Soy una profesora de Biología, Física y Matemática que ha decidido compartir algunos de sus conocimientos. En este sitio encontrarás material teórico, ejercicios resueltos y explicados escritos por mi y otros docentes.

Origen de la Vida

Autora: Silvia Sokolovsky

El paradigma: estructura de la ciencia. 

La ciencia necesita un marco teórico sobre el cual contrastar los datos obtenidos por experimentos y observaciones. Los "paradigmas" representan esos "apoyos" a partir de los cuales los hombres de ciencia se impulsan para explicar sus hipótesis (ideas). Un Paradigma provee un esquema general al área de conocimiento correspondiente a partir del cual se explora, a fondo, las consecuencias del mismo.   La ciencia sin paradigmas se mueve a ciegas, recopilando datos al azar, con ideas contrapuestas.  El estado preparadigmático de la ciencia atrae, generalmente, la atención del público, pero es frustrante para los científicos que trabajan en ellos. Un ejemplo típico es el estudio de la existencia de vida fuera de nuestro planeta. En ausencia de una "idea regidora" (paradigma) se tejen miles de especulaciones.   A medida que transcurre el tiempo triunfa una escuela de pensamiento sobre las demás, pues su forma de interpretación responde con mayor certeza, haciendo mejores predicciones respecto a lo que debe esperarse en ese contexto.  La vencedora se instala como paradigma rector. Ejemplo, a principio del siglo XX  la teoría atómica de la materia se estableció como paradigma a partir del cual los nuevos investigadores desarrollaron la física cuántica.

Por supuesto que los paradigmas no son inmutables, la ciencia es perfectible. En ocasiones, nuevas piezas se incorporan al rompecabezas científico pero no encajan en el paradigma regidor. Poco a poco se van resolviendo y van apareciendo otros nuevos. Pero, de vez en cuando, surgen problemáticas que obligan a rever las ideas regidores. A medida que se intentan resolver estos problemas, se multiplican y se hacen más evidentes. A la larga, llegan a ser una amenaza para el propio paradigma. En ciertos casos, las dificultades crecen tanto que derrumban al paradigma, y es necesario reemplazarlo por otro. Se ha producido una "revolución científica".

La historia del origen de la vida se entiende mejor desde este punto de vista.  Un paradigma que llevaba siglos imponiéndose "la generación espontánea"  zozobró en el siglo XVIII, pero se tuvo que esperar al siglo XX para que un nuevo paradigma surgiera (Oparin - Haldane) que sigue vigente hoy en día.

Distintas concepciones sobre el origen de la vida. 

Durante mucho tiempo, la investigación de los orígenes de la vida no fue más que un debate basado en la metafísica y las creencias religiosas, hasta que la idea de un origen natural (sin la "mano" divina) empezó a rondar la mente de algunos filósofos griegos. A través del tiempo se instauraron dos pensamientos antagónicos. Por un lado algunos pensadores suponían que la vida había aparecido en la Tierra y que había ido cambiando; por el otro estaban los que creían que la vida se estaba formando constantemente en la Tierra. Este paradigma constituyó lo que se llamaría Generación espontánea.

El término generación espontánea refleja la experiencia de numerosos observadores que se remontan a Babilonios, la China antigua y la Grecia clásica. Justamente, un griego, Empédocles de Agrigento, suponía que de la tierra salían partes del cuerpo, que partían de la materia inanimada surgiendo luego materia orgánica, torsos sin cabeza, cabezas extremidades, todos de formas diferentes. Estas formas iban vagando por la tierra hasta que se juntaban. A veces, se juntaban partes que no se correspondían, dando lugar a monstruos, que eran eliminados por la naturaleza y únicamente quedaban vivas las partes correctas.  (Por más ridículas que nos parezca esta suposición, no hay que olvidar que los griegos basaban sus "ideas" en el razonamiento sin darle mucha importancia a lo que se veía en realidad).  Aristóteles (un famoso filósofo griego que tuvo una importante participación, involuntaria, en el atraso generado durante la edad media) criticaba a Empédocles y según decía él: "la naturaleza nunca hace nada sin motivo". De la tierra salían organismos completamente formados. Pero al ser lento y gradual el tránsito de la materia muerta a la materia viva  no lo veíamos, según decía él: "Del queso salen gusanos, de los intestinos salen solitarias, del cielo ratones, y las anguilas salían de los intestinos de la Tierra." Estas ideas persistieron hasta el siglo XVII. 

