El origen de los seres vivos (4º ESO)

ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA: EL ORIGEN DE LOS SERES VIVOS

A lo largo del curso hemos visto algunas de las principales características de los seres vivos que deberemos tener presentes ahora que intentamos averiguar algo acerca de su origen.

Recuerda:
1- ¿Por qué se distingue un ser vivo de un objeto inerte?
2- ¿De qué está formado un ser vivo?

Un dato importante a la hora de explicar el origen de los seres vivos es la existencia de fósiles: son restos de antiguos organismos, que en la mayor parte de los casos ya se han extinguido: restos de esqueletos y conchas, huellas, o fragmentos de plantas que han quedado convertidos en piedra y que han llegado hasta nosotros conservando su forma original. Aquí tienes algunos ejemplos:
Trilobites, animales ya desaparecidos que vivieron hace 300 m.a.
Dientes de mamíferos que vivieron hace 10 o 15 m.a.
Dientes de tiburones que se calcula que existieron hace 25 m.a.

Explicaciones (teorías) al origen de los seres vivos.
¿Qué respuestas se han dado a este problema del origen de los seres vivos?
A lo largo de la historia esta pregunta ha resultado especialmente compleja, y ha encontrado distintos tipos de respuesta por parte del hombre. Mitos y leyendas explican, como sabes, el origen de los seres vivos a través de distintos procesos, casi siempre con la intervención de un creador.

Vamos a considerar, de todas las que hemos visto, solo dos tipos de teorías que en su momento, al menos, fueron defendidas por personas que se dedicaban al estudio del mundo natural ("científicos"):

1- Las teorías que admiten la generación espontánea: algunos tipos de animales, al menos, sobre todo de pequeño tamaño (gusanos, insectos, incluso peces) pueden aparecer a partir de materia inerte, además de hacerlo por los procesos normales de reproducción. Existían incluso recetas para producir seres vivos por este sistema:
"Se llena de trigo un vaso que se cierra con una camisa sucia, preferentemente de mujer. Un fermento procedente de la camisa, transformado por el olor de los granos, cambia en ratones al propio trigo. Esta metamorfosis es por otra parte más de admirar, puesto que los ratones que provienen del trigo y de la camisa no son pequeños, ni están en época de mamar, ni son minúsculos ni malogrados, sino que están muy bien formados y pueden saltar"
(La cita está tomada del Curso Practico de CN de ed. Akal, donde no tiene referencia)
Estas teorías, como podrás observar, admiten la posibilidad de que la vida aparezca en cualquier momento, frecuentemente incluso, a partir de materia inerte. Aristóteles ya describía este proceso de generación espontánea, y así se explicaron numerosos fenómenos como la carne sobre la que aparecen gusanos, el fango de una charca en el que aparecen mosquitos, etc.

2- Otros científicos negaron la generación espontánea. Redi, en el siglo XVII, lo resumió en su frase: "Todo ser vivo nace de un huevo". Es decir, todos los seres vivos nacen a partir de una célula huevo que forman otros seres vivos (sus padres). Pasteur, por su parte, acabó demostrando que ni siquiera los microbios nacen espontáneamente.
Darwin, dos siglos más tarde, afirma algo más: todos los seres vivos que conocemos en la actualidad, incluido el hombre, y todos aquellos que han existido a lo largo de la historia de la Tierra, y que ya han desaparecido, tienen un origen común. A partir de un organismo vivo original se han ido diferenciando especies, que evolucionan (cambian) dando lugar a las distintas formas vegetales y animales.

