A fuego lento

¿Cómo apareció la vida sobre la Tierra? Fascinados por esta pregunta, los hombres han formulado las respuestas más descabelladas, pero también se han dedicado a las más profundas investigaciones.

La vida es un proceso que necesita desarrollarse en el tiempo, de forma que es éste un factor fundamental en todos los procesos vitales. La edad de nuestro planeta es de 4.500 millones de años (aproximadamente) y la vida (¡lo que nosotros llamamos vida!) apareció hace aproximadamente 3.500 millones de años.

La vida (terrestre y extraterrestre) es fruto de la necesidad  y no del azar. Estamos lejos de obtener la respuesta definitiva a la pregunta sobre el origen de este fenómeno maravilloso. Tan sólo tenemos una certeza: la vida es el resultado de la química de un elemento natural (el carbono) en un solvente universal (el agua).

Pese a su aparente diversidad, el mundo vivo terrestre presenta una gran unidad. Todos los seres vivos están formados por las mismas moléculas y proceden de la misma química: la del carbono en agua líquida.

La unidad del mundo vivo reside en sus propiedades. En concreto reside en sus propiedades funcionales, que lo distinguen del mundo inerte. Las propiedades de conservación (supervivencia), desarrollo (crecimiento), reproducción y evolución están presentes en todos los organismos. La materia viva posee, además, una propiedad destacable: la adaptación a los cambios generados por las presiones del medio exterior.

La unidad entre los seres vivos existe también en sus estructuras. Todos ellos están formados por células que, pese a ser diferentes, están constituidas según un mismo modelo. Poseen una membrana que las aísla y las protege del medio exterior.

La membrana celular no desempeña sólo un papel pasivo. En realidad, se trata de un sistema dinámico, auténtica frontera selectiva que deja entrar y concentra, a través de complejos mecanismos, las moléculas necesarias para la maquinaria sutil de la célula.

Las explicaciones sobre el origen de la vida se basan en las teorías evolucionistas que suponen que no existe diferencia entre lo inerte y lo vivo. La materia viva es el fruto de largos procesos químicos: una larga evolución química que habría precedido a la evolución biológica. Estas ideas fueron desarrolladas en los años veinte por el bioquímico soviético Aleksandr Ivanovich Oparin (1894-1980). La idea consiste en suponer que la vida apareció en la Tierra en un medio ambiente rico en materias orgánicas y desprovisto de oxígeno.

Las ideas de Oparin cruzaron las fronteras de su país y, gracias al desarrollo de experiencias científicas en laboratorio, se elaboró una auténtica película de la evolución química de la vida.

El guión de ese largometraje trata de reconstruir la historia de los orígenes de la vida a partir de la química de los compuestos del carbono en el agua, aludiendo a una serie de procesos químicos de complejidad creciente.

El guión

Acto 1º.:

Aparecen pequeñas moléculas orgánicas en la atmósfera terrestre primitiva, por transformación de sus principales constituyentes, debido a la acción de numerosas fuentes de energía: la radiación ultravioleta solar y las descargas eléctricas generadas por las tormentas se reparten el protagonismo.

Acto 2º.:

Esas moléculas atmosféricas se disuelven en los océanos, lagos y mares formando una “sopa” orgánica compleja. Reaccionan en presencia de agua y su transformación química produce los “ladrillos” de la materia viva: aminoácidos y constituyentes de los nucleótidos.

Acto 3º.:

Los “ladrillos” biológicos se acumulan en esa especie de “sopa primitiva”. Después se unen y aparecen las primeras moléculas gigantes, los polímeros de interés biológico.

Acto 4º.:

En la solución acuosa surgen unas microestructuras diferenciadas que agrupan a los diferentes polímeros.

Acto 5º.:

En esas células prebióticas se desarrollan unos procesos muy complejos que permiten la formación de los primeros sistemas autorreproductivos, que son ya sistemas vivos.

Nuestro planeta Tierra se originó en un estado tal que ningún ser vivo la habitaba ni podía habitarla. La Tierra era una masa ígnea incandescente que se enfriaba muy lentamente. Nació envuelta en una gigantesca nube gáseo-pulverulenta que poco a poco fue condensando sobre la superficie candente de nuestro nonato planeta. En esta materia gáseo-pulverulenta destaca la presencia de hidrógeno, metano, amoniaco, agua y de algunos hidrocarburos algo más complejos. Este material que iba a formar nuestro entrañable planeta es el mismo con el que se formarían el resto de planetas de nuestro sistema solar.

