Origen de la vida: generación espontánea, Oparin-Haldane, Miller-Urey y endosimbiosis

La Tierra se formó hace unos 4 600 millones de años, y los fósiles más antiguos de microorganismos tienen alrededor de 3 500 millones. ¿Cómo surgieron los primeros seres vivos a partir de materia sin vida? Es una de las grandes preguntas de la ciencia.

La generación espontánea

Durante más de dos mil años se creyó que algunos seres vivos surgían directamente de la materia inerte: los gusanos de la carne podrida, los ratones de la ropa sucia con trigo. A esta idea se le llamó generación espontánea (o abiogénesis antigua).

• Francesco Redi (1668) colocó carne en frascos abiertos y en frascos tapados con gasa. Solo aparecieron gusanos en la carne a la que llegaban las moscas: los gusanos eran larvas de mosca, no surgían de la carne.
• Louis Pasteur (1862) hirvió caldo nutritivo en matraces con cuello de cisne (curvo). El aire entraba, pero los microbios quedaban atrapados en la curva y el caldo permanecía estéril. Al romper el cuello, el caldo se contaminaba. Así demostró que los microorganismos provienen de otros microorganismos.

Desde entonces se acepta la biogénesis: todo ser vivo proviene de otro ser vivo. Pero entonces, ¿cómo surgió el primero?

Teoría quimiosintética de Oparin-Haldane

En 1924, el bioquímico ruso Aleksandr Oparin publicó El origen de la vida, y en 1929 el británico John B. S. Haldane propuso de forma independiente ideas muy parecidas. Según esta teoría, la vida surgió por evolución química: los compuestos orgánicos se formaron a partir de compuestos inorgánicos sencillos, sin participación de seres vivos.

Condiciones de la Tierra primitiva

• Atmósfera reductora, casi sin oxígeno libre, formada por hidrógeno ($\ce{H2}$), metano ($\ce{CH4}$), amoniaco ($\ce{NH3}$), vapor de agua y gases volcánicos como $\ce{CO2}$.
• No había capa de ozono, así que llegaba mucha radiación ultravioleta.
• Abundantes fuentes de energía: descargas eléctricas (rayos), calor volcánico, radiactividad.

Etapas propuestas

1. Con esa energía, los gases reaccionaron y formaron moléculas orgánicas sencillas: aminoácidos, azúcares, bases nitrogenadas.
2. La lluvia las arrastró a los mares, que se convirtieron en un «caldo primitivo» rico en materia orgánica.
3. Las moléculas se unieron en otras más complejas (proteínas, ácidos nucleicos).
4. Se formaron coacervados: gotitas de macromoléculas rodeadas de una capa de agua que las separaba del medio, capaces de absorber sustancias y crecer.
5. Algunos de estos sistemas adquirieron la capacidad de reproducirse y dieron origen a las primeras células (protobiontes), heterótrofas y anaerobias.

El experimento de Miller y Urey (1953)

Stanley Miller, alumno de Harold Urey, puso a prueba la teoría. En un aparato cerrado mezcló metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua, y aplicó descargas eléctricas durante una semana para simular los rayos. Al analizar el líquido encontró aminoácidos y otras moléculas orgánicas.

Demostró que las moléculas de la vida pueden formarse espontáneamente a partir de sustancias inorgánicas en las condiciones propuestas por Oparin y Haldane. Hoy se cree que la atmósfera primitiva era menos reductora de lo que pensaba Miller, pero experimentos posteriores con otras mezclas y en ambientes como las fuentes hidrotermales del fondo del mar han dado resultados parecidos.

Otras hipótesis complementarias:

• Mundo de ARN: el ARN pudo ser la primera molécula capaz de guardar información y catalizar reacciones a la vez.
• Panspermia: algunas moléculas orgánicas (o incluso la vida) pudieron llegar del espacio en meteoritos. En meteoritos se han encontrado aminoácidos.

Teoría endosimbiótica de Lynn Margulis

Las primeras células fueron procariotas. ¿Cómo surgieron las eucariotas, mucho más complejas? En 1967, la bióloga estadounidense Lynn Margulis propuso la teoría endosimbiótica:

1. Una célula grande que se alimentaba de otras ingirió una bacteria aerobia, pero no la digirió.
2. La bacteria siguió viviendo dentro de ella: le daba energía (ATP) por respiración aerobia y recibía protección y alimento. Era una relación de simbiosis.
3. Con el tiempo, la bacteria perdió su independencia y se convirtió en la mitocondria.
4. De la misma forma, algunas células que ya tenían mitocondrias incorporaron cianobacterias fotosintéticas, que se convirtieron en los cloroplastos de las algas y las plantas.

Pruebas de la endosimbiosis

• Las mitocondrias y los cloroplastos tienen doble membrana (la interna sería la de la bacteria original).
• Tienen su propio ADN circular, como las bacterias.
• Tienen ribosomas parecidos a los de las bacterias.
• Se dividen por sí mismos, por un proceso parecido a la bipartición.
• Su tamaño es similar al de una bacteria.

Línea del tiempo de la vida

Comprueba lo aprendido

1. ¿Qué demostró Pasteur con los matraces de cuello de cisne?Ver respuestaOcultar respuesta

Que los microorganismos no surgen por generación espontánea, sino de otros microorganismos que llegan del ambiente.

2. ¿Cómo era la atmósfera primitiva según Oparin y Haldane?Ver respuestaOcultar respuesta

Reductora y sin oxígeno libre, con metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua, y expuesta a descargas eléctricas y radiación ultravioleta.

3. Según la teoría endosimbiótica, ¿de dónde provienen las mitocondrias?Ver respuestaOcultar respuesta

De bacterias aerobias que fueron englobadas por una célula más grande y vivieron en simbiosis con ella.

Practica con los ejercicios resueltos de esta unidad:

Ejercicios de evolución y taxonomía

Referencias

• Curtis, H., Barnes, N. S., Schnek, A. y Massarini, A. (2008). Biología (7.ª ed.). Editorial Médica Panamericana.
• Oparin, A. I. (1924). El origen de la vida.
• Colegio Nacional de Matemáticas. Guía práctica para el examen de ingreso a la universidad. Pearson Educación (temario de referencia).

Ver Libro