Historia de la vida en la tierra

¿Sabremos alguna vez cómo empezó la vida? Aunque probablemente nunca sabremos con absoluta certeza cómo se originó la vida, los científicos no dejan de encontrar nuevas evidencias que arrojan luz sobre la vida primitiva; algunas apoyan las teorías existentes y otras proponen unas nuevas. Los orígenes de la vida son muy hipotéticos, pero estas hipótesis pueden ayudarnos a plantear las preguntas adecuadas y a explorar aspectos de la evolución. Así, tal vez, en algún momento podamos responder a grandes interrogantes como: ¿estamos solos en el universo?

Línea del tiempo de la vida en la Tierra

Al examinar el registro fósil y las muestras de ADN y ARN, los científicos pueden formular hipótesis para tratar de responder una de las preguntas más antiguas que ha cautivado a la humanidad: ¿cómo surgió la vida en la tierra? De hecho, el análisis bioquímico del carbono de restos orgánicos en las rocas sugiere que las primeras formas de vida aparecieron hace unos 3.700 millones de años. Pero, ¿qué sabemos sobre cómo surgieron estas primeras formas de vida?

Fig. 1: Línea de tiempo aproximada de los orígenes de la vida desde la formación de la tierra hasta la actualidad.

• Tras la formación de la Tierra, hace unos 4.500 millones de años, la composición química de la atmósfera sufrió grandes fluctuaciones, hasta que se estabilizó lo suficiente como para concebir los primeros indicios de vida.
• En las primeras etapas de la vida, se cree que había un revoltijo de moléculas y sustancias químicas dentro de los cuerpos de agua; a menudo, se le denomina sopa molecular primordial o sopa prebiótica. Se considera que hace entre 4.500 y 3.700 millones de años, dentro del amasijo de la sopa primordial, hubo suficiente energía —quizá procedente de fuentes hidrotermales o rayos producido durante tormentas eléctricas— para provocar reacciones químicas espontáneas que permitieron la aparición de las primeras moléculas de ARN.
• El tiempo siguió pasando, el ARN y las sustancias químicas de la sopa primordial se fueron haciendo más complejas, hasta que se envolvieron en una membrana y formaron las primeras células. Según los registros fósiles y geoquímicos, se cree que estas primeras células surgieron hace al menos 3.700 millones de años.

A partir de ahí, la vida comenzó a diversificarse: sus diferentes formas adquirieron la capacidad de llevar a cabo diferentes reacciones químicas y procesos biológicos, lo que a su vez determinó los entornos que podían habitar. Así fue como la vida evolucionó, desde el primer microbio hasta la plétora de biodiversidad visible en nuestro planeta en la actualidad (mira, de nuevo, la figura 1).

Teoría bioquímica del origen de la vida en la Tierra

Aunque existen muchas teorías de cómo se originó la vida, la mayoría de los científicos coinciden en que la materia no viva que existía en los inicios de la Tierra dio lugar a la materia viva. Esto se conoce como el origen químico de la vida, el cual sugiere que primero ocurrió una especie de evolución química, desde elementos y moléculas inorgánicas simples a moléculas cada vez más complejas. Este proceso resultó en la aparición de moléculas orgánicas, o biomoléculas.

La vida comenzó en el agua

Se cree que la vida primitiva se originó en condiciones muy anaeróbicas (con muy poco oxígeno) y, por lo tanto, con poca o ninguna capa de ozono. En estas condiciones, los rayos UV habrían causado graves daños por radiación a todo lo que tocaran. Por ello, se cree que los orígenes de la vida en la Tierra se produjeron en los océanos o, al menos, un par de centímetros bajo el agua —lo que desviaría la mayor parte de los dañinos rayos UV emitidos por el sol—.

Moléculas simples como precursoras de la vida

La hipótesis Oparin-Haldanena —una de las primeras hipótesis que surgieron para explicar la evolución química— sugiere una transformación espontánea y escalonada de los átomos y las moléculas en las sustancias químicas más complejas que sustentaron la vida primitiva.

Los experimentos químicos realizados por Miller-Urey respaldaron en parte esta hipótesis, demostrando que las moléculas orgánicas pueden formarse espontáneamente en condiciones similares a la atmósfera anaeróbica primitiva de la Tierra, con un poco de energía. Esta energía podría haber sido proporcionada por la luz solar, los rayos o las fuentes hidrotermales.

Se cree que de la sopa molecular resultante surgieron los nucleótidos de ARN, como las primeras biomoléculas. Lo más importante es que el ARN puede autorreplicarse —una característica distintiva de la vida y necesaria para la evolución—. A lo largo de millones de años, se cree que el ARN dio lugar al ADN. Esta teoría del origen de la vida se conoce como la Hipótesis del Mundo del ARN, y es la teoría del origen de la vida más aceptada por la comunidad científica. Se cree que la primera célula fue, simplemente, un amasijo de ARN autorreplicante contenido en una membrana.

Características que hacen posible la vida en el planeta Tierra

Cuando nos preguntamos cómo se originó la vida en la Tierra, es útil pensar en las condiciones ambientales que pueden haber hecho posible la vida que conocemos ahora.

Algunas características necesarias para la vida actual son:

• Una atmósfera compuesta por alrededor del 21 % de oxígeno.
• Una temperatura global apta para la vida y, relativamente, estable (posible por la capa de ozono y otros gases de efecto invernadero en la atmósfera).
• Un reciclaje de moléculas químicas imprescindibles para la vida, por medio de ciclos biogeoquímicos (carbono, nitrógeno, fósforo, agua, etc.).

