origen de la vida

CICLO DE FORMACIÓN BÁSICA
MODULO 1
EL BIG BANG & EL ORIGEN DE TODO
BIOFISICA
BIOLOGIA
BIOQUÍMICA
2013
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CAPITULO I: El Origen del Universo
CONTENIDOS:
1. INTRODUCCIÓN
2. ¿QUE HUBO ANTES DEL BIG-BANG?

Antes del comienzo no había nada

Los Científicos intentan explicar el Origen del Universo

Una de las explicaciones: La teoría del Big Bang

El Big-Bang: La Explosión

Línea de Tiempo del Big– Bang
3. LA NATURALEZA DEL MUNDO

La Formación del Sistema Solar

La Formación del Sol

La Formación de los Planetas
4. EVOLUCIÖN QUÍMICA

Evidencia del Origen Común de los Elementos

Abundancia de los Isótopos

La Formación de los Núcleos de Hidrógeno y Helio

La Radiación Cósmica de Fondo

Génesis Química en una Estrella

La síntesis del Carbono al Hierro

La Tierra y su Composición Química

El origen de la Corteza Terrestre

Estructura Interna de la Tierra
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1. INTRODUCCIÓN
La teoría del BIG-BANG
“Todo el espacio estaba concentrado, y se produjo una explosión del mismo
espacio”
Hace unos años, los medios de comunicación informaron sobre un importante
descubrimiento relativo a la teoría del ``Big Bang''. Durante un breve tiempo se
publicaron artículos que, con éxito dispar, intentaban echar algo de luz sobre el tema.
Pocas veces se expuso claramente qué fue lo que se descubrió. Comencemos
entonces por el final. En 1989 la NASA puso en órbita un satélite, el COBE (Cosmic
Background Explorer) para tratar de medir irregularidades en la ``radiación de fondo''.
Esta radiación (también llamada ``radiación de 3 grados Kelvin'' o ``Eco del Big Bang'')
no es más que ondas de radio que vienen de todas direcciones y es conocida desde
1965, año en que fue detectada por primera vez con un receptor de microondas. Así
como el detective verifica la identidad de un individuo comparando sus huellas
digitales, las irregularidades en la radiación de fondo brindan al astrónomo datos sobre
la historia primitiva del Universo; específicamente sobre la época en que comenzaron
a formarse las galaxias. Como estas irregularidades son muy pequeñas, no había sido
posible medirlas desde la Tierra debido a la atmósfera y a las interferencias, por eso la
NASA envió un satélite para detectarlas desde el espacio. Podemos ahora
preguntarnos qué tiene que ver todo esto con el Big Bang.
Después de haber elaborado la teoría de la Relatividad General, Einstein se propuso
utilizarla para tratar de entender cómo era el Cosmos. Sus cálculos indicaban que el
Universo no podía ser estable: debía estar expandiéndose o colapsando.
Como Einstein creía que el Universo era estable, propuso la existencia de una fuerza
opuesta a la gravedad que permitiría que el Universo fuera estacionario. Por su parte
el físico y matemático Alexander Friedmann siguió trabajando en el camino correcto,
aceptando las consecuencias de la Relatividad General y elaboró, ya en 1922,
modelos que describían al Universo en expansión.
La visión que teníamos del cosmos hacia principios de siglo nos ubicaba formando
parte de un sistema achatado que contenía todas las estrellas.
En 1924 el astrónomo Edwin Hubble descubrió que ciertos objetos astronómicos
conocidos entonces como ``nebulosas espirales'' eran en realidad otras galaxias (en
aquella época se usaba el término ``universos islas'') constituidas cada una por miles
de millones de estrellas y que se encontraban a enormes distancias.
Durante los años siguientes se dedicó a medir sus distancias y velocidades y
descubrió que las galaxias se estaban alejando unas de otras: en otras palabras,
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descubrió que el Universo estaba en expansión (paradójicamente los trabajos de
Friedmann no fueron conocidos en occidente hasta 1935).
Habiendo descubierto que el Cosmos se estaba expandiendo, los astrónomos se
preguntaron entonces cómo comenzó esta expansión. La misma física que hoy nos
permite entender por qué brillan las estrellas, cómo fue el origen del hombre o por qué
no hay aire en la Luna, indicaba que el Universo debió tener un comienzo muy
caliente y que parte de ese calor inicial podría detectarse aún ahora en la banda de
las microondas. Arno Penzias y Robert Wilson lo detectaron por primera vez en 1965,
lo que les valió el premio Nobel.
¿Comenzó realmente a existir el Cosmos con una ``Gran Explosión’’? Las
traducciones al lenguaje cotidiano de las teorías científicas son poco fidedignas. Decir
``todo empezó con una gran explosión'' no es muy distinto de decir ``todo vino de un
gran huevo cósmico'' o cualquier cosa por el estilo. Cuando nos cuentan una historia
así, sólo podemos creer que es verdadera o creer que es falsa (pero no saberlo). Pero
las teorías científicas no son verdaderas ni falsas, sino que se ajustan bien o no a
los fenómenos observados. Las que no se ajustan a los hechos son descartadas. Las
que sí lo hacen, sirven hasta tanto se realice una observación discrepante. En tal caso
deberemos elaborar una nueva teoría que esté de acuerdo con la realidad y habremos
aprendido algo nuevo sobre el mundo que nos rodea.
TEORIAS SOBRE ORIGEN Y EVOLUCIÓN DEL UNIVERSO*
1- Cosmología física
2 -Cosmología alternativa
1- cosmología física: incluye aquellas teorías, modelos o ideas cosmológicas que forman el modelo
actual de cosmología. Dicho modelo surge del estudio de la cosmología por parte de la física y la
astronomía, ciencias que está íntimamente relacionadas: la evidencia experimental que entregan las
observaciones astronómicas sirven de base para los modelos teóricos que elaboran los físicos.
Las piedras angulares sobre las que se basa la cosmología moderna son:
El descubrimiento de la Ley de Hubble, que describe la expansión del universo.
El descubrimiento de la Teoría de la Relatividad General.
A partir de la primera surgió la Teoría del Big Bang o "de la Gran Explosión" como origen del universo,
mientras que la segunda es necesaria para describir físicamente al universo a gran escala.
2- Cosmología alternativa: incluye aquellas teorías, modelos o ideas cosmológicas que contradicen el
modelo estándar de cosmología. Podemos clasificarla en tres grandes grupos:
Cosmología física alternativa