Los primeros seres vivos.
Una vez aceptada la teoría de la evolución de Darwin, queda por plantear, como hemos hecho en clase, cuál fue el origen de esos primeros seres vivos a partir de los cuales aparecen los demás. Fue Oparín a principios de siglo el que expuso la siguiente hipótesis, que básicamente es aceptada hoy por la mayoría de los científicos, en la que plantea el origen de la materia orgánica sin la intervención de los seres vivos:
La Tierra, una vez formada como una masa en estado incandescente, hace unos 4500 m.a. comienza un lento enfriamiento. Se forma una corteza sólida de rocas, pero las erupciones volcánicas en esta época son muy frecuentes. Los abundantes gases emitidos en estas erupciones (vapor de agua, CO2, CH4, H2, NH3 etc.) van formando una capa gaseosa en torno a la Tierra. Esta atmósfera recibía del Sol radiaciones ultravioleta, tormentas y radiaciones cósmicas que proporcionan energía para que se unan algunas de estas moléculas, dando así lugar a la materia orgánica.
La atmósfera también se enfría, precipitándose el agua en forma de lluvia, dando lugar a los océanos. Esta agua arrastra las moléculas orgánicas, cada vez más abundantes, dando lugar a la llamada "sopa primitiva".
Miller, por su parte, demuestra experimentalmente que la teoría de Oparín es buena, si bien es cierto que el valor de dicha teoría y de su comprobación experimental dependen enteramente de que la "supuesta atmósfera primitiva de Oparín" careciese de oxígeno. Sin embargo, desde 1985, hay científicos que afirman que la atmósfera primitiva contenía más oxígeno del que Oparín había supuesto, habiéndose encontrado gases como los óxidos de carbono y de nitrógeno; de confirmarse este hecho, los experimentos de Miller y la teoría de Oparín perderían credibilidad ya que en estas condiciones los experimentos de Miller apenas si obtienen materia orgánica.
Otros escenarios donde posiblemente pudiera formarse materia orgánica serían el polvo cósmico, que bajaría a la Tierra con los meteoritos, y las emanaciones volcánicas del fondo de los océanos (dorsales oceánicas), ya que los gases que salen -similares a los de la atmósfera primitiva- están a temperaturas elevadas (300 ºC) y a una presión hidrostática alta, con lo que reaccionan entre sí y con los solutos del agua originando también materia orgánica.

Ya sólo quedan dos pasos para explicar la conversión de esta materia orgánica sencilla en las primeras células:

1º- Que las moléculas sencillas se combinen entre sí para originar las macromoléculas típicas de los seres vivos.
Este paso no ha podido demostrarse experimentalmente fuera de las células, y en las condiciones de la Tierra primitiva es muy difícil explicarlo. Algunos autores prefieren suponer que las primeras macromoléculas llegaron del espacio; otros piensan que este paso pudo darse alguna vez por azar, y estas primeras moléculas facilitarían la formación de más macromoléculas.

2º- Que esas macromoléculas se organicen encerradas en una membrana para constituir una célula. Esto es más fácil de explicar ya que las primeras células serían muy sencillas. Oparín lo explica del siguiente modo:

Las moléculas van creciendo en tamaño y complejidad, y se van uniendo entre ellas y rodeándose de una membrana. Oparín llamó a estas asociaciones de moléculas, coacervados. Alguno de los muchos que surgieron tenían la capacidad de tomar moléculas orgánicas del medio, y por lo tanto aumentar su tamaño y masa. Rompían las moléculas orgánicas que tomaban del medio, obteniendo su energía, y produciendo CO2. Estos coacervados, al crecer y llegar a un tamaño demasiado grande, se rompían formando dos más pequeños.
El perfeccionamiento de estos coacervados dio lugar a las primeras células (los primeros seres vivos).
Comenzaría así la primera evolución biológica o biótica, que fue muy lenta: todos los fósiles con edades comprendidas entre 3.500 y 1.500 m.a. son procariotas, y los primeros fósiles de seres pluricelulares no aparecen hasta hace 600 m.a. El que todas las células actuales tengan una composición química parecida y realicen las mismas reacciones químicas vitales es un indicio de que todas las células actuales derivan de una o de unas pocas células primeras que sobrevivieron sobre otros modelos desaparecidos.
1- Estos primeros seres vivos ¿qué tipo de energía utilizaban?
2- ¿Qué tipo de materia?
3- ¿Crees que se parecían más en su funcionamiento a los actuales animales o a los actuales vegetales?
4- ¿Pueden funcionar totalmente como lo hacen actualmente estos organismos? ¿Por qué?
5- Aquella situación se mantuvo durante un tiempo (en realidad, millones de años), pero finalmente aquellas células empezaron a morir. ¿Sabrías decir por qué?

