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Origen de la Vida...


Contenidos a trabajar:


- Distintas explicaciones sobre el origen de la vida
- Teoría de Oparin y Haldane
- Características de la Tierra Primitiva
- Surgimiento de moléculas complejas
- Primeras formas de vida
- Nutrición de los primeros organismos vivos
Relación entre la aparición de la vida, los cambios en la atmósfera y la evolución de las formas de nutrición

Actividades y contenidos..... Ver aquí.

La Tierra Primitiva

Hace 4.600 millones de años, cuando se originó la Tierra, nuestro planeta era una masa de roca fundida con una temperatura de 1.500 °C y constantemente bombardeada por meteoritos. Las temperaturas elevadas permitieron que los elementos se encontrasen en estado líquido, los metales más pesados (hierro y níquel) se hundieron en el núcleo terrestre, mientras que los metales más livianos (silicio, oxígeno, magnesio y aluminio) se combinaron y formaron la superficie.

Algunos gases livianos como el argón, neón y nitrógeno quedaron atrapados alrededor de la Tierra, pero rápidamente se dispersaron por acción del Sol.

Un fenómeno frecuente en la Tierra primitiva era el vulcanismo, debido a la presencia de rocas fundidas por la elevada temperatura. Muchos gases fueron liberados de las rocas y pasaron a formar parte de la atmósfera primitiva como el amoníaco (NH3), sulfuro de hidrógeno (H2S), metano (CH4), hidrógeno (H2), dióxido de carbono (CO2), helio (He), Nitrógeno (N2) y vapor de agua (H2O); algunos de estos gases actualmente resultarían tóxicos para la mayoría de los seres vivos.

En la atmósfera primitiva no había oxígeno, y tampoco existía la capa protectora de ozono, que se formaría posteriormente a partir de la reacción entre las moléculas de oxígeno. Al no haber capa de ozono, las radiaciones ultravioleta que provenían del Sol y estaban cargadas de energía, impactaban directamente en la superficie del planeta, junto a las descargas eléctricas presentes en la atmósfera.

El vapor de agua con el paso del tiempo y el descenso gradual de la temperatura se habría condensado, formando parte de la hidrósfera de la Tierra.

                         ¿Sería posible que la vida se desarrollará en tales condiciones? 


Trabajando la Curiosidad…

El trabajo sobre el origen de la vida genera más preguntas que respuestas… intentemos responder algunas y dejar otras abiertas para seguir pensando…
Las siguientes preguntas fueron realizadas por los alumnos de 2º año luego de ver el video “Origen de la Vida” … A medida que sigan surgiendo preguntas... vamos a intentar contestarlas todas...


¿Cómo surgió el pez extraño (minuto 40:00)?

El nombre del pez extraño es “tiktaalik”. El video nos habla de la evolución de las especies en particular de la conquista de los animales a los ambientes terrestres, piensen que durante millones de años la vida fue evolucionando producto de cambios en los ambientes y de mutaciones genéticas, lo que permitió que ciertas especies pudieran adoptar algunas características particulares que les permitieron dominar algunos ambientes. Este es el caso particular de algunas especies de peces que pudieron utilizar sus aletas delanteras como patas para empezar a desplazarse, al principio no se podían alejar mucho de las superficies con agua, pero luego de un tiempo lo pudieron hacer y dominar otros ambientes. Los ejemplos de las especies actuales que responden a este tipo de adaptaciones son los anfibios que viven una parte de sus vidas en ambientes acuáticos y luego tras la metamorfosis, realizar un cambio en sus cuerpos y transformar sus aletas en patas y vivir fuera del agua, aunque dependen de la humedad de los ambientes para poder sobrevivir.

¿Por qué una semilla a diferencia de las otras puede sobrevivir lejos del agua?

