteoritos trajeron vida a nuestro planeta.
Nadie estaba más obsesionado con ideas como el químico sueco Svante Arrhenius, que ganó el Premio Nobel de 1903 por su trabajo fundador en electroquímica. Según su teoría de la panspermia, las esporas bacterianas esparcidas en el espacio del mundo frío son capaces de viajar largas distancias en un estado de animación suspendida y están listas para despertar si encuentran un planeta hospitalario en su camino. No estaba familiarizado con el problema de la radiación cósmica mortal.
Fred Hoyle promovió alguna versión de la hipótesis de la panspermia en relación con su teoría de un universo estacionario, que se describe en el cap. 1. Hoyle llegó a afirmar que epidemias como la pandemia de gripe española de 1918 fueron causadas por gérmenes del espacio y que la nariz humana había evolucionado para evitar que los agentes causantes de enfermedades ingresaran al cuerpo desde el espacio.
Francis Crick (quien recibió el Premio Nobel de Medicina en 1962 con James Watson y Maurice Wilkins por el descubrimiento de la doble hélice del ADN) y el fundador de la química prebiológica, Leslie Orgel, fueron aún más lejos, apoyando la idea de que la vida fue "sembrada" en la Tierra por representantes de los extraterrestres altamente desarrollados. civilización. Llamaron a esta hipótesis "panspermia dirigida".
Los devotos de los ovnis están, por supuesto, felices de tener al premio Nobel Scream entre sus partidarios, y los escritores de ciencia ficción siempre están listos para lanzarse a este tipo de ideas. Los canales marcianos de Lovell inspiraron a HG Wells en cierta medida en la famosa Guerra de los Mundos, publicada en 1898. Si bien muchos científicos respetados protestan abiertamente contra la idea de la panspermia, ya sea directa o indirectamente, algunos son más cautelosos.
Christian de Duve escribió: “Con partidarios tan famosos, la hipótesis de la panspermia difícilmente puede ser rechazada sin un análisis detallado”, a pesar de que, en su opinión, tales teorías no tienen evidencia convincente. Esta conclusión se hizo en 1995, pero al año siguiente, el mundo entero dio la vuelta a los titulares con una declaración de la NASA.
El informe de la NASA se refería a una de las rocas descubiertas en 1984 en la Antártida. Las muestras eran fragmentos de un meteorito llamado SNCs (pronunciado "snix"), una abreviatura de los nombres de los lugares donde se encontraron los primeros tres fragmentos, Shergotty - Nakhla - Chassigny. En una conferencia de prensa dedicada a este evento, una muestra de la roca yacía sobre una almohada de terciopelo azul, y el jefe de la NASA, Dan Goldin, se dirigió a los presentes con las palabras: "Ni hoy ni mañana sabremos si solo existe vida en la Tierra", lo que resultó ser una gran manera atraer la atención de los periodistas.
Luego, los científicos de la NASA hablaron sobre lo que definitivamente se sabía sobre estas rocas. Los estudios han demostrado que se formaron en Marte hace unos 4.500 millones de años. Durante 500 millones de años, la roca estuvo bajo la superficie de Marte, pero después de que aparecieron grietas en la superficie de Marte como resultado de impactos meteóricos, quedó expuesta al agua. Nuevos eventos ocurrieron con esta roca hace unos 16 millones de años, cuando un objeto espacial, tal vez un asteroide, cayó sobre Marte, como resultado de lo cual un fragmento de la corteza marciana fue arrojado al espacio circundante.
Después de viajar en el espacio durante millones de años, este fragmento cayó en la Antártida hace solo 16.000 años. En 1957, el escritor de ciencia ficción James Blish lanzó la novela Cold Year, que se centró en la roca encontrada en el Ártico y resultó ser el remanente de un planeta destruido por los marcianos durante la guerra de dos mundos, lo que hizo que el héroe exclamara: "La historia del universo en un cubo. ¡hielo! " Los eventos de la conferencia de la NASA fueron menos dramáticos, aunque los periódicos hicieron todo lo posible por exagerar la historia.
La roca, descubierta por la NASA, contenía carbonatos similares a los que se forman en nuestro planeta con la participación de bacterias. También se encontraron sulfuros de hierro de grano fino y otros minerales que se asemejan a los productos de desecho de las bacterias. Además, utilizando un microscopio electrónico de barrido, se identificaron estructuras diminutas que podrían ser restos fósiles de bacterias marcianas: estaban sumergidas tan profundamente que no podían formarse en la Tierra.
No queriendo avergonzarse, los funcionarios de la NASA tenían un científico a mano que dijo que estas estructuras eran demasiado pequeñas para ser bacterias y que los carbonatos parecían haberse formado a temperaturas muy altas incompatibles con la vida. Sin embargo, sus comentarios escépticos de ninguna manera pudieron evitar la aparición de titulares gigantes gritando en los periódicos: "¡Vida en Marte!"
La posterior discusión de este tema por parte de los científicos se llevó a cabo sobre la base de una terminología científica que puede asustar a cualquier periodista. El problema podría resolverse si se pudiera abrir una de esas diminutas aristas fosilizadas. Si encontramos una pared celular, o mejor aún, un fragmento de una célula, obtendríamos una respuesta.
Desafortunadamente, no existe una metodología desarrollada para tal investigación. Cuando todavía se reciba la respuesta, incluso si es positiva, muchos científicos probablemente dirán que esto solo prueba que la vida en Marte, como en la Tierra, existió en forma de bacterias. Esto no será evidencia de que la vida se originó en Marte y fue traída a nuestro planeta (o viceversa), y no confirmará la teoría de la panspermia. Pero ahora ya no se puede argumentar que no hay ningún fundamento para asumir tales posibilidades.
J. Malone