Cosmología del plasma

Teoría del Estado Estacionario
Cosmología filosófica

Filosofía Presocrática

Principio Atrópico
Cosmología religiosa

Creacionismo

Diseño inteligente o Neocreacionismo

Cosmogonía
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2. ¿QUÉ HUBO ANTES DEL BIG-BANG?
Antes del comienzo, no había nada.
Nuestro bello pero complicado Universo probablemente se generó no sólo desde la
nada, sino también desde ningún sitio.
Antes del comienzo no había nada, ni siquiera
tiempo y espacio. El primero, no es una corriente que
fluya eternamente, desde siempre en el pasado
hasta siempre en el futuro. Su transcurrir está
íntimamente ligado al espacio y, por tanto, a la
materia y a la gravedad. Por eso, no podemos hablar
de qué ocurrió antes del Big-Bang, ya que el propio tiempo no existía. Ahora, como es
obvio, antes de que hubiera espacio, nada podía existir porque no había ningún lugar
donde pudiera estar.
¡No! No hubo un «antes» del Big-Bang porque el tiempo no existía. La mayoría
de los físicos teóricos creen que el espacio y el tiempo están íntimamente
ligados, de forma que no pueden existir el uno sin el otro. Así, sólo cuando el
tiempo empezó a transcurrir, el espacio pudo iniciar su expansión, y
viceversa.
En esta etapa, el Universo es extraordinariamente simple: no existe ni materia, ni
energía. Tan sólo un miserable e ínfimo espacio vacío. Su tamaño es millones de
veces más pequeño que el de un átomo: si viajáramos en línea recta por él,
volveríamos al punto de partida tras recorrer apenas 10-20 cm.
La ciencia no puede responder a la pregunta de por qué nació el Universo ni por qué la
«nada» original no se quedó como estaba. Tan sólo filósofos y teólogos ofrecen
posibles respuestas, aunque probablemente nunca puedan ser comprobadas ni
desmentidas. Todo lo que sabemos es que algo sucedió.
Los científicos intentan explicar el Origen del Universo a través de diferentes
teorías. Las Teorías más aceptadas son la del Big Bang y la teoría Inflacionaria, que
se complementan.
En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la
teoría de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en
una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se
produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión o Big Bang,
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cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron
partículas subatómicas en los elementos químicos. Cálculos más recientes indican que
el Hidrógeno y el Helio habrían sido los productos primarios del Big Bang, y los
elementos más pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas. Sin embargo
la teoría de Gamow proporciona una base para la comprensión de los primeros
estadios del Universo y su posterior evolución. A causa de su elevadísima densidad, la
materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al
expandirse, el Helio y el Hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en
galaxias. Esto explica la expansión del Universo y la base física de la ley de Hubble.
Según se expandía el Universo, la radiación residual del Big Bang continuó
enfriándose, hasta llegar a una temperatura de unos 3 Kelvin (-270 °C). Estos vestigios
de radiación de fondo de microondas fueron detectados por los radioastrónomos en
1965, proporcionando así lo que la mayoría de los astrónomos consideran la
confirmación de la teoría del Big Bang.
Uno de los problemas sin resolver en el modelo del Universo en expansión es si el
Universo es abierto o cerrado (esto es, si se expandirá indefinidamente o se volverá a
contraer). Muchos de los trabajos habituales en cosmología teórica se centran en
desarrollar una mejor comprensión de los procesos que deben haber dado lugar al Big
Bang.
La Teoría Inflacionaria, formulada en la década de 1980, resuelve dificultades
importantes en el planteamiento original de Gamow al incorporar avances recientes en
la física de las partículas elementales.
Esta teoría, de Alan Guth intenta explicar los primeros instantes del Universo.
Se basa en estudios sobre campos gravitatorios fortísimos, como los que hay cerca de
un agujero negro. Supone que una fuerza única se dividió en las cuatro que ahora
conocemos (interacciones nucleares fuertes, interacciones nucleares débiles,
electromagnetismo y gravitación), produciendo el origen al Universo. El empuje inicial
duró un tiempo prácticamente inapreciable, pero fue tan violenta que, a pesar de que
la atracción de la gravedad frena las galaxias, el Universo todavía crece.
Un Agujero Negro es un hipotético cuerpo celeste con un campo gravitatorio tan fuerte que
ni siquiera la radiación electromagnética puede escapar de su proximidad. El cuerpo está
rodeado por una frontera esférica, llamada horizonte de sucesos, a través de la cual la luz
puede entrar, pero no puede salir, por lo que parece ser completamente negro.
Incorrecto: el espacio es estático y las
galaxias se expanden en él.
Correcto: el espacio es dinámico y las
galaxias se expanden con él.
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El universo alcanzó una temperatura de unos 100 mil millones de grados Celsius. En
tales condiciones, ni siquiera existirían los átomos como los ha definido la química. Al
explotar, la energía fue transformándose lentamente en materia, mientras se
alejaba en todas direcciones. En este instante nacían el tiempo y el espacio.
FUERZAS E INTERACCIONES
Se ha podido verificar experimentalmente que en la naturaleza existen cuatro tipos de fuerzas: la
gravedad, el electromagnetismo, y las fuerzas nucleares débil y fuerte.
La teoría cuántica describe estas fuerzas a través del intercambio de una partícula portadora de
esa interacción:
1 - GRAVEDAD
La gravedad es la más débil de las cuatro y la única que sólo actúa en un sentido. Los científicos
especulan sobre si existe la complementaria.
Esta depende de la masa de los objetos y de la distancia que los separa. Cuanta más masa
tienen y más cerca están, mayor es la fuerza. Cuando se separan el doble la fuerza se reduce a
un cuarto. Actúa como si toda la masa de un cuerpo se concentrase en un único punto, el centro
de gravedad. La zona esférica alrededor de un cuerpo donde actúa su gravedad es el campo
gravitacional.
La ley de la gravitación universal fue formulada por el físico británico Isaac Newton en el año
1684.
2 - ELECTROMAGNETISMO
El origen de los fenómenos electromagnéticos es la CARGA ELÉCTRICA: una propiedad de las
partículas elementales que las hace atraer (si tienen signos opuestos) o repeler (si tienen signos
iguales).
El Campo Eléctrico es una manera de representar la fuerza que sentiría una carga cercana a otra
carga. Cargas en movimiento producen la corriente eléctrica. La corriente eléctrica genera
campos magnéticos. Cargas aceleradas producen ondas electromagnéticas.
3 - LA FUERZA NUCLEAR DÉBIL
Para entender la fuerza nuclear débil se debe tener en cuenta los siguientes hechos:
Los núcleos atómicos están hechos de protones (constituidos por tres quark, 2 tipo U y 1 tipo D)
y neutrones (constituidos por tres quark s 1 de tipo U y 2 tipo D)
Un protón se puede convertir en un neutrón, ¿Cómo puede ocurrir esto?.Basta con cambiar un
quark tipo U a uno tipo D. Pues justamente esto es lo que ocurre en la naturaleza cuando entra
en acción la fuerza nuclear débil. Un quark tipo U cambia a uno tipo D por medio de la interacción
débil. Las otras dos partículas que salen son un anti-electrón y un neutrino.
4 - LA FUERZA NUCLEAR FUERTE:
Para entender la naturaleza de la fuerza nuclear fuerte, considere los siguientes hechos:
-Los núcleos atómicos están hechos de protones (CARGA ELECTRICA POSITIVA) y neutrones
(no tienen carga eléctrica).
-Dentro del núcleo los protones sienten una fuerza grandísima de repulsión debido a que las
cargas eléctricas iguales se repelen. La razón por la cual las cargas eléctricas dentro de un
núcleo atómico no salen volando es que existe la fuerza nuclear fuerte que hace que los protones
y los neutrones en el núcleo se atraigan.
-La intensidad de esta fuerza es evidentemente mayor que la fuerza electromagnética. Sin
embargo, existe una gran diferencia entre estas dos. La fuerza nuclear fuerte sólo puede actuar a
distancias muy cortas (por ejemplo el radio de un núcleo), mientras que la interacción
electromagnética tiene una distancia de acción infinita.
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Una de las explicaciones: LA TEORIA DEL BIG-BANG
El Universo se originó hace 15 mil millones de años en una gran explosión del espacio.
Toda la energía existente en el Universo estaba concentrada en un punto más
pequeño que un átomo. La temperatura era muy alta y por esta razón no existía la
materia como la conocemos hoy.
Después de la explosión, el espacio se expande y se enfría permitiendo la formación
de átomos, estrellas, galaxias, y planetas a partir de partículas elementales.
El Universo NO se expande en un espacio preexistente. Es el espacio
mismo el que está en expansión.
El Big Bang, literalmente gran estallido, constituye el momento en que de la "nada"
emerge toda la materia, es decir, el origen del Universo. La materia, hasta ese
momento, es un punto de densidad infinita, que en un momento dado "explota"
generando la expansión de la materia en todas las direcciones y creando lo que
conocemos como nuestro Universo.
Inmediatamente después del momento de la "explosión", cada partícula de materia
comenzó a alejarse muy rápidamente una de otra, de la misma manera que al inflar un
globo éste va ocupando más espacio expandiendo su superficie.
Los físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos a partir de
un 1/100 de segundo después del Big Bang.
La materia lanzada en todas las direcciones por la explosión primordial está
constituida exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones,
Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etcétera hasta más de 89 partículas
conocidas hoy en día.
Línea del Tiempo del Big Bang
Al momento del Big Bang, toda la materia en el Universo estaba condensada en un
solo punto. No sabemos más que eso, solo que mirando lo que hoy ocurre en el
Universo y el mundo de las partículas fundamentales los científicos han imaginado la
evolución del Universo a partir de una época inconcebiblemente corta de apenas 10-43
segundos (que es una coma seguida por 43 ceros ) después del Big Bang.
10-43 segundos. Fuerzas no diferenciadas
En ese punto en el tiempo, las cosas sucedieron muy rápidamente.
Cuando el Universo tenía la edad de 10-43 segundos las fuerzas de la naturaleza eran
indistinguibles. Las partículas de la materia y de la antimateria existieron en porciones
iguales.
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Se aniquilaban y reformaban constantemente para producir radiación. La materia
estaba tan densamente comprimida que la luz no podría viajar muy lejos, por lo que el
Universo era opaco.
Precisamente antes de este momento, los físicos piensan que el Universo se expandió
en una forma inconmensurable. Este período, también llamado Inflación Cósmica, es
necesario en la teoría del Big Bang, para explicar la escala uniformemente ampliada
que tiene el Universo de hoy.
10-34 segundos. Sopa de Partículas Elementales
Durante la siguiente fase de la existencia del
Universo, hasta aproximadamente 10-34 segundos
después del Big Bang,
aparecieron dos tipos
diferentes de fuerzas:
1) La potente fuerza que mantenía próximas a las
partículas llamadas quarks
(para luego formar
neutrones y electrones).
2) Otra fuerza menor, electromagnética.
Sin embargo, los protones y neutrones no comenzaron a formarse todavía, porque
cualquier agrupamiento de quarks era rápidamente destruido por la alta energía
irradiada. La materia era una especie de sopa cósmica de alta densidad llamada
Quark Gluon Plasma, QGP.
Para comprender completamente esta fase del origen del Universo, los físicos
recrearon el QGP en el laboratorio.
Las partículas W y Z (transportadoras de la fuerza más débil) eran tan abundantes
como los fotones (transportadores de las fuerzas electromagnéticas). Ambas se
comportaban de la misma manera.
También en este momento, una pequeña partícula de materia (sobreviviente de la
guerra materia/ antimateria) comenzó a desarrollarse. Esa partícula sobreviviente, ha
permitido la existencia del Universo que hoy conocemos.
El mecanismo preciso por el cual una partícula sobrevivió a la destrucción, es
pobremente comprendido.
10-10 segundos. Se forman protones y neutrones
Entre 10-34 segundos y 10-10 segundos, se separaron las fuerzas electromagné-ticas y
las fuerzas débiles. Ya no hubo energía suficiente como para producir partículas W y
Z, y la que restaba iba decayendo.
La energía de las radiaciones había caído lo suficiente como para permitir que los
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protones y los neutrones formen partículas de corta vida llamada Mesones hechos
de quarks y antiquarks.
La antimateria comienza a desaparecer porque cuando los quarks fueron aniquilados
con los antiquarks, no hubo energía radiante suficiente como para recrearlos.
Experimentos con partículas físicas han comenzado a probar estas hipótesis.
10-5 segundos
Hasta los 10-5 segundos continuó la “construcción” de
los protones La antimateria remanente (bajo la forma de
positrones) desapareció a medida que la densidad de
energía radiante caía por debajo del nivel necesario
para crear pares de electrones-positrones.
Sin antimateria en el Universo más que unas pocas
partículas encerradas en los mesones, lo que restaba era una pequeña partícula
sobreviviente, reflejando la preferencia de la naturaleza por la materia.
3 minutos. Aparecen los primeros Núcleos
Después de esto, las cosas comenzaron a frenarse.
Hasta aproximada-mente tres minutos, los protones y
neutrones
comenzaron a fusionarse en núcleos
atómicos livianos. Aparecen entonces el Deuterio
(Hidrogeno pesado), el Helio y pequeñas cantidades de
Litio. El Universo era como un reactor termonuclear gigante hasta que alrededor de
tres minutos, las reacciones se detuvieron, dejando al Universo compuesto por
Hidrógeno, Deuterio y pequeñas cantidades de Litio.
Aun hoy el Universo esta hecho en un 75% de Hidrógeno, y un 25% de Helio, con solo
algunos vestigios de elementos más pesados “cocinados en las estrellas”.
300.000 años. Átomos. Universo transparente.
Durante los próximos 300,000 años, el Universo se volvió
transparente porque los fotones una vez generados, no
interactuaban entre sí. Los electrones fueron capturados
por Deuterio, Hidrogeno y Litio formando los primeros
átomos.
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1.000 millones de años. Gérmenes de galaxias
La Formación de las Galaxias tomo 1000 millones de
años, a medida que la materia comenzó a agruparse en
una forma que aún no se conoce.
La Fuerza de Gravedad
livianos
para
formar
“tironeó” de los elementos
las
estrellas,
las
cuales
encendieron y “cocinaron” (cooking up) elementos más
pesados como el Hierro.
Algunas estrellas al fin de sus vidas, explotaron en supernovas espectacular-es,
generando elementos más pesados como el oro, dispersándolos por todo el Universo.
Estos elementos comenzaron a juntarse formando los planetas. Comenzaron a
formarse las moléculas y los procesos químicos.
15.000 millones de años. Aparición del Hombre
Finalmente, después de 15.000 millones de años, gente
emergió en uno de aquellos
planetas y comenzaron a
contemplar el Universo a su alrededor, tratando de
explicarse la historia que nos llevó a estar aquí.
Etapas de la Evolución
Big Bang
Densidad infinita, volumen cero.
10
-43
segs.
Fuerzas no diferenciadas
10
-34
segs.
Sopa de partículas elementales
10-10 segs.
Se forman protones y neutrones
1 seg.
10.000.000.000 º. Tamaño Sol
3 minutos
1.000.000.000 º. Núcleos
30 minutos
300.000.000 º. Plasma
300.000
Átomos. Universo transparente
años
106 años
Gérmenes de galaxias
108 años
Primeras galaxias
109 años
Estrellas. El resto, se enfría.
5x109 años
Formación de la Vía Láctea
1010 años
Sistema Solar y Tierra
¿Qué es la Teoría del Big Bang?
La teoría del Big Bang explica la expansión del
Universo, la existencia de un pasado denso y caliente, el
origen de los elementos químicos primordiales y la
formación de los objetos astronómicos que se observan
en la esfera celeste (estrellas, galaxias, cúmulos de
galaxias, etc.).
Esta teoría se basa en la Relatividad General de Einstein
y en combinación con las predicciones de la física nuclear
y la física de partículas e interacciones constituye el
Modelo estándar de la cosmología moderna.
La cosmología del Big Bang es consistente con las
observaciones que se han realizado.
El Big Bang explica la evolución del universo a partir del
primer segundo, pero no explica cómo se generó el
universo ni qué ocurrió antes del primer segundo.
Existen varias hipótesis sobre este evento, entre las
cuales el Modelo de Inflación es de interés ya que
resuelve algunas dificultades teóricas inherentes en la
teoría del Big Bang. Mientras que el Big Bang goza de un
sólido soporte en observaciones, el modelo de inflación
requiere mayor evidencia observacional para ser
aceptado definitivamente.
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3. LA NATURALEZA DEL MUNDO
En las condiciones tan extremas que reinaban en el inicio del Universo no podemos
aplicar las leyes cotidianas de la física.
Ni siquiera la teoría de la gravitación de Einstein que se ha usado para describir la
topología global del Universo es adecuada. En esos momentos iniciales, el
comportamiento del Universo estaba dominado por la Física de Partículas y
especialmente por la Teoría Cuántica de Campos.