Algo similar al ejemplo del “tiktaalik” sucedió con las plantas, primero adaptándose a ambientes húmedos y luego pudiendo desarrollar estructuras que permitieran vivir en la superficie. Las semillas están especialmente adaptadas, luego de millones de años de evolución, para sobrevivir en ambientes terrestres, la cubierta y reserva de alimento que guardan las semillas en su interior le permiten sobrevivir. Las primeras plantas tenían una dependencia a lugares húmedos y luego de un tiempo pudieron adaptarse, mediante mutaciones genéticas, a los ambientes terrestres. Un ejemplo actual de estas especies son los musgos que siguen dependiendo de lugares húmedos para poder cumplir su ciclo de vida.


¿Porque se produjo esa erupción?

Las erupciones volcánicas son algo cotidiano en el Planeta, desde su formación hasta nuestros días continúan formándose los volcanes. El tiempo de su formación escapa a nuestro tiempo de vida, piensen que las montañas y los volcanes, tienen su formación en el movimiento de las placas tectónicas (ya lo explico en la pregunta de Pangea) procesos que duran millones de años, que nuestra existencia no alcanza a observar.

¿Porque se rompe Pangea?

Pangea, del griego “Pan=todo y Gea=Tierra”, era un único continente que tiene su origen en la Teoría de la Tectónica de Placas. Esta Teoría explica que, en la superficie del planeta, la corteza (formada por elementos más livianos, por eso está en la superficie) está en constante movimiento sobre el manto de la Tierra, este movimiento genera que grandes superficies de tierra se desplacen, choquen y formen montañas, volcanes, tsunamis, terremotos, etc. Todos estos fenómenos tienen su origen en esta teoría. Imaginen las fuerzas que están implicadas en estos movimientos “muy grandes” para poder desplazar un continente entero, y poder separar grandes superficies de tierra. Estos movimientos son algo habitual que estuvo en la tierra durante su formación y que no sigue acompañando hasta hoy en día. 

¿Cómo sabemos que nuestros ancestros son los primates?

Sabemos que los primates son nuestros ancestros por las evidencias fósiles que se encontraron y que se siguen encontrando, podemos por el estudio de los fósiles encontrados deducir que nuestros ancestros son los primates. El resto fósil más antiguo encontrado es de una especie llamada “Australopithecus”. Estudiando la evolución, uno de los temas que vamos a trabajar este año, vamos a entender de qué manera una especie puede cambiar con el tiempo y formar nuevas especies, algo similar a lo que nos sucedió a nosotros como especies.

¿Qué fue lo que investigo Pasteur?

Louis Pasteur fue un químico y bacteriólogo, francés. Dedico su vida a la ciencia y dentro de los tantos descubrimientos que realizo, los más importantes es la técnica de la pasteurización, esterilización, estudio la estructura de compuestos químicos, el proceso de fermentación, origen de las enfermedades infecciosas, vacunas, etc. Fue un pionero para su época y se considera el padre de la microbiología.


¿Cuáles son los rayos ultravioletas y los normales?

La radiación solar o “la luz” se puede dividir en distintas longitudes de onda, esto significa que la luz puede tener diferentes formas de desplazarse en una cierta distancia, dependiendo de estos movimientos hay longitudes de onda que pueden ser más dañina que otras.
La radiación ultravioleta es una de más dañinas para las especies vivas, porque causa que las frecuencias de las mutaciones genéticas ocurran en menor tiempo, pero como también es dañina es fuente para la evolución de los seres vivos, y permite que ciertas especies incorporen nuevas características que le permitan adaptarse a los ambientes. Existen otros tipos de radiaciones como que son necesarias para la vida, como por ejemplo la radiación que utilizan las plantas para realizar la fotosíntesis. Otros ejemplos de rayos son los rayos infrarrojos, rayos x, rayos gamma, y la luz visible.


¿En un momento en la Tierra hacia siempre calor? ¿No frío?