¿Qué ocurrió después de aparecer la vida?
Como consecuencia de la actividad de estas primeras células, la atmósfera debió ser cada vez más rica en dióxido de carbono (CO2). Es entonces cuando aparecieron las primeras células con clorofila (cianofíceas[]): gracias a su presencia, podían utilizar la energía solar para la síntesis de materia orgánica a partir de CO2, tan abundante en la atmósfera.
6- ¿Qué cambio importante se debió producir en la atmósfera como consecuencia de la aparición de células con clorofila[]?
7- ¿A qué tipo de organismos vivos han dado lugar, por evolución, estas células con clorofila?
8- ¿De qué tipo de células[] crees que vienen los animales? ¿Se debió producir algún cambio importante?
9- Ya desde aquellas fases iniciales de la vida los seres vivos dependían unos de otros. Señala por qué[]:

Evolución celular
Los primitivos heterótrofos
Las primeras células probablemente fueron heterótrofas y obtenían la energía por fermentación de moléculas orgánicas que flotaban en la superficie de los océanos primitivos, verdadero «caldo nutritivo» capaz de alimentar a pequeños microorganismos dotados de un metabolismo rudimentario.
De esta manera, los componentes moleculares de la «sopa primitiva» no solamente aportaron los elementos a partir de los cuales se formaron las células, sino que también suministraron la energía necesaria para su mantenimiento y autoperpetuación. Pero este jugoso alimento molecular empezó a escasear conforme crecía la población de células heterótrofas y llegó a convertirse en un recurso escaso y precioso[].
El descubrimiento de la fotosíntesis
Todos estos primitivos seres vivos habrían desaparecido, muertos por el hambre, una vez agotadas las reservas alimenticias, o devorados[] unos por otros, de no ser porque algunas estirpes «descubrieron» otro sistema de obtener energía: la fotosíntesis, mecanismo que utiliza la energía de la luz solar, obtenida gracias a la clorofila, para convertir el dióxido de carbono en hidratos de carbono, mediante una reacción que elimina oxígeno como producto residual.
La fotosíntesis fue la única oportunidad para sobrevivir, ya que liberó a las primitivas células de su enorme dependencia alimentaria con respecto a las moléculas del «caldo oceánico»; sin embargo, el oxígeno residual liberado se convirtió poco a poco en un veneno mortal para las células heterótrofas, cuyos mecanismos de fermentación anaerobia eran destruidos por la presencia de este gas, que presenta un elevado poder oxidante y, por tanto, provoca importantes transformaciones moleculares.
La utilización de la luz solar por parte de los organismos fotosintéticos proporcionó una fuente ilimitada de energía, pero, además, modificó drásticamente la composición de la atmósfera terrestre, a causa de la aparición de una gran cantidad de oxígeno que fue acumulándose progresivamente. A partir de este oxígeno se originó el ozono[], un derivado triatómico que se forma por acción de la radiación ultravioleta y de las descargas eléctricas sobre las moléculas de oxígeno.
La revolución del oxígeno: los aerobios
La disminución de la intensidad de la radiación ultravioleta permitió a las primitivas formas vivas colonizar áreas más superficiales, pues ya no estaban obligadas a vivir protegidas por capas de agua o debajo de las rocas u otros objetos que servían de pantalla frente a la radiación letal. Los seres vivos pudieron así invadir nuevas zonas y extenderse por regiones donde antes no existía la vida.
Pero la gran explosión demográfica que supuso la aparición de una enorme variedad de formas de vida surgió a partir de primitivas células que fueron capaces de utilizar el oxígeno para obtener energía de los nutrientes orgánicos de forma más eficaz. A partir de los primitivos heterótrofos anaerobios se desarrollaron otros nuevos heterótrofos aerobios, que ya no empleaban la fermentación en su metabolismo, y usaban el oxígeno atmosférico para extraer más energía de la misma cantidad de alimento, mediante un proceso químico, llamado respiración celular, que desprende dióxido de carbono como producto residual.
Cuando agotaron las reservas orgánicas de la «sopa primitiva», estos modernos heterótrofos aerobios «aprendieron» a obtener los nutrientes de las moléculas sintetizadas previamente por los fotosintéticos. A lo largo de cientos de millones de años heterótrofos y fotosintéticos han evolucionado conjuntamente y han sabido reciclar, con beneficio mutuo, los productos de desecho de su metabolismo: los animales y demás heterótrofos utilizan polución fotosintética (oxígeno) y las plantas y otros fotosintéticos consumen polución animal (dióxido de carbono).
La vida constituye, pues, un fenómeno tal vez inevitable en las condiciones iniciales y que resulta irrepetible, ya que, cuando hizo su aparición en la Tierra, modificó la atmósfera del planeta y destruyó así las condiciones que habían hecho posible su propia aparición.