Por este motivo, si queremos entender cómo, a partir de esa etapa de sencillez
máxima, el Universo aumentó su complejidad permitiendo la aparición de estructuras
como las galaxias, los planetas y los seres vivos, merece la pena que empleemos
unos instantes en resumir lo que la física de partículas tiene que decirnos sobre la
naturaleza de las cosas.
Todo lo que compone el Universo está formado por partículas inconcebiblemente
pequeñas. La enorme complejidad que nos envuelve es en realidad el resultado de la
combinación e interacción de unos pocos constituyentes fundamentales. Nuestros
cuerpos están formados por diminutas moléculas que se hallan a su vez compuestas
de unas minúsculas partículas a las que conocemos como átomos (del griego 'átomo',
indivisible).
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El químico británico John Dalton postuló en el siglo XIX que todas las sustancias
químicas podían explicarse a partir de la combinación en proporciones sencillas de 26
átomos distintos e indivisibles. Fue el nacimiento de la química moderna. A las
sustancias que están formadas por un único tipo de átomo se las conoce como
elementos. Este es el caso por ejemplo del oro.
La formación del Sistema Solar
El Sistema Solar está integrado por el Sol en torno del cual orbitan nueve planetas y
una infinidad de cuerpos menores que se conocen como asteroides y cometas.
La mayoría de los planetas tienen a su vez satélites orbitando en torno a ellos.
Los planetas tienen la particularidad de moverse en órbitas cuasicoplanares y
cuasicirculares.
Hace unos seis mil millones de años, el Sistema Solar era una nube de Hidrógeno con
un poco de Helio y algunos rastros de otros elementos.
Debido a la atracción gravitatoria esa nube de gas comenzó a aglomerarse en el
centro. Conforme la materia caía hacia el interior de la nube la presión fue haciéndose
cada vez más grande. Al mismo tiempo, como los átomos llevaban un movimiento
propio antes de comenzar a caer, la nube comenzó a girar sobre sí misma. Los
remolinos de la caída de nubes de gas se formaban en todas las direcciones pero el
choque entre unas y otras corrientes hizo que las corrientes más débiles se desviasen
para unirse a las corrientes más fuertes, hasta que por fin todas las corrientes de
gases se unieron en un único remolino de gas que giraba en una dirección
determinada, el mismo plano en el que hoy en día aún sigue girando el Sol.
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En esta nube de gases se volvió a repetir, a escala más reducida, el mismo proceso
formándose nubes más pequeñas que giraban sobre sí mismas al tiempo que se
trasladaban alrededor de la nube central.
Se formaron varios cientos de planetesimales girando sobre sí mismos y viajando
alrededor de la nube central, pero los planetesimales más grandes, al pasar cerca de
los más pequeños los hacían salirse de su órbita.
Los planetesimales eran nubes de gases que se aglomeraban debido a su propia fuerza
gravitatoria. El gas que los formaba contenía todos los elementos estables del universo
aproximadamente en la misma proporción en que esos elementos existen hoy en día.
Conforme estos planetesimales, avanzaban a través de la nebulosa solar, eran
bombardeados por partículas y meteoritos que provocaban un calentamiento de la
materia que los formaba al mismo tiempo que los frenaban, lo que ocasionaba que los
planetesimales más pequeños cayesen hacia los mayores. Al final, tras varios cientos
de millones de años de evolución planetaria, el sistema solar estaba compuesto por un
centro masivo pero aún apagado, un par de gigantescos planetesimales (Júpiter y
Saturno), cuatro planetas interiores (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) y dos exteriores
(Urano y Neptuno). El destino probable de aquellos planetesimales hubiera sido seguir
siendo frenados por la nebulosa solar hasta que primero los planetesimales más
pequeños, luego los mayores, cayeran en la nube central. Solo una cosa evitó que se
produjera este fin, la formación del Sol.
A pesar de la enorme masa que representaban los
planetesimales que se habían formado, esto no era
más que una minúscula fracción de la cantidad de
masa que se había acumulado en el centro del
sistema. Esta masa era tan grande que la fuerza
gravitatoria alcanzó proporciones gigantescas, y la
presión que se acumuló en su centro fue tanta que ni
siquiera los electrones eran capaces de soportar la
presión de los miles de kilómetros de gas que tenían sobre ellos. Al final hasta los
mismos átomos cedieron. Incapaces de soportar semejante presión los átomos de
Hidrógeno comenzaron a fusionarse para formar átomos de Helio.
Esta fusión nuclear, similar a la que se produce en una bomba de Hidrógeno, provocó
el encendido del Sol.
El sol es una estrella que genera energía en su interior por medio de reacciones
termonucleares en las que cuatro núcleos atómicos de Hidrógeno se fusionan para
formar un núcleo atómico de Helio, reacción que libera gran cantidad de energía. El sol
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concentra el 99,9% de la masa total del sistema solar. Como el resto de las estrellas el
sol está constituido fundamentalmente por los elementos más livianos Hidrógeno y
Helio.
El Sol se encendió, pero sólo en su interior, había miles de kilómetros de distancia
hasta su superficie, por eso la explosión nuclear se extendió por todo el interior del Sol
pero la presión del gas que tenía encima impedía que la explosión alcanzara la
superficie, y mientras tanto la suma de la presión gravitatoria desde fuera y la presión
explosiva desde dentro del Sol mantuvieron encendida la llama atómica aunque la
superficie del Sol siguió siendo una superficie apagada.
Seguramente hicieron falta varios siglos para que la llama atómica alcanzara la
superficie haciendo que por primera vez la luz solar iluminase el interior del sistema
solar.
Lo que se podría haber visto en ese momento no era más que una niebla blanquecina,
una nebulosa de polvo y gases con leves trazas de átomos más pesados. A través de
esa niebla hubiera sido imposible vislumbrar los planetesimales, planetas y satélites
que se habían formado, pero todos ellos estaban allí, aun formándose y
constantemente bombardeados por los millones de fragmentos que aún quedaban
como restos de la gran cantidad de planetesimales que no habían conseguido formar
planetas o planetas que habían sido desintegrados por las catástrofes planetarias que
se habían producido.
A medida que la llama atómica atravesaba el manto solar, su avance iba siendo cada
vez más rápido al soportar cada vez menos presión.
Cuando por fin llegó a la superficie la explosión pudo encontrar una salida a su propia
presión interior expulsando ingentes cantidades de partículas, átomos y gases más
allá de la superficie solar.
La fuerza gravitatoria del sol era tan grande que los gases más pesados no
conseguían escapar pero la presión del horno nuclear empujaba constantemente a las
partículas y átomos más ligeros empujándolos incesantemente lejos del Sol.
Estas partículas que se "derramaban" desde el Sol, empujadas por su propia radiación
interna, formaron un "Viento Solar" que barrió el sistema empujando las partículas
ligeras que encontraba en su camino.
Si un hipotético observador hubiese estado en aquel momento contemplando el
proceso desde una distancia de un par de días luz (un año luz = 9.46 x1012 km/año)
sobre el plano de la elíptica, podría haber sido testigo de lo siguiente. Al principio sólo
habría visto una nube oscura que ocultaba el fondo estelar. Sería el único indicio de
que allí había "algo". De vez en cuando podría ser testigo de pequeños destellos
producidos por el choque de meteoritos al caer en la atmósfera de algún planetesimal.
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Desde el centro de la nube, de repente, llegaría algún destello más brillante. Ese
destello desaparecería y volvería a aparecer varias veces durante varios años hasta
que al final se hiciera mucho más fuerte encendiendo toda la superficie del Sol. El
Sistema Solar se vería entonces como una nebulosa muy similar en su forma a una
galaxia aunque de un tamaño más reducido. Aún a través de esta nebulosa resultaría
imposible ver los planetas, pero sí sería posible ver remolinos en las nubes entre los
que podríamos reconocer los remolinos generados por Júpiter y Saturno. Los
remolinos correspondientes a los planetas más pequeños serían mucho más difíciles
de ver.
Al cabo de algunos años veríamos el primer cambio, cuando a través del centro del
Sistema veamos una estrella gigantesca, el Sol.
Antes sólo habíamos visto su resplandor, pero ahora podremos ver directamente el
brillo de su superficie. A su alrededor veremos un anillo brillante, el frente de empuje
del viento solar al ir barriendo la nebulosa. Al aumentar el tamaño de ese anillo, a
través de su interior podremos ver por primera vez las estrellas que hay al otro lado,
hasta ahora la nebulosa nos había impedido verlas. Pero a medida que el frente del
viento solar se vaya alejando irán quedando detrás los planetas interiores, Mercurio,
Venus, La Tierra con su gigantesco satélite, Marte, estos son pequeños y de alta
densidad media (de 4 a 5,5 gr/cm3), lo que sugiere que en su constitución predomina
el Hierro, Níquel y diversos minerales del tipo de los silicatos de Hierro, Magnesio y
Calcio. El frente seguirá creciendo hasta dejar a la vista los planetas gigantes, Júpiter
y Saturno, y los exteriores, Urano y Neptuno, estos planetas son de mucho mayor
tamaño, de baja densidad media, lo cual sugiere una composición predominantemente
gaseosa (Hidrógeno y Helio) y de diversos volátiles o “hielos” (agua, amoníaco,
metano).
En ese primer barrido el viento solar habrá empujado hacia el exterior casi todas las
partículas, átomos y moléculas ligeras que no estuviesen dentro de ningún planeta.
Las partículas más pesadas serían barridas a lo largo de los más de cuatro mil
millones de años transcurridos desde entonces, y todas esas partículas han ido a
formar una nube a billones de kilómetros de distancia del Sol.
Esta nube rodea el sistema solar como un anillo de polvo y en él también se han
formado remolinos y se han creado cuerpos más o menos masivos y alguna vez que
otra uno de estos cuerpos es desviado de su órbita por otro cuerpo similar y cae hacia
el Sol en una órbita sumamente excéntrica. Formados en su mayor parte por los
mismos elementos que había en el origen de nuestro sistema, esas bolas de "hielo
sucio" atravesarán el firmamento formando lo que desde la antigüedad se han dado en
llamar cometas.
16
Pero la consecuencia más importante que tuvo el encendido del Sol fue la limpieza del
sistema solar. El viento solar barrió todo el polvo que frenaba las órbitas de los
planetas y debido a ello los planetas existentes en ese momento han dejado de ser
frenados para caer hacia el centro del sistema. Al contrario, el efecto gravitatorio que
se produce entre los diversos planetas y satélites ha hecho que en algunos casos las
distancias orbitales aumenten en lugar de disminuir. Así es el caso de la Luna con
respecto a la Tierra. Estando ya en una situación muy cercana a que ambos cuerpos
chocasen entre sí, la desaparición del polvo interplanetario frenó esa caída, y desde
entonces la distancia de la Tierra a la Luna ha ido aumentando apreciablemente.
La Formación de los Planetas
Los planetesimales eran nubes de gases que se aglomeraban debido a su propia
fuerza gravitatoria. El gas que los formaba contenía todos los elementos estables del
Universo aproximadamente en la misma proporción en que esos elementos existen
hoy en día, es decir, un 92% de Hidrógeno, 7% de Helio y un 1% de los demás
elementos.
De este 1%, había aproximadamente un 50% de oxígeno, 20% de Neón, 15% de
Nitrógeno, 8% de Carbono, 2% de Silicio, 2% de Magnesio, 1,5% de Hierro, 1% de
Azufre, y el 0,5% restante era una mezcla de Argón, Aluminio, Calcio, Sodio, Níquel,
Fósforo y demás elementos en proporciones cada vez menores.
Sin embargo, a pesar de suponer un porcentaje tan reducido, la masa total de cada
uno de los planetesimales era tan grande que la cantidad de Níquel o Fósforo, por
ejemplo, en cada uno de ellos era gigantesca, capaz de formar una esfera de
centenares de kilómetros de radio.
El calor y la presión provocaron diversas reacciones químicas que propiciaron la
formación de moléculas y compuestos químicos. El Hidrógeno, altamente reactivo y
superabundante en aquella nube, se unía a diversos átomos, especialmente a los más
abundantes (Oxígeno,
Carbono y Nitrógeno) para formar gases como vapor de agua, metano y amoníaco. El
Helio y el Neón, al ser muy poco reactivos, se conservaban como gases aislados. El
Silicio reaccionaba con el Oxígeno y posteriormente con otros elementos para formar
todo tipo de silicatos. El Hierro reaccionaba con el azufre dando lugar a todo tipo de
sulfuros.
Debido a la fuerza gravitatoria los materiales más pesados, principalmente el Hierro y
el Níquel, tendían a hundirse hacia el interior de la nube mientras que los más ligeros
permanecían en la superficie.
Así se formaron las primeras capas que forman el interior de nuestro planeta, un
núcleo de Hierro y Níquel seguido de un manto de Silicatos.
17
Sobre todo ello una corteza más o menos sólida de silicatos y por encima una
atmósfera de vapor de agua, amoníaco y metano. Era la atmósfera I.
Aproximadamente por esa época fue cuando el Sol se encendió. Conforme el sistema
solar iba quedando cada vez más despejado de polvo, el calor del Sol empezó a
afectar a los planetas que giraban a su alrededor. Al calentarse las capas altas de la
atmósfera se producía una disociación de las moléculas de vapor de agua,
separándose en sus componentes, Oxígeno e Hidrógeno.
El Hidrógeno libre era muy ligero, y más al calentarse, por lo que tendía a ascender
sobre la atmósfera y a determinada distancia podía escapar del campo gravitatorio
terrestre siendo arrastrado por el viento solar hacia más allá del sistema solar.
El Oxígeno libre reaccionaba con el amoníaco y el metano para formar Nitrógeno,
Dióxido de Carbono y agua, y con esta agua volvía a repetirse el ciclo una vez tras
otra. El final de este proceso, de repetirse un número indefinido de veces, era la
desaparición de toda el agua y el Hidrógeno quedando entonces una atmósfera II,
compuesta exclusivamente de Nitrógeno y Dióxido de Carbono.
En Mercurio, demasiado pequeño y excesivamente cerca del Sol esta reacción se
produjo muy rápido acabando en pocos millones de años con toda la atmósfera del
planeta.
Aunque mucho más lejos, el reducido tamaño de Marte también hizo que
desapareciera gran parte de su atmósfera También como en los demás planetas
comenzó la transformación de esa atmósfera en otra de Nitrógeno y Dióxido de
Carbono.
Pero hoy en día gozamos de una saludable atmósfera de Nitrógeno, Oxígeno y Vapor
de Agua, con algunas trazas de otros gases como Argón o Dióxido de Carbono.
¿Cómo se ha generado esta atmósfera?
18
4. EVOLUCIÓN QUÍMICA
Evidencia del origen común de los ELEMENTOS
Actualmente, la ciencia ha permitido al género humano encontrar respuesta a algunas
de esas interrogantes. Tal vez no todas sean totalmente correctas, pero las evidencias
actuales indican que parecen ser acertadas aunque podrían ser modificadas en el
futuro, a la luz de nuevas concepciones y de nueva información.
Desde luego, no podemos viajar al pasado para buscar el origen de la materia. No
obstante, en el Universo actual hay indicios que nos permiten plantear hipótesis
relativas a lo que sucedió muchos años atrás.
Además de conocer la superficie terrestre, hemos podido analizar meteoritos y
tenemos ya muestras lunares y marcianas. Por otra parte, el análisis de la luz de las
estrellas nos ha revelado su composición química.
Los átomos de cada elemento químico y las moléculas que dichos átomos forman se
manifiestan de manera distinta, y por ello hemos podido reconocerlos a distancias
enormes, gracias a la astrofísica y a la cosmoquímica.
Por otra parte, en el núcleo atómico se encuentra otra característica de cada elemento:
su número de protones.
Recordemos que el núcleo está formado esencialmente por neutrones y protones,
estos últimos con una carga eléctrica positiva. Los átomos de un mismo elemento
tienen el mismo número de protones en el núcleo, aunque el de neutrones puede
variar.
Para referirse a un núcleo determinado, se acostumbra emplear el símbolo químico del
elemento correspondiente y colocar a su izquierda dos cantidades: arriba su número
de masa A (A = número de masa o número de protones + neutrones), y debajo su
número atómico Z (Z = número atómico o número de protones en el
núcleo).
Así el número de neutrones N es la diferencia N = A - Z.
Existen 109 elementos conocidos, con Z desde 1 hasta 109, pero hay más de 1.300
variedades de núcleos.
Un hecho sorprendente es que la abundancia de los elementos químicos, e incluso de
sus isótopos, sea similar en todos los objetos conocidos del Universo, una vez que se
toman en cuenta ciertos procesos secundarios. Por ejemplo, es obvio que los
19
meteoritos que han caído en la Tierra han perdido muchos elementos ligeros, pero
aquellos que se conservan existen en las mismas proporciones que en el Sol.
Asimismo, en la corteza terrestre, o en la lunar, los elementos también reproducen la
abundancia solar.
Átomos del mismo elemento (igual Z) con diferente A: son ISOTOPOS
Abundancia de los ISÓTOPOS
Como hemos visto, los átomos de un elemento no son todos iguales. Hay átomos de
Hidrógeno, por ejemplo, con 1, 2 o 3 partículas en su núcleo. Desde luego, en todos