En la tierra primitiva la temperatura que había en la superficie era muy alta, con el paso del tiempo y la ralentización (disminución de la velocidad con la que se movía), junto a la menor cantidad de meteoritos que impactaron en la superficie, producto de la formación del Sistema Solar, provocaron que la temperatura del planeta fuera disminuyendo hasta los valores actuales. Otro efecto interesante que afecta a la temperatura del Planeta, es el efecto invernadero, es decir que los gases presentes en la atmósfera como el CO2 (dióxido de carbono) permiten que parte de la radiación solar permanezcan en la superficie, lo que hace aumentar la temperatura de la atmósfera. Es interesante ver como la acumulación de estos gases, hoy en día están provocando el cambio climático por un aumento de la temperatura en la superficie.

¿Por qué sobre el agua el oxígeno se transformó en atmósfera?

El agua es una molécula formada por H2O (dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxigeno) este elemento está presente desde la formación de la Tierra, y es parte de distintos ciclos que permiten su renovación y reutilización en el agua y en la atmósfera. Cuando durante millones de años los volcanes liberaron gases en la atmósfera, parte de esos gases eran vapor de agua que fue gradualmente incorporado a la atmósfera. Con el paso del tiempo, millones de años, la acumulación del oxígeno permitió que primero se oxidaran los elementos de la superficie y luego, formar la capa de ozono y acumularse en la atmósfera para pasar a ser un elemento más. Además de las lluvias frecuentes que acompañan al planeta permite que el oxígeno recorra un ciclo sin fin entre el agua y la atmósfera.

¿Por qué antes el Planeta tenía muchísimas islas volcánicas?

Cuando se formó el Planeta las altas temperaturas hicieron que los metales hasta los más pesados estuvieran en estado líquido, esto provoco que los metales pesados se hundieran hasta dirigirse al núcleo y los más livianos permanecieran en la superficie, entre el núcleo y la superficie se encuentra el manto, una extensión de millones de kilómetros de roca fundida que encontramos bajo nuestros pies. El manto está continuamente incorporando y expulsando material de la superficie, lo que genera el movimiento de las placas tectónicas (anteriormente explicado), esta expulsión de material del manto se acumula en ciertos lugares lo que se conoce como “pluma del manto” al acumularse forma montañas, en principio en los fondos oceánicos y si esa acumulación continua se extiende en la superficie del Planeta formando islas o volcanes oceánicos. Este fenómeno en la formación de la Tierra era muy común, por lo tanto, era algo cotidiano, hoy en día también encontramos este tipo de fenómenos, como por ejemplo las islas de Hawaii.

¿Por qué hace millones de años los días duraban 22 horas?

Se supone que la Tierra hace muchos años atrás, millones de años giraba a mayor velocidad que la actual, debido al impacto del protoplaneta que formo la luna, provoco esta rotación a mayor velocidad y la cercanía de la Luna provocaba un giro mucho mayor. Como la Luna se está alejando, muy poco por año, el giro de la Tierra se va haciendo cada vez más lento. Eso explica porque antes los días duraban menos tiempo que ahora.

¿Por qué en un momento de la tierra los volcanes se despertaban haciendo la extinción Pérmica?

Las extinciones masivas son fenómenos que a lo largo de la historia de nuestro planeta sucedieron en más de una oportunidad, se calcula que hubo 5 grandes extinciones, por lo impactante que resulto la que más se conoce es la extinción de los dinosaurios que permitió a los mamíferos dominar los ambientes. Pero si hablamos de extinciones masivas la extinción del Pérmico es una de las más impactantes, cerca del 90% de los organismos marinos y 70% de los organismos terrestres se extinguieron. Muchas especies se perdieron. Entre las causas de esta extinción aparece la hipótesis del vulcanismo, no considero que haya sido un súper volcán, sino muchos volcanes que liberaron gases tóxicos a la atmósfera que aumentaron el efecto invernadero e impidieron a las plantas realizar la fotosíntesis por no llegar la radiación solar a la superficie. Estos gases también contaminaron los ambientes acuáticos, matando muchísimas especies. Al morir los seres vivos que producen alimento como las plantas y algas, los demás animales se quedan sin alimentos y comienzan a morir, y así sucesivamente, se rompen las cadenas alimenticias o tróficas. Como se explicó antes, y volviendo a la pregunta, los volcanes son un fenómeno natural típico de nuestro Planeta.