El derrumbe del paradigma de la generación espontánea comenzó al momento que se sustituyó la observación pasiva por la experimentación. En el año 1674 un médico italiano, Francesco Redi, llevó a cabo un experimento que fue el primer puntapié para echar abajo el paradigma de la generación espontánea. Tomó unos recipientes y metió en ellos carne de serpiente, al cabo de unos días comprobó estaban llenos de gusanos. Recogió algunos y transcurrido un tiempo observó como se transformaban en moscas. Así que no se trataba de gusanos sino de larvas de moscas.  Repitió la experiencia pero esta vez tapó con gasa los frascos con carne, de manera que las moscas no podían llegar al contenido interno de los frascos. No se desarrollaron larvas en la carne, pero aparecieron huevos sobre la gasa. Quitó, entonces la cubierta protectora y al poco tiempo las larvas aparecieron sobre el trozo de carne. 

Se había demostrado que su origen eran las moscas y no la generación espontánea. Pero el paradigma sobrevivió.

Un caso aceptado por muchos científicos era el de la generación espontánea de los microbios, llamados en ese tiempo "animáculos"  . En 1674 aparece el primer microscopio construido por un científico holandés de nombre Antoine van Leeuwenhoek (1632-1723), contemporáneo de Redi. Con el microscopio Leeuwenhoek observbó las más diversas sustancias; en ellas solían aparecer una cantidad creciente de seres que se desplazaban, comían, se movían, y se dividían, por lo tanto, supuso (correctamente) que esos seres tendrían que ser seres vivos completos. Suponía que estos seres (a los que se denominó infusorios) no aparecían por generación espontánea, sino que cuando el H₂O se evaporaba, se quedaban en la tierra o bien se iban para el aire, y que éstos se reactivaban cuando se encontraban de nuevo en contacto con el H₂O.

John Turberville Needham, sacerdote Jesuita y naturalista inglés del siglo XVIII afirmaba haber observado la generación espontánea de estos animáculos en caldos de cultivo preparados por él. Needham cocinó caldo de carne en diversos recipientes para matar los microorganismos que se encontraran dentro; los dejó enfriar tapándolos. Los volvió a calentar para asegurarse la esterilización del aire contenido en su interior, dejándolos reposar unos cuantos días. Dado que había encontrado microorganismos en el caldo tras abrir los recipientes, creía que esto demostraba que la vida surgía de la materia no viviente, así que concluyó que habían nacido por generación espontánea.

Lazaro Spallanzani (1729-1799), sacerdote científico italiano (que fue uno de los fundadores de la biología experimental), poseía opiniones opuestas a las de Needham. Diseñó experimentos para refutar los realizados por Needham, prolongando el periodo de calentamiento y sellando con más cuidado los recipientes. Spallanzani pudo demostrar que dichos caldos no generaban microorganismos mientras los recipientes estuvieran sellados. La conclusión fue que al no aparecer ni un resto de microorganismos se demuestraba que no había generación espontánea. Needham no agradeció la elegante refutación de su teoría, sino que modificó su teoría para satisfacer las nuevas circunstancias. Explicó sus resultados diciendo que al hervir el caldo “se había matado el poder creador del caldo”.