ellos hay sólo un protón, y eso es lo que caracteriza al Hidrógeno. Los diferentes
isótopos de los átomos no son igualmente estables ni ocurren en la naturaleza con la
misma posibilidad. Por ejemplo, de cada 100.000 átomos de Hidrógeno, 99.985 son de
y 15 son de
. Los de Tritio
son inestables y, por tanto, casi no se
encuentran libres en la naturaleza. Por ejemplo, el Boro tiene dos isótopos muy
estables, pero no ocurren con la misma abundancia. De cada 10.000 átomos de Boro
1.978 son de
y 8.022 son de
.
20
Isótopos y Masa atómica: Cálculo de la Masa Atómica
Como hemos visto, no todos los átomos de un elemento son exactamente iguales.
La mayoría de los elementos presentan diferentes isótopos y esto hay que
considerarlo para calcular la masa atómica.
La masa atómica de un elemento es la masa media ponderada de sus isótopos
naturales. Por eso, la masa atómica de un elemento no es un número entero. La
media ponderada quiere decir que no todos los isótopos tienen el mismo
porcentaje.
Ejemplo:
El cloro tiene dos isótopos:
35
Cl en un 75,5 % y
37
Cl en un 24,5 %. Por tanto, la
masa atómica media será:
M.a.= 35 uma · 75,5/100 + 37 uma · 24,5/100 = 35,49 uma.
La masa atómica del cloro es 35,49 uma, es la que aparecerá en la tabla periódica.
Abundancia relativa de los elementos del Universo (% en masa)
¿Por qué aparecen con esta abundancia? y ¿por qué sucede lo mismo en la Tierra,
en el Sol o en cualquier otro lugar del Universo?, ¿por qué se repite este hecho para
otros muchos elementos?
Por si fuera poco, en las estrellas (ya sea de nuestra
galaxia, o de otras), así como en el medio interestelar, se ha detectado la presencia
dominante del Hidrógeno y Helio. Los otros elementos se han encontrado en menores
proporciones.
Estos hechos sugieren que la formación de los elementos químicos tiene que haber
sido común para todo el Universo. Es decir, existió un origen común de toda la
materia.
21
La formación de los núcleos de HIDRÓGENO y HELIO
Las colisiones entre protones dieron lugar a los primeros núcleos con más de una
partícula, los cuales se estabilizaron cuando la temperatura se redujo a 109 K (escala
absoluta de temperatura en Kelvin).
Unos minutos después de la explosión, el Universo contenía ya una buena proporción
de Helio (entre 25 y 30% en peso). Sin embargo, como continuó la expansión y el
enfriamiento, no fue posible que más partículas se adicionaran a los núcleos de Helio
para formar cantidades apreciables de elementos más pesados, como Litio (Z= 3),
Berilio (Z = 4), Boro (Z = 5), Carbón (Z = 6), etc.
A temperaturas tan altas, los electrones existentes no permanecían ligados a los
núcleos por atracción eléctrica. Ello sólo pudo ocurrir cuando el enfriamiento posterior
alcanzó los 5.000 K. Entonces, los núcleos de Hidrógeno y Helio se vieron rodeados
de sus electrones, y de esta manera se formaron los primeros átomos eléctricamente
neutros. A partir de este momento dejó de existir la interacción frecuente, que había
venido dándose entre las partículas y la radiación, la cual quedó "libre" para viajar por
todas partes.
500.000 años después de la gran explosión se habían formado, por fin, átomos
de Hidrógeno y Helio.
El ciclo protón-protón es un mecanismo por el cual se sintetizaron los núcleos de helio
a partir de protones (ver esquema).
La radiación cósmica de fondo.
En 1965, casi por casualidad, los astrofísicos Penzias y Wilson, quienes buscaban
posibles interferencias a las transmisiones vía satélite, se encontraron con una
radiación que llegaba a la Tierra desde todas las direcciones. Esta se denominó
22
"radiación cósmica de fondo" y constituye la mayor prueba de la veracidad de la gran
explosión.
¿Qué sucedió entonces para que se formaran los elementos más pesados que el Helio
en las proporciones actuales? Es un hecho que los elementos más pesados se forman
en las estrellas.
Radiación de fondo. Según la teoría de la gran explosión, el Universo primitivo
estaba lleno de protones y electrones que absorbían y emitían
radiación. Tras
medio millón de años, al formarse átomos estables, la radiación no fue absorbida o
emitida con tanta frecuencia y quedó libre en el espacio. Esta radiación aún se
difunde y fue detectada desde la Tierra. En 1965, lo cual confirió gran credibilidad a
esta teoría.
Génesis química de una ESTRELLA
Unos 100 mil millones de años después de la gran explosión comenzaron a formarse
las galaxias y, en su interior, gracias a los efectos de la gravedad, también la primera
generación de estrellas.
Los cuerpos, debido a que poseen masa, tienen la propiedad de atraerse mutuamente.
Las estrellas nacen cuando una nube de gases se compacta por efecto de la
gravedad. La fuerza de gravedad comprime los gases y los calienta, lo cual provoca
que su presión se incremente.
En una estrella en formación o protoestrella, la gravedad domina, la nube de gases
toma forma esférica y al comprimirse, su centro se calienta cada vez más; hasta este
momento, la única fuente de energía es la contracción gravitatoria. Pero cuando la
temperatura alcanza los 10 millones de grados, entra en juego el segundo recurso
energético del que dispone la estrella: la fusión de protones para producir helio, que es
un fenómeno similar al que ocurrió minutos después de la gran explosión. La fusión del
hidrógeno es la fuente de energía más duradera y estable de las estrellas, pues la
presión y la gravedad se equilibran. En esta etapa se encuentra nuestro Sol, el cual
"quema hidrógeno como combustible". No obstante, su vida durará aproximadamente
5000 millones de años más.
Con el tiempo, el corazón de la estrella se va enriqueciendo de Helio y, por ello, el
Hidrógeno escasea. Cada vez es más improbable la fusión del Hidrógeno, por lo que
en el centro estelar cesa la generación de energía. El equilibrio previo entre la presión
del gas (hacia afuera) y la gravedad (hacia adentro) toca a su fin. La gravedad gana la
batalla y comienza a reducirse el corazón de la estrella.
El Sol es una fábrica en la que cada segundo 600 millones de toneladas de H se
convierten en He. Con un diámetro de 1.4 millones de Km, equivalente a poner 109
23
Tierras en fila, la temperatura de su superficie ascienden a 6 000° C, pero se calcula
que en el centro es de 15 millones de grados.
El Helio lleva este nombre porque se descubrió en el Sol (helios en griego) antes
que en la Tierra
Composición química actual del Sol (% de átomos)
La síntesis del CARBONO al HIERRO
La compresión gravitatoria eleva la temperatura de la estrella, con lo que pueden
ocurrir nuevas reacciones de fusión. La más común es la transformación de Helio en
Carbono, un núcleo con seis protones y seis neutrones.
Una vez que todo el Helio del centro se ha convertido en Carbono, la estrella vuelve a
contraerse hasta alcanzar temperaturas de más de 100 millones de grados, a las que
pueden ocurrir otras reacciones nucleares que convierten al Carbono en elementos
más pesados, como Oxígeno, Nitrógeno, Neón, etc. Así se sintetizan todos los
elementos químicos hasta llegar al Hierro- Fe- (Z = 26 A = 56), donde el proceso se
detiene.
Obviamente, llega un momento en que el Hierro ocupa el centro de la estrella y
concluye su fuente de energía nuclear. La gravedad vuelve a dominar y la estrella se
contrae más y más. Si su masa es pequeña (como la del Sol o un poco mayor), la
contracción se detiene, formándose una estrella enana blanca, que al enfriarse deja de
emitir luz (enana negra).
El núcleo de Hierro es el más pesado que puede obtenerse de esta forma. Cualquier
combinación de dos núcleos para obtener un elemento más pesado que el hierro
requiere energía, en lugar de producirla. Pero si la masa de la estrella es grande
(varias veces la del Sol), la contracción no puede detenerse. Los núcleos de Hierro y
los electrones en el corazón de la estrella se transforman en neutrones libres, los
24
cuales logran detener el colapso. Sin embargo, las capas exteriores se precipitan
hacia el centro generando tal temperatura y presión que se crea una onda de choque
hacia afuera. La explosión, conocida como supernova, es tan energética que logra que
uno, dos y hasta más de cien neutrones se adicionen a los núcleos de hierro,
formándose así los elementos con más de 26 protones.
Todos los elementos sintetizados se desparraman por el espacio como polvo estelar,
esperando el día en que la gravedad vuelva a formar otra estrella. De hecho, nuestro
Sol es una de ellas: una estrella de segunda generación, pues contiene buena
proporción de elementos pesados que no se sintetizaron allí sino en otras estrellas.
Debido a la explosión, la estrella pierde mucha masa, pero su centro de neutrones
sobrevive, y queda como una estrella de neutrones. Finalmente, si la estrella es lo
bastante pesada, la contracción continúa indefinidamente. No parece haber nada que
la detenga. ¿Qué sucede después? Se supone que se forma un hoyo negro, de donde
ni siquiera la luz puede salir.
El carbono, C, átomo indispensable para la vida, tuvo su origen en las estrellas.
25
Estructura de una estrella. Las estrellas adquieren una estructura de capas, a la
manera de una cebolla, con un centro de
hierro y múltiples reacciones ocurriendo a
todos niveles. En esta figura se muestra un
ejemplo de composición de una estrella que
ha "quemado" todo su hidrógeno.
En una estrella de neutrones la densidad es
tal que un cm3 pesa unos 500 millones de
toneladas.
La TIERRA y su composición química
Los científicos están de acuerdo en que hacen unos 4 500 millones de años nuestro
Sol y todos sus planetas se formaron a partir de una nube de gases y polvo estelar.
Sin embargo, su composición actual no es igual a la inicial. Por una parte, el Sol se ha
venido enriqueciendo en helio, debido a las reacciones nucleares de fusión. Por otro
lado, en la Tierra, debido a su (relativamente) pequeña masa, los elementos más
ligeros han ido escapándose de su atracción gravitatoria. Además, el lento proceso de
su enfriamiento, la gran actividad interna, los efectos climáticos y la presencia misma
de la vida han hecho que la Tierra actual no sea muy semejante al planeta primitivo.
Uno de los modelos para explicar la formación de la Tierra y de los otros planetas
propone el desarrollo de una nebulosa solar primitiva con una masa algo mayor que la
actual del Sol, concentrada alrededor del eje de giro, pero que todavía no puede
reconocerse como el Sol. Los planetas se formaron por la acumulación de granos
interestelares y, en el caso de los planetas exteriores, por la atracción y adherencia de
gases. Este proceso causó un calentamiento, con lo que una capa de Hierro fundido
se depositó en el centro, como sucedió en el caso de la Tierra.
Nuestro planeta se encuentra formado principalmente por silicatos (piedras,
compuestos de Silicio, Si, y Oxígeno, O) y Hierro, Fe, metálico. Es importante hacer
notar que en la Tierra ciertos elementos están presentes en cantidades
completamente diferentes de las del resto del Universo. Así, en nuestro planeta
prácticamente no hay Hidrógeno ni Helio, y el Carbono y Nitrógeno son poco
abundantes. Los gases nobles Neón, Ne, Kriptón, Kr y Xenón, Xe son aún más
escasos.
La síntesis de elementos con más de 26 protones sólo es factible suministrando
energía. Ello ocurre en explosiones estelares.
26
A partir de este gas interestelar se forman las estrellas y éstas, durante su evolución,
transforman en su interior los elementos químicos a partir de reacciones nucleares.
Posteriormente pierden materia con una composición química diferente de la inicial, lo
que modifica la composición química del medio interestelar.
Existen tres fuentes principales que afectan la composición del gas interestelar.
1. Supernova.
Se producen cuando estrellas de enorme masa
hacen explosión al final de su evolución, con lo
que se dispersa por el espacio no sólo la masa de
la estrella, sino toda su energía. Las supernovas
nutren así al medio interestelar de elementos
pesados.
2. Nebulosas galácticas.
Son masas luminosas de gas lanzadas al espacio
por estrellas de masa intermedia al final de su
evolución. Las nebulosas galácticas son el producto
de un cataclismo y constituyen la materia arrojada
al espacio por una nova.
3. Novas (estrellas nuevas).
Son estrellas cuyo brillo aumenta intensamente en
periodos muy cortos -por ejemplo, en unos días- para
luego ir disminuyendo lentamente a lo largo de varias
decenas de años hasta recuperar el brillo original. En
el proceso se provocan explosiones que lanzan al
espacio diferentes porciones de su masa y energía.
Se calcula que en nuestra galaxia se producen más
de mil novas por año, pero sólo unas cuantas, aproximadamente veinte, alcanzan la
magnitud de luminosidad suficiente para ser percibidas desde la Tierra.
Se supone que Mercurio, el planeta más cercano al Sol, tiene mayor cantidad de Fe
(en términos relativos) que los demás planetas, mientras que los más lejanos como
Júpiter y Saturno se encuentran formados principalmente por agua, H 2O, amoniaco,
NH3, y metano, CH4, sólidos .
27
Para que los elementos se condensen en estado sólido es importante conocer la
temperatura. Se han hecho diversas estimaciones de este proceso, y se supone que
para condensar los silicatos y el de la temperatura de la nebulosa solar en la vecindad
de la Tierra debería estar por debajo de 1.500 K. Al disminuir la temperatura se van
condensando los demás elementos hasta llegar a los 600 K, que sería la temperatura
de la Tierra primitiva (este proceso, sin embargo, no justifica la presencia del carbón
en nuestro planeta, ya que para condensarlo en forma de metano (la molécula más
simple con Carbono e Hidrógeno) se requieren menos de 100K.
Abundancia relativa (en % de masa) de los elementos en la Tierra:
Pero, desde luego, en la Tierra hay Carbono, y para explicarlo se ha sugerido que una
vez que el Carbono se combinó con Oxígeno para formar CO (monóxido de carbono),
este último compuesto habría reaccionado con Hidrógeno (H2) para producir
hidrocarburos, en una reacción del tipo Fischer-Tropsch, así llamada en honor de los
químicos alemanes que la desarrollaron. Estas reacciones pueden usarse para
producir comercialmente gasolina y otros hidrocarburos. Así, por ejemplo, tenemos:
20CO + 41H2
C20 H42 · 20H2O
Estos hidrocarburos de alto peso molecular son estables y sólidos a altas
temperaturas.
Si en la reacción de Fischer-Tropsch están presentes Amoníaco (NH3) y Agua (H2O),
se forman compuestos orgánicos complejos. Así, el nitrógeno y el oxígeno se
incorporarían naturalmente a las breas y alquitranes, convirtiéndose en parte de la
Tierra aun cuando el NH3 y el H2O permanecieran gaseosos a 600 K.
28
El origen de la CORTEZA TERRESTRE
En todo sistema cerrado la tendencia natural de la materia es el desorden. Esto es
algo que observamos continuamente, si dejamos un coche abandonado junto a la
carretera al cabo de algunos años estará oxidado, los cristales estarán rotos, los
asientos carcomidos, los neumáticos destrozados. Si dejamos un libro sobre la mesa
al cabo de algunos siglos solo quedará un pequeño montón de polvo. Si lo que
dejamos es una manzana, no quedará nada en pocas semanas.
A escala atómica ocurre lo mismo: donde hay moléculas complejas tarde o temprano
estas moléculas se desorganizan, se parten en componentes más pequeños, donde
había vida, ésta muere, donde había organización ésta desaparece. Esto es lo que
ocurre en los sistemas cerrados. Afortunadamente la Tierra es un sistema abierto (se
intercambia materia y energía con el ambiente) la superficie terrestre ha sido
bombardeada durante millones de años por millones de meteoritos que han
aumentado su tamaño al mismo tiempo que su caída producía suficiente calor como
para que toda la masa del planeta se fundiese. Este calor ha ocasionado que los
elementos constitutivos del planeta se combinasen entre sí para formar los
compuestos y aleaciones, sulfuros y silicatos que conforman las capas de nuestro
planeta. La estructura que todos estos procesos nos han dejado es la de un planeta
dividido en capas. En la capa más interior hay un núcleo con los elementos más
pesados, siendo los más abundantes el hierro y el níquel.
De esta forma tan caótica se formaron los principales yacimientos mineros, los nódulos
de diamantes, las vetas de uranio, las menas de plata y mercurio.
Los gases de la atmósfera primigenia reaccionaban con todos estos elementos para
formar
numerosos compuestos que se
depositaban
en
la superficie
para
posteriormente formar parte de una corteza terrestre cada vez más compleja.
Y cuando la temperatura de la superficie terrestre lo permitía, el vapor de agua de la
atmósfera se condensaba para formar los primeros lagos, lagos que sólo se daban en
lugares elevados, cordilleras, cráteres de volcanes apagados, lugares que estaban
sobre una corteza terrestre lo suficientemente gruesa como para mantenerse alejada
del calor del manto terrestre, porque en los lugares bajos, donde hoy están los
océanos, la corteza terrestre era sumamente delgada y estaba demasiado caliente a
causa del calor interior del planeta para que en ella pudiese permanecer el agua en
estado líquido.
En esos lagos de montaña, calientes hasta el punto de hervir en ocasiones, inundados
de sales minerales y acariciadas por una ardiente brisa de hidrógeno, amoníaco y
metano, se producían numerosas reacciones químicas que dieron los primeros pasos
hacia la vida.
29
La estructura interna de la Tierra nos es desconocida. Sin embargo, a partir de
estudios sismológicos y geofísicos se ha establecido la idea de que está formada por
capas.
30
CAPITULO II: El Origen de la Vida”
CONTENIDOS:
1. INTRODUCCIÓN