¿Cómo es que a 16.000 km de distancia caían cenizas de las erupciones o sea cómo llegaron?

Los volcanes expulsan inmensas cantidades de gases a la atmósfera que alcanzan una altura considerable, sumado a los vientos fuertes y las corrientes, pueden hacer que ciertas sustancias alcancen miles de kilómetros. En nuestro tiempo, en varias oportunidades aeropuertos de partes muy distantes han suspendido los vuelos por estas razones. En el año 2008, entro en erupción el volcán Chaitén en Chile, ocasionando muchos perjuicios en Argentina, toneladas de cenizas viajaron miles de kilómetros hasta llegar a suspender vuelos en el Aeropuertos de Argentina, además de otras cuestiones como la muerte del ganado y contaminación, las ciudades cercanas aparecían en las imágenes como cubiertas de nieve, pero en realidad era ceniza volcánica, muy toxica para respirar, también la gente de estas ciudades debía salir con barbijos a las calles.

Origen de la Vida (PARTE 2)

Teoría de la panspermia

«Esta hipótesis de la panspermia defiende que la vida se ha generado en el espacio exterior, y que por él viaja de un sistema a otro. Fue Anaxágoras en Grecia, en el siglo VI a.C., el primero que la formula, pero fue a partir del siglo XIX cuando cobra auge debido a que los análisis realizados en meteoritos demuestran la existencia en ellos de materia orgánica. Uno de sus máximos defensores, el químico sueco Svante Arrhenius, afirmaba que la vida provenía del espacio exterior en forma de esporas (estructuras reproductivas que presentan algunas bacterias) que viajaban impulsadas por la radiación de las estrellas.»


Las bases de la vida

¿Cómo era la Tierra hace 4.500 millones de años?

  • La atmósfera primitiva estaba formada por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), amoniaco (NH3), vapor de agua (H2O) y sulfuro de hidrógeno (SH2). Era una atmósfera que carecía de oxígeno. 
  • La Tierra estaba sometida a una intensa radiación debida a la radiación solar ultravioleta, tormentas eléctricas, radiactividad natural, viento solar, actividad volcánica y rayos cósmicos, con lo que la reactividad de los gases sería muy alta y reaccionaría de forma espontánea. 
  • La Tierra estaba cubierta por agua líquida, caldo de cultivo de toda esta mezcla.

Hipótesis de Oparin

Alexander Oparin lanzó en 1930 una hipótesis de la aparición de la vida en la Tierra. Propuso que la primitiva atmósfera terrestre contenía metano, hidrógeno y amoniaco. La presencia de agua la atribuyó al vapor que acompañaba las abundantes emisiones volcánicas de la época, tal y como ocurre en la actualidad.
Las altas temperaturas, los rayos ultravioleta y las descargas eléctricas en la primitiva atmósfera habrían provocado reacciones químicas de los elementos para formar primitivos aminoácidos (materia orgánica). De los aminoácidos pasaríamos a las primitivas proteínas sencillas.
Millones de años de lluvias crearon los mares cálidos y arrastraron las moléculas hacia ellos, donde se combinaron hasta formar los coacervados (un coacervado es un agregado de moléculas que se mantienen unidas por fuerzas electrostáticas).
Algunos tendrían capacidad catalizadora (enzimas y fermentos), encargándose de diferentes reacciones químicas y del paso de unas moléculas a otras, algunas de ellas con capacidad de duplicación. Los primeros lípidos y proteínas envolvieron los primitivos ácidos nucleicos, creándose así los precursores de las células.