La existencia de estas condiciones actuales nos provee pistas de algunos procesos que tuvieron que haber ocurrido para su aparición, a partir de las condiciones iniciales en el planeta. Evidencias de estos procesos se han obtenido gracias a distintos campos como la paleontología, la astronomía, la biología molecular, entre otros. Por ejemplo, uno de los grandes interrogantes es ¿cómo pasó la atmósfera de no tener casi nada de oxígeno libre a la composición actual?

Las primeras células estaban rodeadas de las moléculas orgánicas necesarias para obtener energía. Estas moléculas eran abundantes en el entorno y podían difundirse, simplemente, a través de la membrana de la célula. A medida que la vida evolucionó y se hizo más compleja, se necesitaron sistemas para que las células produjeran su propia energía, en lugar de obtenerla directamente de su entorno.

Se cree que esto ocurrió en tres etapas clave:

1. En las condiciones anaeróbicas primigenias, las primeras células necesitaban producir energía sin utilizar el oxígeno. En esta etapa se establecieron las vías iniciales de la glucólisis.

3. El desarrollo de la fotosíntesis aumentó la cantidad de O₂ disponible en la atmósfera. Esto dio lugar a la evolución del metabolismo oxidativo y de la respiración celular. Este proceso es mucho más eficiente en la conversión de moléculas orgánicas en ATP que la glucólisis por sí sola, pero requiere oxígeno.

Evolución de la vida en la Tierra

¿Cómo se pasó de los simples microorganismos unicelulares que se encontraron cuando se originó la vida a la exuberante biodiversidad que vemos hoy en la Tierra? Aunque los orígenes de la vida en sí mismos son muy discutidos por la comunidad científica, la mayoría está de acuerdo en que —luego de originarse y evolucionar— un único ancestro común dio lugar a toda la vida que vemos hoy.

Este ancestro común se formó hace aproximadamente 3.500 millones de años, como un microorganismo unicelular (parecido a los procariotas actuales) al que se denomina comúnmente LUCA (por sus siglas en inglés, Last Universal Common Ancestor).

Uno de los indicios de que todos los organismos se originaron de LUCA, es que todas las especies de los tres dominios de seres vivos (Archaea, Bacteria y Eukarya) comparten 23 proteínas universales. Las secuencias de ADN que codifican estas proteínas varían ligeramente entre los dominios, aunque en su mayor parte son muy similares. Estas 23 proteínas son esenciales para la vida, ya que sustentan muchos procesos celulares fundamentales.

Según la teoría del ancestro común universal, las pequeñas diferencias pueden explicarse por un par de mutaciones. Sin embargo, si estas 23 proteínas hubieran evolucionado de forma independiente, serían necesarias muchas más mutaciones para explicar su actual similitud; también, probablemente habría mucha más variación entre las proteínas de la que hay.

A partir de LUCA se originaron las células procariotas y luego surgieron las células eucariotas: organismos unicelulares que evolucionaron a organismos pluricelulares. Durante este proceso, las primeras formas de vida ampliaron sus nichos y ocuparon nuevos hábitats. Gracias a esto, la vida en la Tierra floreció en los océanos y, finalmente, se trasladó a la tierra.

Los mayores cambios en el medioambiente, el clima y la atmósfera de la Tierra fueron facilitados inicialmente por procariotas fotosintéticos y, luego, por la evolución de las plantas. Como autótrofas, las plantas proporcionaron una fuente de energía en entornos terrestres secos, donde los nutrientes cruciales no podían obtenerse por ósmosis —como en el medio acuoso—.

Origen de la vida en la Tierra: Resumen

Existen numerosas hipótesis sobre el origen de la vida en la Tierra, y es probable que nunca sepamos con certeza cuál de ellas es verdadera (si es que alguna lo es). Sin embargo, hay algunos acuerdos entre la comunidad científica sobre cómo surgió la vida; algunas de las premisas más aceptadas son:

1. Ocurrió alguna forma de evolución química, en la que la materia orgánica surgió de materia inorgánica presente en los inicios de la Tierra (la hipótesis de Oparin-Haldane es una de estas propuestas).
2. Esta evolución necesitó ciertas condiciones generales: ausencia o muy poco oxígeno libre presente, bloques químicos iniciales (elementos y compuestos inorgánicos como agua, sales minerales y gases) y una fuente de energía para que las moléculas reaccionaran entre sí.
3. Dentro de las primeras biomoléculas formadas se encontraba el ARN (hipótesis del mundo del ARN), el cual muy probablemente también fue la primera molécula en poder copiarse a sí misma o autorreplicarse. La autorreplicación fue el inicio de la reproducción, indispensable para la continuidad de la vida.
4. Algunas de estas moléculas autorreplicantes se rodearon de una membrana; de ahí resultaron las primeras proto-células.
5. Las proto-células siguieron evolucionando y desarrollando procesos metabólicos más complejos hasta formar las primeras células, muy parecidas a un microorganismo (como las bacterias).
6. Este microorganismo primitivo, denominada LUCA, dio origen a las células procariotas; luego surgieron las células eucariotas. Organismos unicelulares evolucionaron a organismos pluricelulares.
7. Debido a las fuerzas evolutivas —principalmente, a la especiación— se desarrolló la diversidad de todos los organismos que han existido y que existen actualmente, a partir del único ancestro común: LUCA.