En 1862 Louis Pasteur, aplicando verdaderas técnicas de investigación (prueba, testigo y contra prueba), demostró que el aire contiene gran cantidad de microorganismos al hacer pasar aire por un filtro de algodón, con lo que todos estos seres se quedaban atrapados. Posteriormente ideó la manera de esterilizar a temperatura ambiente; cerró un matraz con un cuello estrecho, parecido al de un cisne (cuello de cisne), pero abierto al exterior. Hirvió el contenido del matraz, que era un caldo de cultivo, y lo dejó enfriar. Pero aunque el matraz estaba en contacto con el aire no se desarrollaban los microorganismos al quedar atrapados en la superficie del cuello de cisne, y al abrirlo, la proliferación de microorganismo era la normal, y con lo que probó que el caldo no había sido "estropeado" al haber sido calentado.

Pasteur resumió su investigación en una conferencia en Sorbona en 1864. No obstante, muchos siguieron creyendo en la generación espontánea de los organismos minúsculos que se podían observar al microscopio en infusiones de heno (microorganismos llamados por ello infusorios), incluso Georges Buffon, Lamarck y Cuvier.

Surge un nuevo Paradigma: Teorías modernas sobre los orígenes de la Vida.

Hasta la segunda mitad del siglo XIX, la sociedad era creacionista, es decir, pensaba que había sido Dios el creador de todos los animales superiores, como dice la Biblia.

En el siglo XIX algunas teorías intentaron sustituir a la generación espontánea, como la de la preformación. Según esta teoría, en el momento de la concepción, cualquier organismo en fase embrionaria está preformado y es una réplica perfecta de la estructura del adulto. Esta estructura crece gradualmente nutriéndose del huevo y del ambiente. Algunas preformistas propusieron que este adulto en miniatura estaba contenido en el óvulo materno (ovistas), mientras otros sugerían que estaba en el fluido seminal paterno (animalculistas). La forma más extrema de esta teoría era el emboitement (encajamiento), propuesto por Bonnet y otros, en el que el miembro inicial de una especie contenía en su interior y los "gérmenes" preformados de todas las generaciones futuras. Para los preformacionistas resultaba exacto imaginar una época en la que la naturaleza elaboró y originó, al mismo tiempo, a todo el conjunto de la creación (pasado, presente y futuro) que imaginar una creación continua.

Otra teoría creacionista fue la epigénesis, según la cual, el desarrollo de un embrión avanza a través de una diferenciación gradual de tejidos inicialmente uniformes e indiferenciados, hasta llegar a formar órganos que no estaban presentes en el momento de la concepción. Al principio se pensó que esta diferenciación se producía gracias a fuerzas místicas, no explicable por principio físico o químico; en la época de Von Baer, diferenciación y crecimiento eran aceptados como fenómenos naturales y explicables. Además, la primera síntesis bioquímica extra orgánica de un compuesto orgánico (urea), realizada por Wohler en 1828, demostró que no había esencias místicas.

Fue en este ambiente de biología racional donde aparecieron los primeros conceptos evolutivos.

Uno de los primeros evolucionistas fue Charles Darwin (al mismo tiempo que Wallace), que respondió científicamente a varios interrogantes más significativos de los creacionistas; su teoría se basaba en dos preceptos:

1) En cualquier especie existen numerosas variaciones de un individuo a otro.

2) Los hijos tienden a parecerse más a los padres que a cualquier otro miembro de la población escogido al azar; de este modo, los hijos de los mejor adaptados al medio, sobrevivirán mejor y tendrán más descendencia, evolucionando la especie.

Darwin supuso que el mundo orgánico podía haber surgido por transformaciones del inorgánico.

También en el siglo XIX surgió la idea de que la vida tenía un origen extraterrestre: los meteoritos que chocaron contra nuestro planeta habrían depositado gérmenes procedentes de otro. En 1906, el químico Svante Arrhenius propuso la hipótesis de que los gérmenes habían sido transportados por la radiación luminosa. Estas teorías fueron refutadas algunos años más tarde por Paul Becquerel, quien señaló que ningún ser viviente podría atravesar el espacio y resistir las rigurosas condiciones que reinan en el vacío (temperatura extremadamente baja, radiación cósmica intensa, por ejemplo). Además, estas soluciones a medias no hacen sino desplazar el problema, pues, aun admitiendo el origen extraterrestre de la vida, quedaría por averiguar cómo ha aparecido en otros planetas.