La síntesis experimental de materia orgánica sencilla. Para probar la hipótesis de Oparin, en 1953 Stanley Miller ideó un experimento: en un circuito cerrado, con tubos y balones de vidrio, simuló las condiciones de la atmósfera primitiva (calor, descargas...). Metió dentro los supuestos componentes inorgánicos y lo dejó funcionando una semana. Aparecieron compuestos orgánicos en el líquido resultante, que antes no estaban. Repitió el experimento varias veces con idénticos resultados. Comprobó así la aparición de materia orgánica a partir de materia inorgánica. Otra cosa es comprobar la formación de las moléculas más complejas.


¿Cómo se obtuvieron moléculas complejas (ácidos nucleicos, proteínas)? La síntesis artificial de materia orgánica compleja.

En estos momentos se barajan diferentes hipótesis que expliquen la formación de moléculas más complejas, puesto que el experimento de Miller demuestra sólo que se pudieron formar moléculas orgánicas sencillas.
Los siguientes pasos debieron ser:

  • Unión de moléculas sencillas para formar moléculas más complejas como ácidos nucleicos y proteínas.
  • Formación de agregados de estas moléculas sintetizadas de forma abiótica en pequeñas gotas o protobiontes, con un medio interno con características diferentes del ambiente exterior.
  • La capacidad de crear copias y el origen de la herencia.


¿Cómo se forman los ácidos nucleicos y las proteínas? La síntesis de ácidos nucleicos.

Resulta difícil aceptar la formación de grandes moléculas como proteínas o ácidos nucleicos en las condiciones propuestas por Oparin. Hay que tener en cuenta que cada una de las proteínas de nuestro organismo está formada por muchas moléculas más pequeñas, diferentes, los aminoácidos. Además la síntesis de las proteínas se realiza siguiendo un orden determinado, que sabemos que está marcado por la información contenida en los ácidos nucleicos.
Es por ello que resulta difícil asimilar que la formación de este tipo de moléculas ocurriera tal y como proponía Oparin. Actualmente se barajan varias hipótesis:

  • Génesis mineral: Es probable que estas grandes moléculas se sintetizaran sobre superficies arcillosas, de manera que la arcilla u otro mineral actuara atrayendo y facilitando la unión de todas esas pequeñas moléculas en mayores moléculas. 
  • Las fuentes hidrotermales: En los océanos, cerca de las dorsales oceánicas, existen todos los precursores disueltos, como CH4, CO2 y NH3 junto con altas temperaturas. Es en estos lugares donde se podría haber producido la formación de las biomoléculas, puesto que la pirita, un mineral rico en hierro, habría facilitado la formación de las grandes biomoléculas. 
  • El mundo del ARN: Esta hipótesis supone que la primera gran biomolécula formada en los mares primitivos sería el ARN, el cual puede almacenar información e incluso puede actuar aumentando las velocidades de reacción. Es a partir de esta biomolécula cuando empezarían a sintetizarse las primeras proteínas, y la propia biomolécula sufriría un proceso de cambio funcional para formar ADN, más estable.


Origen de la Vida (PARTE 1)

De la síntesis prebiótica a los primeros organismos: principales hipótesis.

Debes saber que…

  • Una de las preocupaciones más antiguas del ser humano es saber cómo se originó la vida. A lo largo de los años, el hombre siempre se ha interesado por saber el origen de la vida en el planeta.
  • También ha sido uno de los temas más espinosos para la biología entender y explicar el origen de la vida, esa gran incógnita que acompaña a la humanidad desde épocas milenarias y que hoy en día, aún sigue buscando la respuesta.
  • Este interrogante ha dado la pauta a muchas investigaciones científicas para conocer la verdad sobre los eventos que precedieron a la aparición de los seres vivos. En su afán por encontrar una explicación, los científicos de diferentes épocas propusieron algunas teorías basadas en explicaciones mágicas, religiosas y mitológicas, y más recientemente, en investigaciones científicas.
  • Las investigaciones realizadas desde la Antigüedad han permitido establecer diversas teorías que intentan explicar cómo surge la vida y cómo aparecieron los seres vivos.