Los hidrocarburos son característicos por su facilidad para hidratarse, o sea, de incorporar muy fácilmente a su molécula otra molécula de agua. Al combinarse los hidrocarburos y las moléculas de agua surgieron nuevas sustancias a causa de la oxidación producida por el oxígeno que conforma el agua. Se crearon toda clase de alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos y otras mucha sustancias orgánicas simples en cuyas moléculas se encuentran combinados tres elementos: carbono, hidrógeno y oxígeno. El nitrógeno, en forma de amoniaco, completo la constitución de esta primera fase de formación de nuestro futuro planeta azul.

Pronto comenzaron las primeras reacciones de hidrocarburos y sus derivados oxigenados más simples con el amoniaco y así surgieron todo tipo de sales amoníacas, amidas y aminas.

Debido a ello, debieron formarse en las aguas del océano primitivo, durante el período de formación de la hidrosfera en la superficie de la Tierra, las diversas sustancias que derivaron del carbono y a las que podemos denominar como sustancias orgánicas primitivas, siendo muy anteriores a los primeros seres vivientes.

Por supuesto, eran cuerpos sencillos, de moléculas de pequeñas dimensiones, y sin embargo, conseguían una forma cualitativamente nueva en relación con la existencia de la materia.

A partir de su formación más básica y de la distribución de los átomos en sus moléculas, nuevas leyes determinaron las características de estos cuerpos orgánicos primitivos y su destino posterior dentro del proceso de evolución.

En este punto finaliza la primera etapa, y seguramente la más larga, de la evolución de la materia. Período que supone el traslado de los átomos disgregados en la ardiente atmósfera estelar a las sustancias orgánicas más sencillas y primitivas, que se encontraban disueltas en la primitiva capa acuosa de nuestro planeta.

A partir de este momento se inicia una etapa de vital importancia en el camino que nos conduce a la aparición de la vida: la formación de las proteínas (siempre que nos encontramos con la vida, la vemos ligada a algún cuerpo proteínico, y siempre que nos encontramos con algún cuerpo proteínico, hallamos sin excepción fenómenos de vida).

Primeramente, las moléculas de las sustancias orgánicas estaban compuestas por un pequeño número de partículas de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Pero en las aguas del antiguo océano, estas partículas se fueron uniendo entre ellas originando la aparición de gran diversidad de sustancias con moléculas de mayor tamaño y mayor complejidad.

En esa solución de sustancias orgánicas sumamente sencillas, como era el agua del océano primitivo, las reacciones se daban sin seguir un determinado orden de sucesión, éstas se caracterizaban precisamente por su carácter desordenado y caótico. Las sustancias orgánicas podían sufrir diferentes transmutaciones químicas a la vez, seguir diferentes procedimientos químicos, creando gran cantidad y variedad de productos. Pero ya desde el primer momento se advierte cierta tendencia general a la síntesis de sustancias cada vez más complejas y de peso molecular cada vez mayor (comparables a las de los animales y vegetales que encontramos actualmente). Los rayos ultravioletas aportados por el sol y las tormentas eléctricas eran las fuentes que aportaban la energía necesaria para que estas transformaciones tuvieran lugar.

Con el tiempo como bandera, una temperatura adecuada y la correspondiente maceración, nuestra sopa primitiva de sustancias orgánicas, ya transmutadas en complejidad y peso, da lugar a la formación de aminoácidos tras su reacción con el agua. Los aminoácidos serán los “ladrillos” de la futura materia viva.

Los aminoácidos son las “piezas” que forman la molécula de una proteína. En la molécula proteínica, los aminoácidos muestran entre ellos uniones mediante enlaces químicos especiales, constituyendo, de esa manera, una larga cadena. Ésta no siempre presenta el mismo número de moléculas de aminoácidos, puede estar formada por algunos centenares y, si de lo contrario es muy larga, puede contar con varios miles; el número de moléculas de aminoácidos depende, en definitiva, del tipo de proteína que sea. En general suelen ser cadenas muy largas. Por esta razón, en casi todos los casos, la cadena se presenta enrollada, en forma de ovillo, aunque su estructura sigue un orden determinado. Este ovillo es, en realidad, la molécula de la proteína.