Teoría de la evolución química
2. ¿CÓMO SE ORIGINO LA VIDA EN LA TIERRA?

¿Qué es la Vida? ¿Cuándo y Cómo Comienza?

¿Qué Caracteriza lo Viviente?
3. TEORIAS DEL ORIGEN DE LA VIDA

Revisando algunas teorías del origen de la vida

Evolución química

Hipótesis de Oparin

Experimento de Miller
4. INICIO DE LA VIDA

Células Procariotas

Células Eucariotas
31
1. INTRODUCCIÓN
Teoría de la evolución química
“¿Pudieron todos los seres vivientes originarse a partir de una serie de simples
moléculas?”
La Evolución Química es una evolución basada en procesos químicos, no biológicos,
que comprenden el cambiar compuestos inorgánicos simples a compuestos orgánicos
complejos. A partir de la hipótesis de Oparin, vimos como una gran cantidad de
reacciones químicas ocurría entre los ingredientes de los mares antiguos y que como
resultado de estos procesos durante millones de años probablemente aparecieran los
aminoácidos y los nucleótidos que forman el DNA y el RNA, constituyentes de los
seres vivos.
La formación de moléculas orgánicas complejas, a partir de bloques de construcción
más pequeños, debe haber necesitado energía.
Oparin sugirió que había varias fuentes posibles de energía: la energía eléctrica de
los relámpagos, la energía radiante del Sol, la energía proveniente de la
desintegración de las sustancias radiactivas. También describió cómo pudieron ser
separados del ambiente por alguna membrana los compuestos originales de la vida.
Señaló que las mezclas de compuestos orgánicos pueden formar agrupaciones que
denomino coacervados, es un grupo de gotas microscópicas que se forma por
atracción entre moléculas en una mezcla de proteínas y azúcar en agua. Las gotas en
el interior son moléculas de proteínas. Las moléculas de agua forman la capa exterior
de estas gotas. Esta capa actúa, más o menos, como una membrana celular. Los
coacervados pueden intercambiar materiales con su ambiente, a través de esta capa
limitante, en la misma forma que lo hace una célula. Para Oparin, estas gotas sugerían
la forma de una célula. Igual que la célula, cada gota puede considerarse como distinta
y separada de las demás.
Los estudios acerca de la hipótesis de Oparin han demostrado que ese tipo de
moléculas que encontramos en los organismos vivos pudo haberse formado temprano
en la historia de la Tierra. También han demostrado que grupos de moléculas pudieron
haber sido encapsulados. Estos grupos de moléculas encapsuladas - que contienen
agua, proteínas, azúcares y ácidos nucleicos - pudieron haber crecido obteniendo
materiales del ambiente. Al tomar materiales del ambiente, estas moléculas pudieron
haberse duplicado. Finalmente, las gotas que se desprendían pudieron haber formado
copias exactas del grupo completo de moléculas encapsuladas.
Muchos biólogos piensan que sí señalan que esta hipótesis describe solamente lo que
pudo haber ocurrido. Y así aparecerían las primeras células procariotas, es decir, sin
núcleo diferenciado, los heterótrofos con metabolismo anaeróbicos. Tal vez hayan
32
ocurrido mutaciones que permitieron a algunas células obtener energía de la luz
solar, apareciendo así las fotosintéticas. Con la aparición del oxígeno algunas se
adaptaron a vivir utilizándolo, pasan a ser así células aerobias. Y por último aparecen
las células eucariotas con núcleo diferenciado.
TEORIAS ACTUALES SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA*
No hay modelos estándar verdaderos sobre el origen de la vida, sin embargo, los modelos más
corrientemente aceptados, se apoyan en uno, otro o en grupo de descubrimientos, en relación al
origen de los componentes moleculares y celulares de la vida, los cuales se enumeran a
continuación:
Condiciones prebióticas posibles resultaron en la creación de ciertas moléculas básicas de la vida
(monómeros), como los aminoácidos. Esto fue demostrado por el experimento de Urey-Miller.
Fosfolípidos (e una longitud apropiada) pueden formar espontáneamente bicapa lipídicas, uno de los
dos componentes básicos de la membrana celular.
La polimerización de nucleótidos al azar en moléculas de ARN podría haber producido el ARN
autoreplicante (ribozimas). Esta es la Teoría del Mundo del ARN. Donde aparecen ribozimas con
actividad catalítica para formar oligopéptidos y pequeñas proteínas. Así aparece el primer ribosoma,
y con él la síntesis de proteínas.
Las proteínas autocompletan la capacidad catalítica de las ribozimas, transformándose en los
polímeros dominantes.
Los Ácidos Nucleicos quedan a cargo del almacenamiento de la información genética.
El biólogo John Desmond Bernal (1901-1971), acuño el término Biopoiesis para el proceso
escalonado, y sugirió que hay un número claramente definido de “estadios” que deberían ser
reconocidos para explicar el origen de la vida:

Estadio 1: Origen de los monómeros biológicos

Estadio 2: Origen de los polímeros biológicos

Estadio 3: Evolución de moléculas a células
1- Origen de moléculas orgánicas:

“Modelo de Miller- Urey”
2- De las moléculas orgánicas a las protocelulas

“Los Genes Primero”: Modelo del Mundo del ARN

“El Metabolismo Primero”: Modelos de Oparin, mundo del Hierro-Sulfuro y otros.

“Teoría de las Microesferas” o coacervados
3- Otros modelos

“Teoría de la Arcilla”