Debate sobre el origen de la Creación. La «teoría» creacionista

En la cultura occidental, durante mucho tiempo, se ha aceptado como válido lo escrito en la Biblia, más concretamente en el Génesis, sobre el origen de la vida. Según lo escrito, la creación de todas las cosas se llevó a cabo durante solo seis días, y sostenía que todo lo que existe en la Tierra era producto de un dios creador.
Durante muchos siglos, la Creación fue la única idea para explicar el origen del hombre en la Tierra en el mundo occidental. En nuestros días se interpreta la Biblia de otra manera, desde un punto de vista moral y religioso, en el ámbito de las creencias personales, y no como una fuente de saber científico. De igual modo, la ciencia no debe prestar atención a problemas religiosos o morales.


Teoría de la generación espontánea

«Fue durante la antigua Grecia cuando surge esta idea que se ha mantenido viva durante más de dos mil años. La idea de la generación espontánea surgió también como una teoría materialista entre los griegos como Tales de Mileto, Anaximandro, Jenófanes y Demócrito (en el siglo V antes de Cristo). Para ellos la vida podía surgir del lodo, de la materia en putrefacción, del agua de mar, del rocío y de la basura, ya que ahí observaron la aparición de gusanos, insectos, cangrejos, pequeños vertebrados, etc. A partir de ello, dedujeron que esto se debía a la interacción de la materia no viva con fuerzas naturales como el calor del sol.
Posteriormente, Aristóteles (384-322 a. C.) la convierte en una teoría idealista él propone que la generación espontánea de la vida era el resultado de la interacción de la materia inerte con una fuerza vital o soplo divino que llamó entelequia. El pensamiento de Aristóteles prevaleció por muchos años. Como ejemplo podemos destacar los trabajos de J. B. Van Helmont (1577-1644) que realizó muchos experimentos sobre aspectos tales como el origen de los seres vivos, la alimentación de las plantas, etc.
Para comprobar que esta teoría era incorrecta, se realizaron experimentos por diferentes científicos interesados en echarla abajo. Esta idea sufrió un golpe cuando Francesco Redi (1626-1698) en el siglo XVII, realizó un experimento en el que puso carne en unos recipientes. Unos se sellaban y los otros no, con lo que resultaba que en los recipientes sellados no «aparecían» moscas de la carne y en los abiertos sí. Posteriormente, A. Leeuwenhoek (1632-1723), el inventor del microscopio, comunico que había observado organismos microscópicos vivos en el agua de lluvia. Esto llevó a que algunos científicos siguiesen admitiendo la posibilidad de que los microorganismos se originasen por generación espontánea. En 1745, J. T. Needham (1713-1781), después de realizar una serie de experimentos, siguió defendiendo la hipótesis de la generación espontánea de los microbios. Más tarde, en 1769, L. Spallanzani (1729-1799) repitió el experimento con caldo de carne caliente y observó que en los recipientes cerrados no se generaban microorganismos y en los abiertos sí. No obstante, los argumentos en contra eran que, debido a la falta de aire, no aparecían microbios. Por lo tanto, la controversia entre defensores y detractores de la generación espontánea seguía existiendo.
Como ves, la tarea no fue sencilla y no se dieron los primeros pasos firmes en contra de esta teoría hasta el siglo XIX, cuando el científico francés Louis Pasteur, con un sencillo experimento, logró por fin demostrar que no existía la generación espontánea. ¡Por fin, adiós al mito de la generación espontánea!
Después de los resultados de Pasteur, los experimentos estuvieron y están encaminados a demostrar que «la vida viene solo de la vida». Los biólogos llaman a esto Principio de Biogénesis».

Origen de la Vida (PARTE 1)

De la síntesis prebiótica a los primeros organismos: principales hipótesis. Debes saber que… Una de las preocupaciones más antiguas del...