Por todo esto, tiene una gran importancia el hecho de que cada proteína tenga una cadena de aminoácidos diferente. Existe una treintena de aminoácidos diferentes que componen todas las proteínas naturales. Las propiedades físicas y químicas de una proteína dependen cardinalmente de los aminoácidos que la integran.

Debemos tener en cuenta que las moléculas de aminoácidos de cualquier cadena proteínica no se enlazan de forma desordenada, al azar, sino siguiendo un orden estricto, exclusivo de cada proteína. Así que, las propiedades tanto físicas como químicas de una proteína no dependen únicamente de la cantidad y variedad de sus aminoácidos, sino también del orden que éstos presenten en cada cadena proteínica.

Tal estructura hace que existan combinaciones infinitas de proteínas. Debido a esta increíble variedad de proteínas es muy lento que se formen “al natural”, contrariamente a los aminoácidos que se obtienen fácilmente  a partir de los hidrocarburos y del amoniaco.

En una época remota de la Tierra, en su capa acuosa, se formaron sustancias proteinoides con el rasgo diferenciador de que el orden de los aminoácidos es sus cadenas era más caótico que en las actuales proteínas.

Pero esas “proteínas primitivas” ya tenían una gran cantidad de posibilidades químicas para cumplir un importantísimo papel en el proceso posterior a la materia orgánica.

Las proteínas no son meros elementos pasivos del protoplasma sino, todo lo contrario, son elementos que participan de forma activo en el recambio de sustancias y en otros fenómenos de la vida. Así que, el origen de las proteínas representa un importante eslabón dentro de la evolución de la materia, proceso, gracias al cual, se originan los seres vivos.

De esta forma, durante el desarrollo de la Tierra, bajo las aguas del océano primitivo, se crearon gran cantidad de cuerpos proteinoides, al igual que otras sustancias orgánicas complejas, y seguramente similares a las que integran los seres vivos en la actualidad. Pues bien, sólo se trataba de materiales de construcción. El edificio aún no existía. Las sustancias orgánicas se encontraban sólo, y en forma simple, disueltas en el agua, con sus moléculas dispersas en ellas sin ningún tipo de orden. Naturalmente, lo que faltaba era la estructura, o sea, la organización que nos diferencia a los seres vivos del resto de organismos.

La base de los organismos vegetales y animales es el protoplasma, el sustrato material en donde se desarrollan los fenómenos vitales. En su aspecto más externo, el protoplasma se presenta como una masa viscosa  semilíquida de color grisáceo, en cuya composición, además del agua, se hallan, en gran número, proteínas y otras sustancias orgánicas y sales inorgánicas. El protoplasma tiene una organización compleja, un orden concreto y una regularidad precisa.

Las sustancias orgánicas de bajo peso molecular si se disuelven en agua quedan fuertemente desmenuzadas y se distribuyen de forma homogénea, por toda la solución, en forma de moléculas sueltas que quedan más o menos independientes las unas de las otras.

Pero en cuanto aumenta el tamaño de las moléculas, las soluciones de estas sustancias se vuelven coloidales, características por su inestabilidad. Las partículas tienden a formar combinaciones entre ellas mismas, creando así, auténticos enjambres, llamados agregados. Cuando se mezclan soluciones de sustancias de un peso molecular elevado se tiende a crear un amontonamiento de moléculas en zonas concretas de la mezcla. A estas agrupaciones de moléculas se les denomina coacervados. Estos coacervados tienen la propiedad de no mezclarse con el agua (disolvente) sino todo lo contrario, flotar en ella en forma de pequeñas bolitas independientes. Estos coacervados poseen una determinada forma de organización de la materia, aunque rudimentaria, muy primitiva y absolutamente inestable.

Los coacervados presentan también la propiedad de absorber distintas sustancias que se encuentren en la solución. Las partículas que son absorbidas reaccionan químicamente con las propias sustancias del coacervado pudiendo originarse dentro del mismo procesos químicos específicos.

Así que podemos asegurar que en el mismo momento en que distintos cuerpos proteinoides de un peso molecular más o menos alto surgieron en la primitiva hidrosfera terrestre, también debieron crearse los coacervados.

Los coacervados no son seres vivos, tan sólo son sus precursores. Junto con los coacervados han de desarrollarse, durante el proceso evolutivo, nuevas leyes de carácter biológico que ayuden a organizar la materia de una forma nueva: una “forma viva”.

El origen de la vida.

Referencia: El origen de la vida – Aleksandr Ivanovich Oparín

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