“Teoría de la Panspermia”
*http://es.wikipedia.org/wiki/Cosmolog%C3%ADa
33
2. ¿CÓMO SE ORIGINO LA VIDA EN LA TIERRA?
Aún después de la solidificación de la corteza terrestre, nuestro planeta siguió por un
tiempo en un medio demasiado hostil para ser habitable.
En los primeros lagos que se formaron en la superficie terrestre había numerosas
sales minerales, magnesio, azufre, hierro. El agua estaba a unas temperaturas muy
elevadas y sobre ella había una ardiente masa de aire formada por metano y
amoníaco. Todo esto ocurría en la más completa oscuridad, el Sol aún no había
entrado en ignición y la nebulosa solar impedía que se viera el más mínimo destello de
luz estelar. Pero a pesar de estas condiciones tan adversas, el aporte energético era
tan grande que las moléculas se agrupaban en estructuras complejas. Había dos
fuentes de energía principales, una era el calor interno de la Tierra, la otra era la
frecuente, casi continua formación de tormentas eléctricas. Estas dos fuentes de
energía hacían reaccionar unos átomos con otros, unas moléculas con otras. El calor y
los rayos creaban moléculas complejas. Y también las destruían. La energía podía
disociar moléculas de metano o amoníaco, y éstas volvían a asociarse con las piezas
que se encontrasen más a mano. La mayor parte de las veces se formaban
combinaciones bastante inestables, pero en ocasiones, por azar, se formaban
combinaciones más estables. Así, el azar iba generando compuestos, algunos más
simples, otros más complejos. Las moléculas complejas eran capaces de almacenar
más energía que las simples, y como la energía abundaba, esto hizo que la
complejidad del caldo primigenio fuera también en aumento.
En muy poco tiempo el caldo primigenio que formaba esos lagos estuvo lleno de
compuestos como formaldehído, ácidos fórmico, acético y láctico, urea y hasta
algunos aminoácidos simples como glicina y alanina. En las profundidades marinas
esas moléculas estarían protegidas de la letal radiación Ultravioleta del sol (aún no
existía el Ozono).
Una vez realizado este proceso el caldo primigenio había dado lugar a un caldo más
elaborado, como si a partir de una mezcla de agua, grava y arena se hubiesen
formado ladrillos. Con piezas más complejas, las combinaciones aumentaban su
complejidad y a partir de estos "ladrillos" se construyeron piezas más complejas, entre
ellas algunas purinas como la adenina y azúcares como la ribosa y la desoxirribosa,
componentes de los ácidos nucleicos.
El lago ya contenía sustancias de una gran complejidad, y aunque seguían existiendo
moléculas simples la mayor parte de las moléculas que se encontraban en ese caldo
eran moléculas más complejas, capaces de almacenar gran cantidad de energía
química.
34
Conforme aumentaba la complejidad del caldo aumentaba también la probabilidad de
que se formasen sustancias más complejas. Así, cuando el caldo estaba saturado de
ácidos nucleicos, purinas y azúcares, resultó inevitable que de esta mezcla surgiesen
los primeros nucleótidos e incluso algunos compuestos tan complejos como el
trifosfato de adenosina (ATP), uno de los componentes fundamentales de la vida.
Enlaces con elevada energía que se rompe fácilmente.
ATP:
A
Base
R
Azúcar
P
P
P
Monofosf. Difosf. Trifosf.
Grupo Fosfato
Nitrogenada Ribosa
Al hablar de azar no tenemos más remedio que hablar de probabilidades. ¿Qué
probabilidad había de que surgiese de forma espontánea un compuesto tan complejo
como el ATP? Si tuviésemos que partir exclusivamente de los elementos que se
encontraban en la atmósfera primigenia, la probabilidad de que se formase ATP
resultaría tan baja que sería absurdo siquiera considerarla. Podrían pasar mil veces la
edad del sistema solar y aún podríamos estar esperando que se formase ATP a partir
de agua, metano, amoníaco y las escasas sales que existían en el caldo primigenio.
Pero de este caldo primigenio no surgió el ATP, sino un nuevo caldo más complejo
que el anterior, en el cual surgieron moléculas más complejas que aumentaron la
complejidad del caldo en un ciclo que se retroalimentaba a sí mismo hasta hacer
inevitable la formación de ATP.
De hecho, todo lo expuesto hasta ahora no son más que los pasos lógicos que debió
dar la naturaleza y que los científicos del último siglo han intentado ¡y conseguido!
reproducir paso a paso.
En 1953, Miller y Urey prepararon una mezcla de amoníaco (NH3), metano (CH4) e
hidrógeno (H2) por la que hicieron pasar un serpentín con vapor de agua (H2O). Dentro
del recipiente un electrodo generaba una chispa eléctrica que atravesaba el gas. Una
semana más tarde analizaron la muestra y encontraron ácido fórmico, ácido acético,
ácido glicólico y ácido láctico, ácido cianhídrico, urea y dos aminoácidos, glicina y
alanina. Las cantidades de estas sustancias generadas no eran pequeñas, sino
grandes, tanto que sólo al cabo de 24 horas el caldo, originalmente transparente,
había adquirido un fuerte color rosa y al final del experimento un intenso color rojo
amarronado. El experimento fue repetido por varios científicos con diversas
variaciones a lo largo de varios años, sustituyendo algunos componentes originales y
usando luz ultravioleta en lugar del electrodo y en todas las ocasiones se produjeron
35
sustancias complejas y hasta algunos aminoácidos más complejos que la glicina y la
alanina que consiguieron Urey y Miller.
En 1961 Juan Oró, en la Universidad de Houston, añadió ácido cianhídrico al caldo
primigenio y del proceso obtuvo algunas purinas, entre ellas la adenina. En un
experimento posterior, en 1962, añadió formaldehido a la mezcla original y consiguió la
síntesis de dos azúcares distintos, la ribosa y la desoxirribosa, componentes de los
ácidos nucleicos.
Desde 1963 hasta 1965, en el centro de investigación Ames de California se
realizaron una serie de experimentos partiendo de compuestos que ya habían sido
creados en experimentos anteriores, como la ribosa, la adenina, fosfatos y otros, y
sometiéndolos a iluminación con luz UV. De estos experimentos surgieron compuestos
cada vez más complejos, como adenosina, ácido adenílico y trifosfato de adenosina
(ATP).
Vemos pues que el proceso por el cual los mares primigenios fueron adquiriendo
complejidad no son simples teorías, sino que han sido comprobados por los
experimentos de muchos científicos modernos. Ahora bien, todas estas substancias
siguen siendo simples moléculas, incapaces de equipararse a la complejidad de una
simple célula viva. Pero es que la complejidad del caldo primigenio no se detuvo allí,
sino que siguió aumentando durante millones de años creando combinaciones cada
vez más complejas y más capaces de procesar grandes cantidades de energía. El
proceso no era fácil, aún estamos hablando de lagos en zonas elevadas del planeta,
los únicos lugares donde el agua podía permanecer en estado líquido. Sin embargo el
planeta seguía a oscuras, y seguía bombardeado por meteoritos y asolados por
terremotos. Los lagos se formaban, pero también se destruían y en ocasiones, todas
las sustancias complejas que hubiesen podido formarse en uno de aquellos lagos
podían desaparecer para siempre sin dejar rastros de su existencia.
Pero los experimentos, las reacciones químicas, se seguían produciendo en muchos
lugares del planeta. Poco a poco la corteza terrestre se fue enfriando y en algunos
sitios surgieron los primeros mares permanentes. También por esa época fue cuando
el sol se encendió y el viento solar barrió el sistema eliminando la nebulosa original. Al
ocurrir esto se produjeron varios fenómenos, en primer lugar la luz del sol comenzó a
transformar la atmósfera de metano, hidrógeno y amoníaco en una nueva atmósfera
de nitrógeno y dióxido de carbono. Al mismo tiempo apareció una nueva fuente de
energía, el Sol, cuyos rayos UV supusieron un enorme incremento en la cantidad de
36
energía disponible en la superficie del planeta. Y esto llevó directamente a que en los
mares primigenios aumentara portentosamente el número de experimentos químicos
capaces de producir sustancias necesarias para la formación de la vida. Cada vez que
de uno de estos experimentos surgía una molécula capaz de procesar la energía con
más eficiencia que sus antecesoras, esta nueva molécula pasaba a formar parte
sustancial del caldo prebiótico, reemplazando a alguna de las moléculas menos
eficientes. Cada vez con componentes más complejos, el proceso se repitió durante
millones de años de experimentos hasta formar moléculas compuestas de ácidos
nucleicos y proteínas lo suficientemente complejas como para ser capaz de usar la
energía de su entorno en crear una copia de sí misma. Así, la primera molécula capaz
de autoreplicarse (pero aún no un ser vivo) inició un proceso evolutivo que en pocos
cientos de millones de años pobló el fondo de los mares de las más diversas formas
de vida.
Los primeros organismos eran simples células carentes de núcleo (procariotas) del
tipo de las bacterias y algas verde-azuladas. Durante más de un millón de años estos
organismos produjeron Oxígeno, el cual no lograba llegar hasta la atmósfera porque
antes era empleado para oxidar materiales reductores del fondo del océano (ejemplo:
Hierro). Por esto el contenido de Oxígeno atmosférico era extremadamente bajo hasta
hace unos 2.100 millones de años. A partir de entonces el nivel de Oxígeno aumentó
rápidamente hasta alcanzar el nivel actual del 20% hace unos 1.000 millones de años.
La presencia de Oxígeno dio origen a la capa protectora contra la luz ultravioleta
solar, el ozono, que se forma a partir de la fotodisociación y recombinación de la
molécula de Oxígeno. El ozono permitió a la vida aventurarse fuera de los océanos,
que fue su refugio natural por miles de millones de años.
Paralelamente al rápido enriquecimiento del oxígeno atmosférico, la vida fue
adquiriendo formas cada vez más complejas. Las células procariotas evolucionaron
hacia células eucariotas con núcleo y, hacia los 1.100 millones de años atrás,
organismos unicelulares sexuados. Las células eucariotas se fueron especializando
para cumplir diversas tareas, y a su vez, tuvieron la capacidad de asociarse en seres
más complejos pluricelulares con potencial evolutivo.
 A fines del precámbrico, hace unos 600 millones de años, se da la gran explosión
de organismos pluricelulares de diversas anatomías, conocidas como fauna
Edicariense, estos eran organismos de cuerpo blando. Esta fauna se extinguió hacia
los 530 millones de años dando paso a la fauna del Cámbrico rica en organismos con
caparazón.
37
 Las primeras plantas terrestres aparecen hace unos 440 millones de años,
aproximadamente en la misma época aparecen los peces.. los primeros animales se
aventuran fuera de los mares hace unos 370 millones de años.
 Los dinosaurios a parecen entre los 225 y 65 millones de años. Casi
simultáneamente aparecen otros pequeños animales de sangre caliente, los
mamíferos, que han continuado evolucionando generando nuevas especies. En la
evolución de la vida el hombre es un recién llegado. La evolución de la vida hacia
formas más complejas, no ha significado la eliminación de las formas más simples.
Definiendo la vida: ¿Qué, cuándo y cómo?
La exploración actual del Sistema Solar indica que solo en la Tierra se ha encontrado
vida. Esto se debe a que tal vez es el único cuerpo del Sistema Solar que reúne las
características adecuadas de temperatura y protección (primero loa océanos, luego la
atmósfera).
¿Qué es la vida?, ¿Cuándo y cómo comienza?, después de milenios de
tribulaciones seguimos sin repuestas definitivas. Sin embargo, el avance del
conocimiento científico en el último siglo nos permite, por primera vez en la historia del
pensamiento, plantearnos escenarios plausibles que nos expliquen cómo surgió la vida
y por qué ésta aparece en la Tierra.
¿Qué caracteriza lo viviente?
Los organismos vivos están formados de átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno,
nitrógeno, fósforo, azufre, metales pesados… pero las montañas, los ríos, las casas y
hasta nuestros ordenadores también.
Sin embargo las proporciones no son idénticas en la materia orgánica y en la
inorgánica. Por ejemplo, el carbono abunda en los seres vivos. Hasta el extremo de
que en ciencia se distingue entre química orgánica e inorgánica. La química orgánica
es la química del carbono. El carbono es un elemento que parece, por tanto, tener
"algo" que lo hace especialmente interesante para la vida. Su propiedad fundamental
es que tiene cuatro electrones de valencia, es decir, cuatro electrones en su última
capa y por ello es uno de los elementos más versátiles para formar compuestos
consigo mismo y con otros elementos.
38
Evidentemente, no todos los compuestos orgánicos están vivos. Uno de los grupos
más importantes de compuestos de este tipo son los plásticos, que para muchos
representan la imagen antitética de lo vivo.
ESTRUCTURA ATOMICA DEL CARBONO
Por tanto, aunque a vida está relacionada con la química del carbono, no podemos
decir que este sea su rasgo definitivo.
Si queremos encontrar otros atributos que caractericen la vida, debemos buscar
también entre sus propiedades operativas. A la vieja usanza: lo vivo nace, crece, se
reproduce y muere. Sin embargo, de nuevo nos encontramos con la misma cuestión
que antes, ¿cuántos de estos rasgos son realmente exclusivos de los seres vivos? A
veces, bajo ciertas condiciones el fuego puede surgir espontáneamente, los caudales
de agua crecen en función de las precipitaciones, los cristales se reproducen a sí
mismos manteniendo su estructura y los volcanes decimos que mueren cuando dejan
de estar activos.
Más modernamente se citan características como autoorganización, procesos con
transferencia de energía, capacidad de autorregulación (homeóstasis) y capacidad de
autoreplicación en referencia a lo vivo.
A la visión energética clásica de la vida, proveniente de la termodinámica, se ha unido,
en los últimos decenios, una perspectiva informacional, fruto de la revolución en las
telecomunicaciones. La vida no es sólo un proceso energético a contracorriente, sino
un flujo de información. Pero esta amplitud de miras, no ha acabado por refrendarnos
una definición de vida, sino más bien de abrirnos la puerta a otros universos posibles.
No parece por tanto fácil especificar ninguna propiedad aplicable sólo a la vida. Pero la
definición vaga de qué es el Santo Grial, no puede detener su búsqueda.
39
3. TEORÍAS DEL ORIGEN DE LA VIDA
Revisando algunas teorías del Origen de la Vida
Otra cuestión es el origen de la vida. ¿Cómo apareció el Santo Grial? Es un tema que
arrastra una fuerte carga emocional. Y durante muchos siglos las únicas respuestas
fueron de carácter religioso: la vida se habría originado en la mente de Dios o dioses,
sería el resultado de un proceso sobrenatural. La alternativa a esta visión se ha forjado
dentro del marco científico en los últimos siglos. Veamos una somera revisión estas
teorías.
Más allá de la explicación divina, una de las primeras justificaciones científicas –
aunque todavía envuelta de un cierto halo sobrenatural- es la teoría de la generación
espontánea, que fue alternativamente aceptada y rechazada entre finales del XVII y
finales del XIX. El principio de esta explicación parte de la observación de la existencia
de larvas de mosca en la carne y otros restos en putrefacción, que llevó a pensar que
estas surgían espontáneamente.
En 1688, Francesco Redi ya planteaba
que estas larvas procedían de puestas
previas, y esta idea junto con las primeras observaciones de organismos sólo visibles
al microscopio fueron los primeros intentos de desautorización de esta teoría
A mediados del siglo XVIII Lazzaro Spallanzani realizó un sencillo experimento que
refutaba la generación espontánea. Para ello, tomó un recipiente con un caldo de
cultivo turbio, por la presencia de microorganismos. Lo sometió a calor, hasta hacerlo
hervir, y lo cerró herméticamente para que no estuviera en contacto con el aire. El
caldo después de hervir paso de su aspecto turbio a ser un líquido trasparente y
estéril, y así se mantuvo. El razonamiento era que, si la turbidez implicaba la presencia
de organismos y la claridad la esterilidad, el mantenerse limpio, como así sucedió, era
una prueba de que los organismos no habían vuelto a aparecer espontáneamente.
Sin embargo fue Pasteur en 1862, el que diseño los experimentos que permitirían
acabar para siempre con esta teoría. Primero demostró la existencia de
microorganismos en el aire, y que el calor los eliminaba. Con estas premisas, ideó
unos matraces de cuello de cisne y colocó en ellos una sustancia nutritiva que
permitiría el crecimiento de los microorganismos.
Calentó dos matraces y los esterilizó. Después dejó uno de los matraces con el cuello
intacto, de manera que los microorganismos quedasen atrapados en él y no llegaran al
medio de cultivo, y rompió el cuello del segundo. El primero siguió estéril, mientras
que en el segundo crecieron organismos en el medio nutritivo.
40
A partir de este momento, la actitud vitalista decae y toman fuerza las explicaciones de
carácter científico-experimental, dentro de las cuales se encuentra la teoría de la
evolución química-prebiótica de la que hablaremos seguidamente.
Pero antes haremos referencia a una teoría, que aunque presente en la antigüedad,
ha cobrado auge en los últimos años, al hilo de los análisis realizados a meteoritos
encontrados en la Tierra: es la teoría de la Panspermia. El termino panspermia
significa en griego “sembrar en todas direcciones”. Su dogma central es que la vida
pudo llegar a nuestro planeta desde el espacio exterior, gracias a los meteoritos u
otros objetos que colisionaron con la Tierra en la época Arcaica. Estos objetos
portarían células u organismos simples, que fueron depositados sobre la superficie de
la Tierra, y que se revitalizarían cuando las condiciones ambientales fueran las
adecuadas, desarrollándose, sembrando la vida en el planeta y evolucionado a lo largo
de millones de años para dar las formas actuales de vida.
Las bacterias son
organismos muy resistentes. Pueden encapsularse y resistir condiciones de lo más
adversas. Permanecen así en un estadio silente hasta que las condiciones del entorno
se hacen adecuadas, ¿Podrían formas de vida primitiva haber sobrevivido al duro
espacio exterior, con su alta energía de radiación, sus temperaturas de congelación y
el vacío? Los detractores de la teoría opinan sencillamente que no. Y añaden las
condiciones terrestres que seguirían al impacto.
Sin embargo, las investigaciones de los últimos años sobre la vida en ambientes
extremos han hecho que nuestra visión del margen de viabilidad para la vida cambie
considerablemente. El debate científico está servido.
Ahora, ¿por qué resurge esta hipótesis sobre el origen de la vida? Hay dos motivos
para ello. En primer lugar el descubrimiento por parte de los astrónomos Fred Hoyle y
Chandra Wickramasinghe de moléculas orgánicas en el espacio interestelar. Así, no la
vida, pero sí los compuestos básicos de la vida, se encuentran más allá del Planeta
Azul. De manera que pueden haber sido transportados hasta aquí, y evolucionar
gradualmente a través de acontecimientos químicos naturales. Un segundo hecho que
apoyó aún más la teoría de la panspermia, fue el anuncio por parte de NASA en 1996
de evidencias de vida en los restos de un meteorito marciano: el ALH84001, del que
ya hablamos.
Este meteorito contenía glóbulos de carbonato con minerales
cristalizados de tipo magnetita, pyrrhorita y greigita, que en principio se consideraban
exclusivamente de origen biogénico. Se especuló incluso con ciertas estructuras que
recuerdan a bacterias fosilizadas. Aunque los investigadores que presentaron este
descubrimiento siguen firmes en su opinión de que es una evidencia de vida antigua
en Marte, la polémica sobre si esas evidencias son o no válidas sigue aún hoy en día.
41
Muchos científicos puntualizan que mientras ciertos rasgos del meteorito pueden
parecer producidos por procesos biológicos, estos mismos rasgos pueden tener un
origen no biológico. En cualquier caso, la realidad es que la Teoría de la panspermia
podría explicar cómo mucho la proliferación de vida en el universo, y un posible
escenario en la Tierra, pero no el origen de la vida en el Universo. La pregunta sigue
siendo: ¿Cómo se formaron esas primeras moléculas "vivas"?
Evolución química
Retomando, la evolución química es la teoría sobre el origen de la vida
mayoritariamente aceptada por la comunidad científica.
Pretende demostrar que la vida surge a partir de elementos químicos sencillos, que
van generando bloques moleculares cada vez más complejos. Así la materia
evolucionaría desde las formas inorgánicas inertes hasta la materia orgánica viva. La
base de referencia de esta teoría es doble.
Por un lado, Darwin y su teoría de la Evolución biológica, que produjo un cambio
paradigmático en la manera de ver los procesos naturales. La evolución darwiniana
nos muestra como la variabilidad y la selección actúa como motores del cambio en la
naturaleza
Hipótesis de Oparin
El otro punto de referencia surge dentro de este nuevo contexto paradigmático.
Alexander Ivánovich Oparin, bioquímico soviético, postuló a principios de los años
20 que las moléculas orgánicas habían surgido en la superficie de la Tierra a partir de
los compuestos inorgánicos y habían evolucionado hacia las formas más primitivas de
vida.
En 1936, Oparin presentó una versión revisada y ampliada de El origen de la vida.
Sostenía: “el carbono arrojado por los volcanes se combinó con vapor de agua,
42
formando hidrocarburos. En el océano, esas moléculas se hicieron más complejas y se
amontonaron en gotitas llamadas coacervados (acervus, en latín, significa montón). De
a poco, los coacervados fueron adquiriendo las características de las células vivas.
Esas células eran microbios anaeróbicos, porque en aquel entonces no había oxígeno
en la atmósfera”.
Oparin explicó el origen de la vida en términos de procesos físicos y químicos. Una
progresión de lo más simple a lo más complejo. Rompió así el círculo vicioso que
afirmaba que las sustancias presentes en los seres vivos solamente podían ser
fabricadas por los seres vivos.
La consideración de unas condiciones ambientales muy diferentes a las actuales por
parte de Oparin, es posiblemente una de los aspectos que da más consistencia a su
teoría — aun asumiendo que las condiciones reales no fueran exactamente las
mismas.
La hipótesis de Oparin se planteaba en los siguientes términos: existía una atmósfera
primitiva de fuerte carácter reductor. A diferencia de la nuestra, rica en Oxígeno y
Nitrógeno, la atmósfera primitiva tenía una ausencia prácticamente total de oxígeno y
contaba con la presencia de gases reducidos como metano (CH4), amoníaco (NH3) e
Hidrógeno molecular (H2), acompañados de vapor de agua. Había también una gran
cantidad de "energía libre en el ambiente" debidas a la alta actividad volcánica y las
fuertes tormentas eléctricas. Como consecuencia de la ausencia de la capa de ozono,
los niveles de radiación ultravioleta eran muy superiores a los actuales. En este
ambiente, siempre según la teoría, se favorecieron las reacciones de los gases
atmosféricos y la formación de las moléculas orgánicas, que se acumularon en los
océanos primitivos formando la llamada "Sopa Primordial".
Este "pequeño estanque caliente"; fue teorizado por el propio Darwin en el siglo XIX.
Pero, ¿cómo pudo evolucionar semejante escenario gótico? Las reacciones químicas
que explican cómo estos compuestos inorgánicos se transforman hasta dar las
primeras formas de vida, forman el cuerpo de la teoría quimiosintética.
Experimento de Miller
El primer paso es la transformación fortuita de las moléculas de gases reductores
atmosféricos, en moléculas orgánicas sencillas, gracias al aporte energético. Esta
hipótesis fue reforzada con los experimentos de Stanley Miller (1953). En su ya más
que famoso experimento, Miller simuló las condiciones de la Tierra primitiva en el
laboratorio, tanto de la atmósfera como de los océanos. Para ello ideó un sistema de
tubos donde se encontraban los gases reductores que emulaban la atmósfera —
amoniaco (NH3), metano (CH4), hidrogeno molecular y vapor de agua. El final del
43
sistema tubular se abría en una vesícula que contenía agua y que emulaba el océano.
Todo el sistema estaba herméticamente cerrado para que los gases no se escaparan y
pudiera simularse, de forma repetitiva, secuencias de evaporación condensación.
Para simular estas secuencias se calentaba la vesícula, con lo cual se evaporaba el
agua que circulaba por el sistema y entraba en contacto con los gases reductores, y
luego se dejaba enfriar para que condensara, como si "lloviera". Sin embargo, en
ausencia de energía, esta lluvia estaba limpia. Era necesario aplicar alguna forma de
energía que favoreciera la ruptura de los enlaces de las moléculas gaseosas y de esta
forma convertir los choques al azar de las moléculas en reacciones químicas efectivas,
que originan moléculas distintas y más complejas.
Un elemento crítico del experimento, es por tanto la cantidad y el tipo de energía que
se utilice. En el experimento de Miller se utilizaron electrodos que generaban
descargas eléctricas. Con un poco de imaginación, podemos comparar las chispas de
estas descargas con los rayos que se producen en una tormenta.
Después de aplicar energía en el sistema durante varias semanas, alternando las
fases de evaporación y condensación, Miller encontró sedimentos en el fondo de su
"océano". Los análisis químicos mostraron que ese sedimento estaba formado por
moléculas mucho más complejas que las iniciales. Y lo que es más importante, que en
gran medida estaba formado por algunos precursores de la vida: aminoácidos,
hidrocarburos de cadena larga, otros ácidos orgánicos (fórmico, acético…), azúcares y
44
precursores nucleótidos. En la teoría, estas moléculas formadas en la atmósfera
habrían caído al océano primitivo por efecto de la gravedad o de la lluvia, como si de
maná se tratara.
A partir de aquí, este modelo experimental fue repetido por multitud de investigadores,
que introdujeron sus propias modificaciones en la mezcla de gases, la fuente de
energía y el tiempo. En todos los casos el resultado era el mismo: la formación de
moléculas orgánicas complejas. Siempre y cuando se cumplieran dos condiciones:
1.
Que estuvieran presentes el metano y el amonio, ya que si no los rendimientos en
la formación de las moléculas orgánicas disminuye escandalosamente, y
2.
Que no exista oxígeno libre, aún con pequeñas cantidades la presencia del
oxígeno supone la oxidación de los gases y el fracaso del experimento. Tenemos
así los "ladrillos" de la vida.
¿Cómo se pudo progresar a partir de aquí?
La siguiente etapa consiste en que se produzcan las reacciones químicas necesarias
para la formación de macromoléculas orgánicas más complejas y de mucho más
valor bioquímico. La secuencia imaginada sería algo así: los aminoácidos formados
se unen dando lugar a péptidos y proteínas, los hidrocarburos se combinan
originando las moléculas grasas, los carbohidratos se unen y forman almidón y
otros azúcares complejos y las bases nitrogenadas forman los ácidos nucleicos.
La Evolución Prebiótica o Precelular, recoge todas las etapas y procesos hasta la
aparición de las células, organismos autosuficientes que marcan el inicio del mundo tal
y como lo conocemos hoy en día. En esta fase las macromoléculas generadas en la
evolución química, se organizan en estructuras definidas, como una unidad, y con
propiedades que recuerdan ya a los organismos vivos. Estas estructuras son
acúmulos moleculares definidos por una delimitación física y teóricamente son los
ancestros celulares. En esta fase tienen que darse dos fenómenos diferentes y
complementarios: la aparición de una delimitación física, membrana o similar, y la
aparición de significaciones biológicas complejas -como el control de la reproducción,
actividades internas relacionadas con procesos energéticos y fundamentalmente la
transmisión de la información- asociadas a los polímeros de aminoácidos y nucleótidos
existentes.
45
4. INICIO DE LA VIDA
Individualización: la separación del medio original
Uno de los momentos cruciales de la historia de la ciencia, fue la determinación de que
la célula era la unidad funcional y estructural de los organismos, gracias a los trabajos
del botánico Matthias Schleiden en 1838 y del zoólogo Theodor Schwann en 1839.
Pero la célula no es sólo la unidad mínima de los organismos superiores, sino que es
también la forma más sencilla de vida. Se trata de un sistema aislado del entorno por
una membrana.
Así, y en relación al origen de la vida, tenemos que preguntarnos: ¿cómo se produce
el aislamiento del entorno?, ¿cuándo aparece la membrana?, y ¿cómo es esta
membrana "primigenia?".
En nuestro ambiente primigenio y al mismo tiempo que se formaban los polímeros,
vimos cómo eran normales las reacciones de deshidratación-rehidratación. Gracias a
estas reacciones pudieron darse los primeros fenómenos de aislamiento de las
sustancias
orgánicas
prebióticas
disueltas,
formando
los
primeros
sistemas
individualizados.
Hay dos hipótesis interesantes respecto a qué tipo de sistemas se pudieron formar:

Una primera posibilidad se trata de la estructura que se forma espontáneamente,
cuando calentamos disoluciones con concentraciones altas de aminoácidos, de
manera que se estructuran y organizan en microesferas proteicas. Estas pequeñas
esferas son muy resistentes y se forman fácilmente en grandes cantidades a partir de
aminoácidos que se polimerizan por acción del calor.
Su tamaño, en torno al micrómetro, es similar al de las células de hoy en día. Por otro
lado, estas microesferas proteinoides producidas en el laboratorio presentan gran
similitud morfológica e incluso dinámica con las células. Aunque la estructura que
forman es una monocapa, al aumentar el pH del medio externo puede formar una
bicapa semejante a las membranas naturales. Además esta capa se comporta como si
fuera una membrana semi-permeable, con fenómenos osmóticos, que permiten la
entrada de moléculas externas (como si "comieran"), lo cual a su vez las hace crecer.
Si existen turbulencias en el medio se produce la ruptura de la microesfera en otras
más pequeñas (como si se dividiese). Parece por tanto que comen, crecen y se
dividen como si fueran una célula primitiva. Pero la analogía sólo es aparente.
46