La cuestión del origen de la vida no comenzó a avanzar hasta la década de 1920, cuando empezaron a precisarse los conocimientos sobre el origen de la Tierra.

La primera teoría coherente que explicaba el origen de la vida la propuso en 1924 el bioquímico ruso Alexander Oparin. Se basaba en el conocimiento de las condiciones físico-químicas que reinaban en la Tierra en sus primeros cientos de millones de años después de generarse el sistema solar. Oparin postuló que, gracias a la energía aportada primordialmente por la radiación ultravioleta procedente del Sol y a las descargas eléctricas de las constantes tormentas, las pequeñas moléculas de los gases atmosféricos (H₂O, CH₄, NH₃) dieron lugar a unas moléculas orgánicas llamadas prebióticas. Estas moléculas, cada vez más complejas, eran aminoácidos  y ácidos nucleicos. Según Oparin, estas primeras moléculas quedarían atrapadas en las charcas de aguas poco profundas formadas en el litoral del océano primitivo. Al concentrarse, continuaron evolucionando y diversificándose.

Esta hipótesis inspiró las experiencias realizadas a principios de la década de 1950 por el estadounidense Stanley Miller, quien recreó en un balón de vidrio la supuesta atmósfera terrestre de hace unos 4.000 millones de años (es decir, una mezcla de CH₄, NH₃, H, H₂S y vapor de agua). Sometió la mezcla a descargas eléctricas de sesenta mil voltios, que simulaban tormentas. Después de apenas una semana, Miller identificó en el balón varios compuestos orgánicos, en particular diversos aminoácidos, urea, ácido acético, formol, ácido cianhídrico y hasta azúcares, lípidos y alcoholes, moléculas complejas similares a aquellas cuya existencia había postulado Oparin. 

Todos los seres vivientes están formados por células, si se prescinde de los virus; cada una de ellas encerrada por una membrana pasmática que la aísla del medio externo. Se pueden formar membranas bilipídicas en ausencia de vida. Esto ya lo demostró Oparin, quien, en efecto, obtuvo en el curso de sus experimentos unas pequeñas gotas ricas en moléculas biológicas y separadas del medio acuoso por una membrana rudimentaria. Estas ‘gotitas’, a las que llamó coacervados, recuerdan a células rudimentarias. Otros investigadores han obtenido también estructuras similares. La teoría de Oparin se vio reforzada por los descubrimientos de un paleontólogo francés que identificó estructuras de este tipo con una antigüedad de tres mil millones de años; se llaman cocoides, y se consideran antepasados de las bacterias.

Más difícil es explicar la formación de las proteínas celulares. La cuestión es la siguiente: ¿qué moléculas surgieron en primer lugar: los ácidos nucleicos, indispensables para la síntesis de proteínas, o las proteínas, cuya actividad enzimática es a su vez indispensable para sintetizar aquéllas a partir de los ácidos nucleicos? El descubrimiento de partículas de ARN permite resolver el dilema. En efecto, estas moléculas, decodificada por los ribosomas, son capaces de transmitir la información necesaria para la síntesis de las proteínas y, a su vez, despliegan una actividad enzimática que les permite sintetizar proteínas. Así, la primera forma de vida terrestre probablemente fue una célula simple que encerraba un ácido nucleico similar al ARN dentro de una membrana rudimentaria capaz de reproducirse por división.

Hoy en día existen teorías que contradicen los experimentos de Urey y Miller ya que no hay realmente indicios de que la atmósfera primitiva haya tenido los componentes que se indican en el experimento. El problema radica en que el salto evolutivo desde "esas" moléculas hasta la confección de la célula más simple, es enorme. Hasta ahora, nunca de la "mezcla" de componentes orgánicos, expuestos a los más diversos experimentos, ha salido ninguna ni célula . . . así que esta historia espera por su próxima página . . .