Una segunda hipótesis nos habla también de una estructura esférica formada por
calentamiento de polímeros orgánicos, a la que se denomina coacervato. ¿Qué la
diferencia de las microesferas? En primer lugar su tamaño, de 1 hasta 500
micrómetros. Y en segundo lugar que las sustancias que participan son proteínas y
carbohidratos. Oparin los propuso como modelo de evolución prebiótico, demostrando
que en estos sistemas tenían lugar una serie de procesos físicos y químicos de cierta
complejidad, entre los cuáles uno de los más importantes son la formación de
polímeros.
Los
coacervatos
muestran
también
un
importante
número
de
características similares a las de una célula: intercambian materia con el medio,
pueden aumentar de tamaño hasta que se vuelven inestables rompiéndose en gotitas
más pequeñas y las reacciones de formación de polímeros pueden considerarse como
un metabolismo sencillo, en forma de reacciones químicas controladas internamente.
Ambas estructuras, microesferas y coacervatos, son capaces de mantener
reacciones químicas en su interior a velocidades diferentes a las que tendrían en el
medio externo. Por otro lado, podemos decir que los coacervatos son algo más
complejo, lo que se demuestra en su mayor estabilidad y en que las microesferas
tienen propiedades catalíticas más sencillas. El estudio de estos precursores muestra
la importancia de aislar el interior del exterior, permitiendo al mismo tiempo el
intercambio de materia y energía.
¿Qué pasó entonces? Podemos afirmar que la existencia de dos fases físicas
diferentes implica la formación de una región de interfase.
Este fenómeno es espontáneo y lleva a la formación de una membrana. La naturaleza
de la membrana depende de las moléculas presentes en las fases.
Al formarse los sistemas precelulares en la Tierra primitiva, algunas proteínas, lípidos
y carbohidratos presentes pudieron haberse convertido en el material de donde
surgieron las primeras membranas, orgánizándose espontáneamente en una red
estructural, quizás con los lípidos en forma de micela, alrededor de una gota rica en
compuestos orgánicos
La membrana primitiva
Estamos interesados por tanto en las moléculas similares a los lípidos que tienen
capacidad de autoensamblaje para formar una bicapa lipídica. En principio
pensaremos en moléculas antipáticas, esto es, que tienen un grupo hidrofílica (afín al
agua) y otro hidrofóbico (que rehuye el agua) en la misma molécula. Los ácidos grasos
son las formas más simples de estas moléculas. Esta característica de ser anfipático
es la que en última instancia dirige la formación de las micelas, ya que los grupos
hidrofóbicos tienden a huir del agua y quedar recluidos en un espacio interior aislado.
47
Sin embargo, la micela simple no nos sirve, ya que en la célula vamos a necesitar que
haya también un medio acuoso donde las sustancias estén disueltas. Por ello es
necesaria la formación de una bicapa lipídica.
Esta bicapa lipídica está formada en las membranas celulares por fosfolípidos,
sustancias anfipáticas en las que el grupo hidrofóbico es un fosfato. Por ejemplo, la
fosfatidilcolina, con 12 carbonos y un grupo fosfato, produce membranas bicapa, que
tienen permeabilidad para iones, aunque relativa comparada con los fosfolípidos de 16
y 18 carbonos que forman las membranas biológicas. Las membranas no pueden
funcionar si están en estado de gel. De hecho, el estado de las membranas
funcionales es un estado fluido.
De hecho, al modelo de la membrana biológica se le llama modelo del mosaico fluido.
Esta característica está determinada por la longitud de las cadenas carbonadas, su
saturación o insaturación (presencia de dobles enlaces) y en las membranas de
algunas células procarióticas las cadenas laterales. Si esto es así ahora, no hay
ninguna razón para pensar que en la formación de las membranas primitivas todos
estos requerimientos no estuvieran presentes.
Algunas cuestiones a tener en cuenta son, en primer lugar, la dificultad de sintetizar
cadenas de carbono de como mínimo 12 átomos en las condiciones de la Tierra
primitiva, además de la necesidad de oxigenar estos hidrocarburos para formar ácidos
grasos. Por último está la unión de estas cadenas a grupos fosfatos para formar los
fosfolípidos, ya que la fuente inorgánica de fosfato para ello no es obvia en este
escenario.
Estas cuestiones están aún por resolver, aunque tenemos también evidencias
positivas (relacionadas con los compuestos orgánicos encontrados en meteoritos) que
sugieren que la formación de estructuras membranosas es posible, aunque todavía no
podamos explicar cómo.
Ya hemos dicho, que el papel mínimo de las membranas en el origen de las primitivas
células es la separación y encapsulación de las moléculas catalíticas y replicativas.
Pero esto tiene otras consecuencias fundamentales que no debemos olvidar:
1) La membrana genera un medio en el cual los componentes macromoleculares
están por un lado en contacto y por otro pueden sufrir el proceso selectivo y variar
(evolucionar).
2) Las consideraciones bioenergéticas, en las que las membranas actuales juegan un
papel esencial al estar asociados a ellas los pigmentos del sistema fotosintético,
además de llevar acoplados un sistema de transporte de electrones que produce un
48
gradiente quimio-osmótico, que sirve como fuente de energía primaria para la
célula. En ausencia de esta estructura de membrana, la luz no podría ser captada y
el gradiente iónico no podría desarrollarse.
3) Por último, la membrana aporta el potencial para el transporte selectivo de
nutrientes específicos. En este sentido, parece que células primitivas pudieron
haberlo necesitado para concentrar alguna sustancia que resultara esencial dentro
del amplio repertorio que existía en la Tierra primitiva.
49
CAPITULO III: Los Seres Vivos
CONTENIDOS
1. INTRODUCCION
2. EL ORIGEN DE PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS

Autótrofos y heterótrofos

Célula procariota y eucariota
3. LA CELULA
 Las Teorías celulares
 Características de los seres vivos
 Características fundamentales
4. CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS
 Taxonomía
 Reinos
 Dominios
50
1. INTRODUCCIÓN
Teorías sobre el origen de la Vida
Ante la pregunta ¿Cómo, donde y cuando se originó la vida? ...existen pocas
certezas y unas cuantas dudas. Los avances del conocimiento científico en el último
siglo nos permiten, por primera vez en la historia del pensamiento, plantearnos
escenarios posibles que nos expliquen cómo surgió la vida y por qué ésta aparece en
la Tierra.
Es así que hoy podríamos decir que: La Tierra hace 4 600 millones de años
necesariamente tuvo que ser un gigantesco reactor en cuyo seno se producían una
multitud de conversiones físico - químicas.
El proceso de formación de la estructura sólida del planeta debió acompañarse de
complejísimas transformaciones de fases. Hacia el núcleo precipitarían los elementos
más pesados y sus combinaciones; un estrato intermedio debió formarse a partir de
las sustancias que entraran en la categoría medio pesadas, mientras su superficie se
concentraría en los elementos relativamente más livianos. Una envoltura de gases
quedó atrapada como resultado del campo gravitacional de la Tierra. En sus primeros
1000 millones de años de vida la tierra era inhabitable. Tal cantidad de tiempo le llevo
enfriarse. Es probable que la atmósfera primitiva no contuviera Oxigeno ni Ozono
La mezcla de sustancias simples inorgánicas, constituyentes de la atmósfera primitiva
del planeta, expuestas presumiblemente a la acción de intensas "sacudidas"
energéticas produjo el caldo de aminoácidos que en mares bajos, fue el ambiente
propicio para el origen de la vida. Este temprano período que puede haber durado
unos 1500 millones de años o sea una tercera parte de la historia de la tierra se ha
llamado período de la evolución química.
Creemos, según la tesis adelantada en 1924 por el científico ruso Oparin, que estos
primeros sillares (ladrillos) de construcción experimentaron una condensación abiótica
formando los primitivos polipéptidos, polinucleótidos, polisacáridos y lípidos, a partir de
cuyo caldo se formaron los primeros organismos vivos.
Casi 30 años después de formulada la hipótesis de Oparin, Stanley Miller, demostró
en un experimento clásico que a partir de una atmósfera reductora compuesta por
vapor de agua, amoníaco, hidrógeno y metano y simulando condiciones que pudieron
darse en la atmósfera de nuestro planeta hace miles de millones de años, en particular
mediante la acción de descargas eléctricas, se obtenía una mezcla de aminoácidos.
La aparición de la vida en nuestro planeta estuvo precedida por la formación de las
proteínas (proteus: lo primero en griego), que comprende un proceso de
condensación de aminoácidos en la superficie estereoespecífica de arcillas metálicas,
y la síntesis de los ácidos nucleicos, principales portadores del código genético, que
51
implicara la condensación de fosfatos con las ribosas y las bases heterocíclicas
correspondientes.
De coacervados o esferas protenoides bajo la acción replicante y orientada de los
ácidos nucleicos surgieron las primeras manifestaciones de vida unicelular.
Los océanos de entonces albergaron las primeras células que se piensa fueron
heterótrofos anaeróbicos consumiendo los compuestos orgánicos disueltos en los
mares. Con la proliferación de esas antiguas células el océano se fue empobreciendo
de aquellos compuestos orgánicos y debieron surgir aquellas células que utilizaran
compuestos orgánicos sencillos como el dióxido de carbono y como fuente de energía
la luz solar. Surgieron así las primeras células fotosintéticas hace unos 3000 millones
de años. Bacterias y algas durante millones de años aportaron oxígeno a los mares y a
la atmósfera primitiva posibilitando la aparición y desarrollo, unos 570 millones de años
atrás, de formas marinas de vida que obtuvieran energía mediante la respiración.
Más de 170 millones de años debieron pasar aún para que se formara una capa de
ozono estratosférica que absorbiera la radiación ultravioleta dura de los rayos solares.
Gracias a esta capa protectora y al establecimiento en el planeta de condiciones
climáticas favorables aparecieron en tierra firme las primeras arañas y ácaros y luego,
unas decenas de millones de años más tarde los anfibios invadirían la tierra.
Recientemente para la escala de los tiempos geológicos, hace un par de millones de
años se inaugura la era del género homo que en su evolución da lugar, en el último
millón de años atrás, a la especie erectus, habilis, sapiens). La historia del género
humano respecto a la del planeta representa las últimas 4 horas de un año terrestre.
Así según Darwin y los evolucionistas, toda las criaturas vivientes provienen de un
solo ser vivo inicial, atravesando por millones de años, los procesos de selección
natural de las especies natural de las especies, evolución, adaptación las extinciones y
las mutaciones.
Los neodarwinianos opinan que no es posible observar las huellas de Dios en la
evolución de los seres vivos. No hay pruebas científicas de su mano divina. Los
cambios suceden sin que los guíe un criterio ético. Los creacionistas, en cambio,
aseguran que no es posible explicarse la inmensa complejidad de la vida sin la
intervención de un ser superior. Les parece, además, que los seres humanos tienen un
profundo sentido moral que sólo puede explicarse por la existencia de Dios. Se afirma,
incluso, que existe un gen que predispone a los humanos a buscar a Dios.
(La Nación, Domingo 11 de Diciembre de 2005).
52
2. EL ORIGEN DE PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
Los protobiontes fueron los precursores evolutivos de las primeras células procariotas,
es decir células sin núcleo. Los protobiontes se originaron por la convergencia y
conjugación de microesferas de proteínas, carbohidratos, lípidos, nucleótidos (de ARN
y de ADN), y otras substancias orgánicas e inorgánicas, encerradas por membranas
lipídicas.
El agua fue el factor más significativo para la configuración del endoplasma de los
protobiontes.
Las microesferas se agruparon dentro de envolturas membranosas para armar
organelos dedicados a funciones especializadas. Por ejemplo, las microesferas de
enzimas incluidas dentro de una membrana formaron lisosomas.
Pensamos que el ARN fue el primer ácido nucleico en los protobiontes. Tal ARN era
competente para producir proteínas autocatalíticas y no autocatalíticas. Algunas de
esas proteínas autocatalíticas ayudaron en la auto-síntesis de ARN. Cuándo el clima
era demasiado caliente, las enzimas necesarias para la síntesis del ADN no podían
trabajar apropiadamente, principalmente porque el ADN es muy inestable a
temperaturas muy altas. Después, cuando las condiciones del entorno fueron más
propicias, las moléculas de ARN construyeron moléculas de ADN.
Gradualmente, varios sectores de la membrana externa se invaginaron hacia el
endoplasma, formando el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, lisosomas,
peroxisomas, vacuolas, y otras estructuras membranosas, integrando a los primeros
protobiontes. Los protobiontes carecían de una membrana nuclear (envoltura nuclear).
Las mitocondrias y los cloroplastos eran protobiontes especializados para obtener
energía del ambiente. Las mitocondrias eran protobiontes membranosos heterótrofos
(con su propio ADN) que obtenían su energía de las moléculas orgánicas disueltas en
grandes cantidades en su medio ambiente inmediato (quimiosmóticos). Algunas
mitocondrias eran engullidas por otros protobiontes más complejos. Generalmente, las
mitocondrias más tempranas eran usadas como alimento para otros protobiontes, pero
algunas de ellas no eran procesadas como alimento, sino que persistían como
simbiontes dentro de los protobiontes más complejos.
Progresivamente, la relación funcional fue más esencial tanto para las mitocondrias
como para los protobiontes, hasta que no pudieron prescindir unos de otros. Ésta es la
teoría acerca del origen de los primeros heterótrofos protocariotas (por ejemplo,
Archaea y Bacterias no autotróficas).
La misma cosa aconteció con los cloroplastos, los cuales eran protobiontes
quimioautótrofos. Los organismos quimioautótrofos eran capaces de obtener
energía desde las substancias orgánicas de su ambiente (quimiosmóticos) así como
53
también de transformar la energía lumínica en alimentos mediante la acción de la
clorofila (autótrofos). Algunos protobiontes obtenían cloroplastos incorporándolos a su
endoplasma como alimento. Pero por medio de algún mecanismo de auto-defensa, los
cloroplastos persistieron en el endoplasma de los protobiontes más complejos.
Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos llegaron a ser una parte esencial de los
protobiontes, dentro de los cuales ellos se mantenían como quimiosimbiontes.
Tales protobiontes no pudieron subsistir sin los cloroplastos, y los cloroplastos no
pudieron persistir fuera de sus anfitriones.
Así se originaron las primeros autótrofos unicelulares (por ejemplo, las
cianobacterias y las bacterias del azufre).
A los primeros seres vivientes se les denomina arqueobiontes o progenotas.
Un estromatolito es una agrupación de piedras caliza formada por la actividad de
organismos unicelulares. Los científicos han encontrado algunos estromatolitos
modernos. Los fósiles de organismos pequeños, como los encontrados en los
estromatolitos, se llaman microfósiles.
Los procariotas, como las bacterias que no poseen núcleo, son organismos
modernos similares en apariencia a estos organismos antiguos. Las células más
primitivas en la Tierra deben haber sido células procarióticas simples. Algunos
biólogos piensan que estructuras como los coacervados evolucionaron por medio de
un proceso de muchos pasos, hasta formar las primeras células procarióticas.
Las
evidencias
fósiles
demuestran
que
los
procariotas
aparecieron
hace,
aproximadamente, 3500 millones de años. Es muy difícil señalar exactamente cuándo
aparecieron por primera vez o saber la naturaleza de los primeros tipos de
organismos. Sin embargo, algunos procariotas parecen haber aparecido primero que
otros. La mayoría de los procariotas y eucariotas son aeróbicos. Un organismo
aeróbico es aquel que requiere oxígeno. Claramente, si la atmósfera primitiva no
incluía oxígeno, es poco probable que los organismos más primitivos fueran aeróbicos.
Sin embargo, algunos procariotas son anaeróbicos; esto es, no necesitan oxígeno.
Muchos científicos piensan que los primeros organismos que aparecieron eran
anaeróbicos.
Los metanógenos son ejemplos de organismos anaeróbicos que viven hoy en día. Un
metanógeno es un procariota anaeróbico que cambia el hidrógeno, el bióxido de
carbono o ciertos compuestos orgánicos a metano. Los metanógenos viven en el
fango, debajo de cuerpos de agua donde hay poco oxígeno.
Los metanógenos pudieron haber evolucionado en una atmósfera sin oxígeno debido
a que son anaeróbicos. Ellos podrían ser similares a los primeros tipos de organismos
que aparecieron.
54
Probablemente, los próximos en evolucionar fueron los procariotas que podían llevar a
cabo fotosíntesis, la cual utiliza bióxido de carbono.
Si la atmósfera primitiva tenía bióxido de carbono, los organismos fotosintéticos
podrían
haber
sobrevivido.
La
evolución
de
organismos
fotosintéticos
fue,
probablemente, un paso necesario antes de que pudiera aparecer un variedad más
amplia de organismos. El oxígeno es un subproducto de la fotosíntesis. Si la atmósfera
primitiva no tenía oxígeno, los organismos fotosintéticos podrían haber añadido
oxígeno a la atmósfera.
Es difícil saber exactamente cuándo aparecieron por primera vez las primeras células
eucarióticas, debido a la falta de evidencia fósil. Los eucariotas, o células con
organelos, se desarrollaron mucho más tarde. Sin embargo, la mayoría de los biólogos
creen que los eucariotas evolucionaron de los procariotas, hace de mil a dos mil
millones de años.
Se han propuesto varias hipótesis para explicar cómo pudo haber pasado esto.
A una explicación se le llama la hipótesis simbiótica o endosimbiosis, la cual propone
que las células eucarióticas evolucionaron de células procarióticas cuando algunos
procariotas empezaron a vivir dentro de otras células, es decir, algunas células
simplemente absorbieron otras o tal vez algunas células pequeñas se movieron hacia
dentro de unas células grandes. Si ambas células se beneficiaban, podían haber
continuado viviendo en esa forma.
Las células más pequeñas podían haber continuado creciendo y dividiéndose dentro
del hospedero más grande. La célula más grande también pudo haber seguido
creciendo. Cuando la célula grande se dividió, cada unas de la células hijas pudo
haber recibido algunas células "huéspedes".Llamamos simbiosis a la asociación entre
organismos de diferentes clases, muchas veces con beneficio mutuo.
En apoyo de la hipótesis simbiótica de esta teoría, los biólogos han demostrado la
similitud de algunas organelas de células eucarióticas con algunas células
procarióticas.
Así los cloroplastos son similares a las bacterias verde-azules. Los
organismos procariotas son, aproximadamente, del mismo tamaño, la misma forma y
tienen, más o menos, la misma estructura interna que las mitocondrias y los
cloroplastos que encontramos en las células eucarióticas. También se ha demostrado
que las mitocondrias y los cloroplastos tienen su propio DNA y ribosomas, similares al
DNA y a los ribosomas de las bacterias, y pueden llevar a cabo la reproducción y
síntesis de proteínas.
55
¿Qué ventajas pueden tener la simbiosis para las células procarióticas?
Las mitocondrias proveen la energía de la célula. Tal vez han descendido de bacterias
que podían producir tanta energía que tenían cantidades adicionales. Una célula
hospedadora podría haber usado esta energía. A su vez, tal vez las bacterias se
protegían de extremos de calor y frío o de pérdida de agua o de que se las comieran
otras células. Los antecesores de los cloroplastos pueden haber obtenido ventajas
similares, mientras le proveían alimento a su hospedero a través del proceso de la
fotosíntesis.
No todos los biólogos aceptan la Teoría Simbiótica, pues sostienen que de hecho el
DNA en los cloroplastos y las mitocondrias, tendría que ocurrir algún proceso para
transferir características hereditarias a lo que se convertiría en el núcleo.
Algunos biólogos han ofrecido otra explicación para el desarrollo de células
eucarióticas y proponen que las primeras formaron sus organelas por medio de
invaginaciones y rompimientos de algunas regiones de la membrana celular.
Se puede encontrar evidencia que apoye tanto la hipótesis simbiótica como la
hipótesis de que los organelos de eucariotas son el resultado de invaginaciones de la
membrana celular. Tal vez ambos procesos jugaron un papel en la evolución de
células eucarióticas. Algunos organelos pueden haberse formado por un proceso y
otros pueden haberse desarrollado por otro proceso.
56
57
58
3. LA CELULA
Las Teorías Celulares
El universo biológico que comprende desde los más pequeños microorganismos
unicelulares hasta los más complejos organismos multicelulares agrupados en los
diferentes reinos, comparten los mismos tipos de moléculas y un principio de
organización a nivel celular.
Las células constituyen las unidades biológicas autónomas de los seres vivos y el
conocimiento de sus interacciones y de la integridad de las actividades que desarrollan
nos permitirá conocer el desarrollo de los tejidos, de los órganos y sistemas que
caracterizan cada reino con sus diferentes especies.
Antecedentes históricos: Las primeras contribuciones documentadas sobre las
características estructurales de las células, realizadas durante el siglo XVII, se
atribuyen a Robert Hooke, un inventor y renombrado naturalista de su época, que
utilizando el microscopio que había creado, describió las primeras células en una
delgada lámina de caucho
como
pequeñas cavidades delimitadas por delgadas
paredes, denominando células a las cavidades (nombre que
le dio debido a su
parecido con las celdillas de un panal de abejas). Hoy sabemos que lo que Hooke
observaba eran las paredes celulares en tejido muerto y que, debido a esta razón, no
contenían nada en su interior. Luego extendió esas observaciones a otros vegetales,
identificando las mismas estructuras “porosas”. Sin embargo, el propio Hooke hizo
observaciones de células vivas, identificando un “jugo” en el interior de dichas celdas,
que interpretó como parte del sistema de circulación de la savia.
Esta observación fue confirmada posteriormente en los tejidos vivos vegetales cuando
se comprobó que las mismas contenían un material gelatinoso y que también los
tejidos animales estaban formados por pequeños cuerpos gelatinosos similares,
reunidos sin paredes de separación.
Las observaciones del microscopista holandés Van
Van Leeuwenhoek
Leeuwenhoek son todavía anteriores a las de Hooke e
incluyen células aisladas vivas: espermatozoides,
glóbulos rojos y hasta bacterias. Pero ni él mismo ni
sus
contemporáneos
descripciones
del
mundo
correlacionaron
microscópico
sus
con
la
existencia de unidades elementales de la vida.
59
De la misma manera, otros microscopistas como Malpighi,
descubrieron además
variadas estructuras en animales y vegetales, algunas de las
cuales todavía llevan su nombre. Estos hechos demostrarían
Malpighi
que el mejoramiento de la calidad de las lentes, fue apenas
anecdótico en el establecimiento de la teoría celular casi dos
siglos después de estas primeras observaciones.
Durante casi todo el siglo XVIII, hubo un gran estancamiento
en la descripción de estructuras microscópicas, que apenas
superaron las realizadas por microscopistas del siglo anterior.
Coexistieron simultáneamente las ideas de células (Hooke),
fibras (Haller) y vesículas o utrículos (Malpighi). Hacia finales
del siglo XVIII y principios del XIX, surge en Alemania una
corriente filosófica denominada “Naturphilosophie” (o filosofía de la naturaleza) cuyo
áximo interés radica ba en resolver los enigmas de la naturaleza.
Los seguidores proponían elaborar una filosofía basada en las enseñanzas de la
naturaleza y por ello impulsaron con vigor las investigaciones en las distintas ramas de
las ciencias naturales. Entre ellas la de los estudios microscópicos.
Se destacó en este movimiento filosófico Lorenz Oken (1779 -
Lorenz Oken
1851) que, en 1805, concibe a los organismos macroscópicos
como constituidos por la fusión de seres primitivos similares a
los
“infusorios”.
Estos,
según Oken,
han perdido
su
individualidad en favor de una organización superior. También
supone que estos organismos microscópicos deben ser
esféricos debido a consideraciones exclusivamente estéticas y
en el convencimiento de que debía mantener
cierta
correspondencia con la forma del planeta, no obstante estas observaciones
proveyeron un marco teórico para interpretar las observaciones microscópicas.
Es así como naturalistas franceses como el botánico Henri J. Dutrochet (1776-1847) o
el zoólogo Felix Dujardin (1801-1860), prácticamente llegan a esbozar la teoría celular,
asignando a las células (que todavía recibía diferentes nombres tales como utrículos,
vesículas, glóbulos, etc.) un carácter de unidad estructural y fisiológica de los
organismos. Dutrochet, denomina “sarcode” a la sustancia que conforma el interior de
las células y este constituye el primer antecedente de la descripción del plasma celular
denominado posteriormente protoplasma.
60
Pero es en Alemania, donde los herederos directos de la “Naturphilosophie”,
formalizan una verdadera teoría celular. Esta teoría supera en mucho, debido a su
coherencia, a todas las propuestas anteriores y resuelve por el momento el tema de
encontrar y caracterizar las unidades fundamentales de la vida.
La primera teoría celular
Hacia la década de 1830, se había descubierto la organización
celular de vegetales y de ciertos tejidos animales (Dutrochet y
Purkinje
Purkinje, 1801), se había identificado el núcleo en las células
vegetales (Robert Brown 1831) y se había descubierto en el
interior de las células una sustancia a las que se asignaba el
carácter de “materia viva”: el protoplasma (Dujardin, 1835).
Pero es en 1838, cuando Schleiden, tomando como referencia el
descubrimiento del núcleo celular por parte de Robert Brown, se
aboca a describir y proponer una función para el mismo. De tal
grado es la perseverancia en sus observaciones y la precisión que logra identificar
dentro del núcleo al nucléolo.
Los estudios de Mattias Schleiden se basaron siempre en vegetales y, dentro de
estos, en la embriología vegetal o fitogénesis. Sus aportes a la
teoría
celular
pueden
fundamentales. Primero
resumirse
en
tres
Schleiden
elementos
establece que todos los vegetales
están formados por células o dicho de otra forma que la célula
vegetal es la unidad elemental constitutiva de la estructura de la
planta. Segundo que el crecimiento de los vegetales depende
de la generación de nuevas células. El tercero y último es que la
célula se origina por diferenciación de una masa gelatinosa de
la cual se organiza primero un nucléolo alrededor del cual se
organiza el núcleo celular (que él llamó citoblastos) y sobre este
último se adapta “como un vidrio de reloj a la esfera” una vesícula que va creciendo
paulatinamente. A su vez, considera que la reproducción celular se produce en forma
de yuxtaposición donde una célula se genera “dentro” de otra.
En realidad, sólo la primera es totalmente cierta mientras que la segunda y la tercera
son erróneas. Sin embargo, lo que importa fundamentalmente para el establecimiento
de la teoría es el hecho de que, según la opinión de Schleiden, toda explicación sobre
61
la génesis y desarrollo de una planta debe ser “reducida a la teoría celular”. Schleiden
rechaza además la idea de una fuerza vital y considera que la explicación del mundo
natural debe restringirse a una explicación del tipo mecanicista fundada en el
experimento y la observación.
Adelanta asimismo una posición de tipo evolutivo ya que, en 1842, sostiene que “dada
la primera célula se abre el camino para la total proliferación del reino vegetal, que le
permite ser edificado mediante la formación de variedades, subespecies, especies y
así sucesivamente en un espacio de tiempo del que no tenemos noción alguna.”
Además de sus contribuciones a la teoría celular, Schleiden se dedicó a la filosofía,
disciplina en la que obtiene un doctorado. Publica también varias obras teológicas
enmarcadas en la filosofía natural a la que adscribía y, dotado de un espíritu práctico
muy particular, alienta a Carl Zeiss a montar un taller de óptica donde más tarde serán
fabricados los mejores lentes de aumento de la época que, aún hoy, gozan de enorme
prestigio
El zoólogo alemán Teodor Schwann contribuyó a la teoría celular al extender al campo
de los animales los descubrimientos hechos por Mattias Schleiden en las plantas. Uno
de los objetivos declarados de Schwann era demostrar que cada
Schwann
célula y los tejidos que éstas forman tienen vida propia. Pretendía
probar que el organismo es, simplemente, el resultado de una
asociación celular.
El fin de estas investigaciones era negar definitivamente el papel
ampliamente aceptado de una “fuerza vital” y explicar la
morfogénesis de los animales y vegetales por “principios
mecánicos, sin la intervención de oscuras fuerzas inmateriales”.
La nueva teoría sirvió como marco general para un extenso y
fecundo programa de investigación en fisiología y anatomía que terminan por
establecer la universalidad de la constitución de los seres vivos.
Las conclusiones de Schleiden y Schwann se consideran que representan la
formulación oficial de la ‘teoría celular' y sus nombres ya están estrechamente unidos
a la teoría celular como aquellos de Watson y Crick con la estructura del DNA. Ambos
llegaron a la conclusión de que:

La célula es la unidad estructural básica de todos los organismos.
62

La célula constituye la unidad fundamental de los seres vivos.

Todo organismo vivo está constituido por una o por una multitud de células. Este
es el enunciado básico de la teoría celular.
Características de los seres vivos
 Los seres vivientes capturan energía del ambiente para mantener una organización
estructural en forma autónoma (autoorganización). Los seres inertes también
pueden organizarse espontáneamente, no en forma autónoma. La célula tiene una
organización específica, las células se reúnen para cumplir funciones específicas
formando tejidos, los tejidos forman órganos y estos sistemas. Todos los procesos
biológicos dependen de la acción coordinada de los niveles jerárquicos de
organización.
 Los seres vivientes pueden manipular la energía obtenida para dirigirla hacia la
ejecución de procesos necesarios en un momento dado; mientras que los seres
inertes no pueden hacerlo (por ejemplo, los cadáveres, los cristales, etc.). Los
organismos necesitan materiales y energía para mantener su elevado grado de
complejidad y organización, para crecer y reproducirse. Los átomos y moléculas
que obtienen de la naturaleza que los rodea, le aseguran el crecimiento,
conservación y reparación. La suma de todas estas reacciones químicas que
realizan las células recibe el nombre de metabolismo. El metabolismo es anabólico
cuando estas reacciones químicas permiten transformar sustancias sencillas para
formar otras complejas, lo que se traduce en almacenamiento de energía,
producción de nuevos materiales celulares y crecimiento. Catabolismo, quiere decir
desdoblamiento de sustancias complejas con liberación de energía.
 La reproducción de los seres vivientes es controlada mediante una serie de
subprocesos energéticos. Algunos seres inertes también son capaces de replicarse,
pero no ejercen control alguno sobre su reproducción, la cual es espontánea y
determinada por estados iniciales complementarios contiguos (por ejemplo los
coacervados producidos en laboratorio, las proteínas autocatalíticas aisladas, los
priones, etc.). Dado que toda célula proviene de otra célula, debe existir alguna
forma de reproducción, ya sea asexual (sin recombinación de material genético) o
sexual (con recombinación de material genético). La variación, que Darwin y
Wallace reconocieran como fuente de la evolución y adaptación, se incrementa en
este tipo de reproducción. La mayor parte de los seres vivos usan un producto
63
químico: el ADN (ácido desoxirribonucleico) como el soporte físico de la información
que contienen. Algunos organismos, como los virus (entre los cuales se cuenta el
HIV), usan ARN (ácido ribonucleico) como soporte.
 Los descendientes de los sistemas termodinámicos vivientes conservan una
macroestructura organizada en un estado térmico de no equilibrio igual al de sus
progenitores;
mientras
que
los
seres
generados
a
partir
de
sistemas
termodinámicos no vivientes ostentan variabilidad en sus estados térmicos que son
determinados por las fluctuaciones en los estados termodinámicos de sistemas
exteriores a ellos.
 Los sistemas termodinámicos vivientes mantienen protegida la cantidad de
microestados que debieran incrementarse de manera espontánea (entropía),
bloqueando temporalmente el aumento de su entropía local. Los sistemas
termodinámicos no vivientes también pueden mantener limitado el número de
microsistemas disponibles. Sin embargo, la energía de activación (Ea) para los
sistemas no-vivientes proviene del ambiente que les rodea en forma espontánea,
en tanto que la Ea para los sistemas vivientes proviene tanto del Cosmos para
procesos espontáneos como de su estado cuántico de energía para procesos no
espontáneos.
Las estructuras organizadas y complejas no se mantienen fácilmente, existe una
tendencia natural a la pérdida del orden denominada entropía. Para mantenerse vivos
y funcionar correctamente los organismos vivos deben mantener la constancia del
medio interno de su cuerpo, proceso denominado homeostasis (del griego
"permanecer sin cambio"). Entre las condiciones que se deben regular se encuentra: la
temperatura corporal, el pH , el contenido de agua, la concentración de electrolitos etc.
Gran parte de la energía de un ser vivo se destina a mantener el medio interno dentro
de límites homeostáticos.
Características fundamentales
Orden: Existe una organización compleja en cada organismo que lo distingue de los
seres inertes (un ser es cualquier cosa existente).
Reproducción: La reproducción es la característica de vida que permite al individuo
hacer copias de sí mismo. Aunque algunas moléculas orgánicas sean capaces de
64
hacer duplicados de ellas mismas, ellas carecen de las otras características de los
seres vivientes.
La continuidad de la vida depende de la transmisión de las características hereditarias,
las cuales residen en las moléculas de los ácidos nucleicos.
Intransferencia de la vida: La vida, como uno de los estados cuánticos de los
sistemas moleculares ordenados, no puede ser transferida, conferida o inducida a un
sistema inerte, aun habiéndose tratado de un sistema anteriormente vivo, sino que
solamente puede ser mantenida a través de la secuencia reproductiva de un
biosistema que aún esté situado en el Campo Biótico.
La vida solamente puede ser continuada a través de la generación de nuevos
individuos a partir de individuos preexistentes. Esto se logra a través de la
reproducción, en la cual la perpetuación de la estructura molecular juega el rol más
importante.
Evolución:
El mundo viviente es el resultado de acontecimientos ocurridos a lo largo de miles de
millones de años, que actuando en forma recíproca entre el mundo animado e
inanimado. Ese proceso histórico que ha producido la forma y estructura del mundo
viviente de hoy se llama evolución. Los seres vivientes actúan recíprocamente con su
ambiente. Cuando las condiciones del entorno cambian, los organismos tienen que
adaptarse a esos cambios. La evolución se refiere a los cambios que deben ocurrir en
los organismos para que ellos se adapten a los cambios del ambiente. Para que esos
cambios en el organismo sean considerados en el contexto de la adaptación evolutiva,
ellos deben ocurrir en el ADN. De esta manera, el cambio será heredado a la progenie.
Por otra parte, los cambios del ambiente implican también una evolución en el mundo
inorgánico o no biológico, ejerciendo efectos mutuos.
La evolución no biológica es un concepto más que todo físico, relacionado con los
cambios de masa y energía que han ocurrido en grandes períodos de tiempo, desde
los diversos puntos de vista, incluyendo los cambios de clima, la superficie terrestre,
etc.
La evolución biológica se refiere al origen de la vida, el desarrollo y diversificaciones
subsecuentes a través de miles de millones de años experimentados por las plantas,
animales, y microorganismos actuales. Como concepto, se sostiene que todas las
65
especies de origen contemporáneas no existieron iguales a las de ahora, si no que se
han originado de otra especie ahora extinta, estas especies son los descendientes
ancestros primordiales y, en la mayoría de los casos, más sencillos.
La evolución como una sucesión ordenada y continua de los cambios es el tema que
une una cantidad de hechos e información para constituir un panorama unificado,
amplio y cohesivo de la naturaleza. Su pasado, su presente y, de cierta manera su
futuro. Sus efectos se observan en cada campo del conocimiento y pensamientos
humanos. La preocupación por conocer el origen de los seres vivos que nos rodean
es, sin duda, tan antigua como el momento mismo en que las primeras sociedades
humanas iniciaron el proceso de racionalización de sus relaciones de dependencia con
la naturaleza y las empezaron a transformar en relaciones de dominio. La teoría de la
generación espontánea
incorporada a los sistemas religiosos, se convirtió en el
instrumento de creación de la vida en la Tierra que utilizó la multitud de dioses de las
mitologías de todos los tiempos. Estas ideas creacionistas, impregnadas de un fuerte
carácter idealista, fueron enriquecidas por las culturas mesopotámica y egipcia, y
transmitidas a los filósofos jónicos que habitaban en las ciudades griegas del Asia
Menor.
Las teorías de la generación espontánea fueron desarrolladas por los griegos, pero
aquellos que fundaron o pertenecían a las corrientes materialistas del pensamiento
suprimieron de ellas los elementos místicos, o intentaron reducirlos a su mínima
expresión. Para Tales de Mileto, Anaximandro, Jenófanes y Demócrito, la vida podía
surgir del lodo, de la combinación del agua con el fuego, del mar, o de cualquier otra
combinación de los elementos; pero en todo este proceso los dioses no intervenían, ya
que habían sido suprimidos o relegados a planos de menor importancia.
Este punto de vista habría de encontrarse con la oposición obstinada de los idealistas
y en particular de Platón, quien, dos siglos más tarde, predicaría en Atenas un sistema
filosófico de carácter idealista con el que pretendería encadenar al hombre y a la
naturaleza misma a un mundo supernatural regido por los dioses.
Es difícil apreciar en toda su magnitud el valor de la obra de Aristóteles en las ciencias,
y en particular en la biología; algunas de sus observaciones no sólo subsistieron
durante toda la antigüedad, sino que siguen siendo válidas hasta nuestros días. Pero
sus ideas sobre el origen de la vida fueron menos acertadas y reflejan claramente el
carácter idealista de su filosofía.
Es cierto que surgieron luego otras concepciones materialistas que se oponían a estos
esquemas idealistas. Sin embargo, los puntos de vista aristotélicos se afianzaron y
permanecieron casi indiscutibles durante cerca de dos mil años; el establecimiento de
66
la Iglesia cristiana en el Imperio Romano y las hábiles piruetas filosóficas de los
Concilios y los neoplatónicos, incorporaron las ideas creacionistas de Platón y
Aristóteles a los dogmas teológicos, transformando y reagrupando algunos conceptos,
como el de la entelequia, que pronto pasó a ser equivalente al del alma.
La Iglesia aceptó de buen grado la idea de la generación espontánea, ligándola a la
mitología bíblica, y las obras e ideas de los materialistas fueron olvidadas o
perseguidas.
Redi y Spallanzani contra los Vitalistas
La actitud de los hombres había sufrido cambios sustanciales con la desaparición del
feudalismo. Incrédulos, los científicos reavivan su
capacidad crítica; se empiezan a librar de la pesada
carga que constituía la herencia de Aristóteles y
comienzan a someter a la experimentación todas las
ideas y teorías.
Imbuido plenamente de este espíritu, Francesco Redi, un
médico toscano asesta en 1668 los primeros golpes
experimentales a la teoría de la generación espontánea.
Preocupado por el origen de los gusanos que infestaban
la carne, logró demostrar que éstos no eran sino larvas que provenían de los
huevecillos depositados por las moscas en la misma carne.
Sus experimentos, vistos ahora, nos parecen sencillos: simplemente colocó trozos de
carne en recipientes tapados con muselina. No solamente no se agusanó la carne,
sino que al examinar la tela pudo observar en ella los huevecillos que no habían
podido atravesarla.
En Inglaterra, Needham intentó demostrar la existencia de una fuerza vital mediante
cientos de experimentos, en los cuales llenaba botellas con caldos nutritivos, los
hervía durante dos minutos aproximadamente, y luego las sellaba. Inevitablemente, y
a pesar de todas sus precauciones, los caldos se infestaban de microorganismos.
Needham concluyó que la generación espontánea de microorganismos era el
resultado obligado de la materia orgánica en descomposición, al ser animada por una
fuerza vital. Pero, en Italia, Lazzaro Spallanzani no aceptó las conclusiones de
67
Needham. Convencido de que los resultados que éste había obtenido eran
provocados por una esterilización insuficiente, repitió los experimentos hirviendo sus
medios de cultivo durante lapsos mayores, y en ningún caso aparecieron microbios en
ellos.
Pasteur y la generación espontánea
En realidad, Pasteur había trabajado desde antes de 1862 en los problemas de la
acidificación de la leche, de la fermentación del jugo de uva y
de la transformación del vino en vinagre. Esta experiencia le
permitió diseñar una serie de experimentos sencillos y
elegantes que acabaron por negar por completo la idea de la
generación espontánea.
Lo primero que hizo Pasteur fue demostrar que en el aire
había una gran cantidad de microorganismos. Para ello, filtró
aire a través de algodón, que luego disolvió, y pudo así
Luis Pasteur
observar en el residuo sólido que obtenía una gran cantidad de microorganismos.
Lo que Pasteur no dijo en público, fue su convicción de que en la historia de la Tierra
la generación espontánea tuvo que haber ocurrido al menos una vez, porque, de otra
forma, ¿cómo explicar el origen de los seres vivos?
Ciertamente los experimentos de Pasteur representaron un triunfo de la ciencia contra
el oscurantismo y el misticismo de los vitalistas; pero también vinieron, a colocar en
aprietos a los científicos que se quedaban por el momento sin la única teoría que
explicaba el origen de la vida en la Tierra. En este sentido, los experimentos de
Pasteur eran concluyentes e irrefutables.
Mecanicismo y paspermia
La atención que atrajeron sobre sí los resultados de los experimentos
de Pasteur, habría de provocar el abandono parcial del estudio del
origen de la vida.
Pero no todos compartían este desdén por una cuestión tan
fundamental. Algunos, como los científicos que pertenecían a las
escuelas
mecanicistas,
trataron
de
resolverlo,
aunque
infructuosamente, al proponer que en el pasado había surgido, gracias
Arrhenius
a un feliz accidente, una "molécula viviente".
68
Otra posible solución fue sugerida por Arrhenius en 1908, quien propuso lo que él
llamó la teoría de la panspermia.
De acuerdo con ésta, la vida habría surgido en la Tierra desarrollándose a partir de una
espora o una bacteria que llegó del espacio exterior, y que a su vez se habría
desprendido de un planeta en el que hubiese vida. A la teoría de la panspermia, sin
embargo, era fácil oponer dos argumentos: por una parte, las condiciones del medio
interestelar son poco favorables para la supervivencia de cualquier forma de vida,
incluyendo las esporas y, por otro lado, Arrhenius no solucionaba el problema del origen
de la vida ya que no explicaba cómo se podría haber originado en ese otro planeta
hipotético del cual se habría desprendido la espora o la bacteria.
Darwin, Engels y el Evolucionismo
A partir de la segunda mitad del siglo XIX, el pensamiento científico
había sufrido una transformación revolucionaria con la aparición de la
obra de Charles Darwin, El origen de las especies. Si bien es cierto que
muchos autores anteriores a Darwin se habían preocupado por el
problema de la evolución de las especies, él fue el primero en proponer
que las especies no son invariables, sino que, basado en su teoría de la
selección natural, postulaba que cambiaban constantemente.
Darwin no habla en su obra, explícitamente del problema del origen de
Darwin
los seres vivos, pero ciertamente daba un marco de referencia
estrictamente materialista para estudiarlo, restando con ello toda validez al
pensamiento vitalista. Ciertamente, aquí están plasmadas las ideas de Darwin acerca
del origen de la vida; pero ni las hizo públicas, ni tampoco el desarrollo de la ciencia en
sus días, en especial el de la química orgánica, había
alcanzado un nivel que
permitiese la comprobación experimental de esta posibilidad.
Federico Engels, por su parte, preparando su obra Dialéctica de la
naturaleza, se preocupó también por el origen de la vida.
Engels señaló claramente que la vida en la Tierra no era el resultado de
la intervención divina ni un accidente de la materia, sino que representaba
un paso más en los procesos de evolución de la naturaleza, dentro de los
cuales la materia puede alcanzar niveles de complejidad creciente, yendo
de lo inorgánico a lo orgánico y de lo orgánico a lo biológico.
Frederick
Engels
69
Los hechos esenciales de la evolución y sus causas como fueron presentados por
Darwin y Wallace en 1850 pueden resumirse como sigue.
1.
Sobreproducción:
los
organismos,
debido
a
su
prodigiosa
capacidad
reproductora, producen más descendencias de la que puede sobrevivir o llegar a
la madurez.
2.
Constancia del tamaño de población: a pesar de la tendencia de una especie
para aumentar su población en proporción geométrica o exponencial, la población
permanece más o menos constante en períodos largos. Por consiguiente debe
existir un grado apreciable de mortandad, debido en parte a limitación de espacio
y alimento.
3.
Variación: Todos los miembros de una especie dada no son semejantes, pues
presentan variaciones en muchas de sus características.
4.
Selección natural: son aquellas variaciones que favorecen a los organismos en la
competencia para sobrevivir en un medio dado, favorecerán su existencia en
comparación en aquellos organismos y su progenie que posean menos
variaciones adecuadas. De esta manera se efectuará entre los individuos de la
especie una selección natural, en favor de aquellos miembros cuyas variaciones
los adaptan más efectivamente a las condiciones del medio ambiente.
5.
Herencia: puesto a que la herencia es un hecho, como lo indica la semejanza
entre progenitores y progenie, los individuos pasarán la mayor parte de sus
variaciones o adaptaciones favorables a las generaciones sucesivas. De esta
manera, las adaptaciones, en el curso de muchas generaciones, se modificarán
incesantemente, mejorando la especie para adaptarse mejor a su medio
ambiente.
En efecto, la teoría se basó en hechos establecidos de sobreproducción, constancia
de tamaño de población, variaciones y semejanzas hereditarias entre padres y
progenie.
Sin embargo, estos científicos no pudieron explicar cómo ocurre la evolución, ni como
pasaban las variaciones de una generación a otra. Fue el monje agustino Gregor
Mendel quien a través de sus estudios introdujo la genética al campo científico
proveyendo las respuestas necesarias.
La suma de ambas teorías se conoce como la teoría NEODARWINIANA o Teoría
sintética de la evolución.
70
A partir de los resultados de sus trabajos realizados con el entrecruzamientos de
semillas de plantas de diferentes colores, Mendel pudo enunciar las primeras leyes
de la genética estableciendo los caracteres hereditarios que se
transmiten en forma dominante y recesiva, es decir aquellos
que se expresan y los que permanecen ocultos. Así surgen los
conceptos actuales de genotipo y fenotipo. Genotipo significa la
totalidad de genes que poseemos al nacer, la suma de los
aportados por el padre y la madre. Pero de éstos, los que se
expresan, los que se ven,
constituyen el fenotipo, el cual
también es influenciado por el medio ambiente. Por ejemplo, un
Gregor Mendel
individuo que hereda una talla alta de ambos padres (genotipo),
seguramente tendrá idéntica talla (fenotipo), pero si durante su vida intrauterina o
infancia fue mal nutrido, no alcanzará la talla de sus padres, con lo que se queda
demostrado que el fenotipo es la suma de lo heredado más el medio ambiente. Es el
fenotipo, y no el genotipo, lo que se expone al ambiente. Por fenotipo no solo debemos
entender la apariencia externa de un individuo, también su metabolismo o por ej.: la
capacidad de que una enzima actúe a una determinada temperatura son
características fenotípicas sobre las que actúa la selección natural. Debemos recordar
además que el fenotipo es la expresión de muchos genes diferentes, y también es el
producto de las interacciones del genotipo con el ambiente.
Siguiendo con la evolución, con el tiempo las variaciones heredables darán lugar a
cambios genotípicos y fenotípicos de la especie cuya resultante es la transformación
de la especie original en una nueva especie, distinta de la especie que le dio origen.
Para el estudio de los seres vivos, resulta del todo necesario organizar su diversidad
de alguna manera. Muchos han sido los intentos y el más aceptado hoy día es el
llamado sistema de los cinco reinos. Al mismo tiempo, los científicos han dividido el
planeta, según el tipo de vida que se encuentra en ella, en biomas, para el mejor
estudio de la relación entre los seres vivos.
En general, la principal tendencia evolutiva biológica se ha dirigido a aumentar la
especialidad y complejidad de estructura y función; aunque en algunos organismos ha
habido simplificación, a partir de ancestros más complejos. Aquellas especies cuyos
descendientes poseen variaciones hereditarias que la adaptan a un medio dado,
tienden a sobrevivir en generaciones sucesivas; mientras aquéllas que no están bien
adaptados son eliminadas, fenómeno conocido comúnmente como selección natural.
Los procesos evolutivos biológicos y no biológicos aún continúan, aunque de una
manera generalmente tan lenta en animales y plantas superiores en sus medios
71
naturales, que es casi imperceptible en los pocos siglos en que el hombre ha
registrado sus observaciones. Bajo circunstancias naturales, la evolución de la
mayoría de los organismos es un proceso que requiere varios cientos de siglos, antes
de que puedan determinarse los cambios, aunque se efectúen en su grado más
rápido.
La evolución ha quedado finalmente establecida como un hecho por muchos tipos de
evidencias. El examen tanto del reino animal como vegetal, ha servido para demostrar
cómo los miembros del mundo viviente, así como los conocemos hoy en día,
procedieron de ancestros primitivos siguiendo varias líneas de descendencia. De
manera semejante el papel central de las mutaciones genéticas, la reproducción
sexual, así como los productos de la evolución, han contribuido a que aumenten
intensivamente las combinaciones genéticas posibles (y por consiguientes nuevas
variaciones biológicas).
Actualmente se define la adaptabilidad evolutiva como la contribución que hace un
individuo al pool de genes de la siguiente generación, respecto a la contribución de
otros individuos. Así, los individuos "aptos" son aquellos que pasan el mayor número
de genes a la siguiente generación.
4. CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS
Taxonomía: deriva del griego, taxis: significa orden y nomos: ley o norma. Es la parte
de la ciencia que se ocupa de la ordenación y clasificación, como así también de las
bases, principios y leyes que regulan dicha clasificación. Se dice que una determinada
categoría taxonómica es NATURAL cuando todos los grupos taxonómicos que la
forman están relacionados filogenéticamente. Lo cual no siempre concuerda con los
sistemas de clasificación.
Categorías taxonómicas: son los distintos niveles de jerarquías en un sistema de
clasificación.
La especie es considerada por el Código Internacional de Nomenclatura como la
categoría taxonómica básica. El concepto de especie biológica se define como el
conjunto de poblaciones formadas por individuos que tienen el potencial para cruzarse
entre ellos y producir descendencia fértil, y que se encuentran aislados de otros
grupos próximos; esta definición también es conocida como especie sexual.
72
El problema aparece cuando se consideran organismos que dependen casi
exclusivamente de la reproducción asexual, como los procariotas y protistas, o cuando
existen poblaciones que se solapan entre si y presentan cierto grado de reproducción
entre ellas. Para esto se desarrolló el concepto evolutivo de especie, que incluye,
además de las actuales, a todas las poblaciones anteriores que sucesivamente dieron
origen a una especie determinada actual.
Reinos
El botánico sueco, Linneus, intentó clasificar todas las especies conocidas en su
tiempo (1753) en categorías inmutables, muchas de las
Linneus
cuales todavía se usan en biología actual. La clasificación
jerárquica Linneana se basaba en la premisa que las
especies eran la menor unidad, y que cada especie (o taxón)
estaba comprendida dentro de una categoría superior o
género.
Los nombres científicos de plantas y animales se escriben
con estas dos palabras: género y especie, Linneus también denominó a este concepto
nomenclatura binomial o binaria, y eligió el latín, en ese entonces el lenguaje de los
"hombres cultos" en todo el mundo, para escribirla, con el objeto de asegurar que
todos los científicos entendieran la nomenclatura. Actualmente se sigue utilizando el
latín. En la nomenclatura binaria, la primera palabra nombra al género al cual
pertenece el organismo. La segunda palabra nombra a la especie.
Así, el perro doméstico se llama Canis familiaris, el lobo Canis lupus (lupus = lobo) y el
coyote Canis latrans (latrare = ladrar). El nombre del género se escribe con
mayúscula, mientras que el de la especie con minúscula. También los nombres
científicos siempre se escriben con itálicas o se subrayan.
Ejemplo de la clasificación taxonómica del ser humano:
Reino: Animal |
Phylum: Cordados |
Clase: Mamíferos |
Orden: Primates
Familia: Hominidae
Género: Homo
especie: sapiens
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Linnaeus dividía a todos los organismos en dos grupos principales, que él llamó
reinos. Un reino es todavía el nivel más alto en los sistemas de clasificación modernos.
Linnaeus decidió que todos los organismos pertenecían ya sea al reino vegetal o al
reino animal. Cada reino contenía un número de pequeños grupos, los cuales a su vez
se dividían en grupos aún más pequeños, y así sucesivamente, hasta que eran
nombrados tipos específicos de organismos. La siguiente división se conoce como
phylum (plural: phyla). Cada phylum se divide a su vez en clases. Una clase contiene
un número de órdenes relacionadas de organismos. Un orden se divide en familias.
Una familia está compuesta por géneros (singular: genus). Por último, cada género
tiene una o más especies.
Los grupos de organismos ligeramente diferentes en la misma especie se llaman
variedades o razas. Por ejemplo, todos lo perros domésticos están clasificados como
una especie. Hay razas de perros que se ven muy diferentes, pero no lo son tanto
como para estar en especies separadas. Pueden aparearse y producir descendientes
fértiles. Las especies vegetales con frecuencia tienen diferentes variedades dentro de
la especie.
Desde la época de Aristóteles los organismos vivos se reunían en solo dos reinos:
Animal y Plantas. Dada la ambigüedad de algunos organismos unicelulares, Ernst
Haeckel (S. XIX) creó el tercer reino Protista, para incluir aquellos organismos
unicelulares con aspectos intermedios entre plantas y animales.
El cuarto reino establecido es Monera, que abarca bacterias y algas verde-azuladas, la
característica principal de este reino es la presencia de células procariotas: sin núcleo
celular definido ni organelas. Los organismos de los reinos Animal, Planta y Protistas
están formados por células eucariotas, es decir con núcleo rodeado por membranas y
orgánulos celulares.
R. H. Whittaker en 1969 separó a todos los hongos de las plantas en el quinto reino:
Fungi, poseen células eucarióticas, tienen núcleos y paredes celulares pero carecen
de pigmentos fotosintéticos. En 1978 Whittaker y Margulis conservaron estos mismos
5 reinos pero incluyeron a las algas en las Protistas, denominándolo Protoctista
La mayoría de los biólogos actuales reconocen estos cinco reinos: Moneras, Protistos,
Hongos, Plantas y Animales, que se basan en la organización celular, complejidad
estructural y modo de nutrición.
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Dominios
En 1977 Carl Woese propuso una categoría superior a reino: DOMINIO, reconociendo
tres linajes evolutivos; ARCHEA, BACTERIA y EUKARYA.
Las características para separar estos dominios son el tipo
Carl Woese
de célula, compuestos que forman la membrana y estructura
del ARN.
Bajo el microscopio todas las bacterias aparecen similares,
además
la
escasez
de
fósiles
ha
dificultado
el
establecimiento de las relaciones evolutivas entre ambos grupos. La evidencia
presentada por la biología molecular sugiere que los primitivos procariotas se
separaron en dos grupos muy temprano en el desarrollo de la vida en la tierra, los
descendientes de estas dos líneas son las Eubacterias y las Arqueobacterias
consideradas el sexto Reino.
Caracteres que definen los dominios
Versión simplificada y modificada del Árbol filogenético Universal establecido por Carl
Woese y su discípulo Gary Olsen que muestra los tres Dominios. El término "dominio"
refiere a un nuevo taxón filogenético que incluye tres líneas primarias: Archaea,
Bacteria y Eucaria. En línea descendente siguen seis Reinos I-Moneras, IIArqueobacterias (obviamente separadas de Moneras), III-Protistas, IV-Hongos, VPlantas y VI-Animales.
Se representa en este esquema una raíz única que tiene en su base a LUCA (Last
Universal Common Ancestor), último antepasado común universal de las células
modernas, equivale a lo que es Lucy en el árbol evolutivo de Homo sapiens, es decir,
no la primera célula, sino una célula ya evolucionada, con todas las características de
sus futuros descendientes: los actuales procariotas y eucariotas.
*
LUCA (Last Universal Common Ancestor): El Primer Ancestro
Universal Común:
LUCA sería el hipotético primer organismo viviente del cual desciende toda la vida actual
Se estima que vivió hace 3500 millones de años.
Pero bien podríamos colocar en la base un manojo de raíces o nube difusa para
representar a la "Comunidad ancestral común de células primitivas" a partir de la cual
divergieron ramas que dieron orígenes a los tres dominios actuales y además surcar la
gráfica con enlaces transversales entre ramas para indicar la existencia de una
transferencia horizontal de genes.
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