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Historia de la vida en la tierra

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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?

  • 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.

Existen hipótesis contrapuestas que describen la naturaleza de las primeras formas de vida y la aparición de moléculas complejas y ARN:

  • La hipótesis del gen primero afirma que el ARN autorreplicante constituyó las primeras formas de vida y que, posteriormente, se incorporaron otros componentes y sustancias químicas.
  • Por su parte, la hipótesis del metabolismo primero afirma que las reacciones metabólicas o químicas, que eran capaces de producirse continuamente gracias a su naturaleza autosuficiente y a la abundancia de reactivos, podrían haber sido formas de vida simples antes de la aparición del ARN.

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.

Las biomoléculas son moléculas orgánicas complejas que contienen carbono (proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos) y que son imprescindibles en los sistemas vivos.

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.

Análisis geoquímicos más recientes han demostrado que las condiciones propuestas por la hipótesis de Oparin-Haldane probablemente no se corresponden con la atmósfera primigenia de la Tierra. Muchos científicos piensan ahora que la evolución química propuesta en la hipótesis es (al menos) correcta, aunque haya ocurrido en condiciones atmosféricas diferentes.

Describimos la hipótesis de Oparin-Haldane y otras teorías sobre el origen de la vida en el artículo Origen de la vida.

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.

La glucólisis convierte las moléculas orgánicas en ATP, que puede usarse como fuente de energía para otros procesos metabólicos y celulares.

2. Posteriormente, las células desarrollaron la capacidad de realizar la fotosíntesis, lo que les permitió aprovechar la luz solar para obtener energía, sin necesidad de moléculas orgánicas externas. Se cree que la fotosíntesis evolucionó en las bacterias.

La fotosíntesis es el proceso por el que un organismo capta energía solar para sintetizar moléculas orgánicas (principalmente carbohidratos). Es realizado por algunas bacterias, algas y plantas.

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.

El metabolismo oxidativo incluye las reacciones metabólicas que utilizan oxígeno para llevarse a cabo, como las cadenas de transporte de electrones en la respiración celular aeróbica.

La respiración celular es el mecanismo por el que todos los organismos descomponen moléculas orgánicas para obtener energía para uso celular.

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.

Historia de la vida en la tierra - Puntos clave

  • La Tierra se formó hace, aproximadamente, 4.500 millones de años. Pero, la vida no surgió hasta al menos otros 500 millones de años, cuando las condiciones terrestres se estabilizaron lo suficiente (hace unos 3.700 millones de años).
  • Previo al surgimiento de la vida, ocurrió alguna forma de evolución química, en la que la materia orgánica surgió de materia inorgánica (la hipótesis de Oparin-Haldane es una de estas propuestas). Se cree que esto sucedió en un entorno acuático, llamado la sopa molecular primordial.
  • 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.
  • Algunas de las primeras biomoléculas formadas lograron autorreplicarse (muy probablemente moléculas de ARN). La replicación (una forma de reproducción) es indispensable para la continuidad de la vida.
  • Toda la vida que se encuentra hoy en la Tierra desciende de un único ancestro común: un microorganismo unicelular denominado LUCA.

Preguntas frecuentes sobre Historia de la vida en la tierra

La historia de la vida en la Tierra inicia con una evolución química en la que la materia orgánica surgió de la materia inorgánica presente en los inicios de la Tierra. 


Luego, evolucionaron a las primeras células —rodeadas por una membrana— y cuyas biomoléculas (probablemente ARN) pudieron autorreplicarse. 


Finalmente, se dio la formación de un microorganismo unicelular denominado LUCA, el ancestro común cuya evolución dio origen a todas las especies de seres vivos que han habitadola Tierra.

El origen de la vida se remonta a la evolución química (hipótesis del caldo primordial) en la que la materia orgánica surgió de materia inorgánica. 


Algunas de estas biomoléculas se rodearon con una membrana y pudieron autorreplicarse, formando las primeras células. 


Eventualmente surgió un microorganismo unicelular, denominado LUCA: el ancestro común que dio origen a todas las especies de seres vivos, por evolución. 


De este surgió un linaje capaz de fotosintetizar (liberar oxígeno) y cambiar la atmósfera terrestre que dio paso a la diversidad de organismos aerobios.

Algunos elementos que permiten la vida actual en la Tierra son: una atmósfera compuesta por alrededor de 21 % de oxígeno, una temperatura global apta para la vida y relativamente estable (posible por la capa de ozono y gases de efecto invernadero en la atmósfera), el reciclaje de moléculas químicas imprescindibles para la vida por medio de ciclos biogeoquímicos (carbono, nitrógeno, fósforo, agua, etc), entre otras.

Los primeros seres vivos en la Tierra aparecieron hace alrededor de 3.700 millones de años, según los análisis biogeoquímicos que datan el carbono de las rocas, que se cree que procede de las primeras formas de vida.

La química se relaciona con el origen de la vida porque para que la vida sea posible, debió ocurrió alguna forma de evolución química previo a la aparición de los primeros seres vivos. Por medio de la evolución química, la materia inorgánica, presente desde los inicios de la Tierra, dio origen a la materia orgánica, los bloques indispensables que componen a los seres vivos.

Cuestionario final de Historia de la vida en la tierra

Pregunta

¿Qué representa LUCA?

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Answer

Una bacteria ancestral.

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Pregunta

¿Hace cuánto tiempo, calculan los científicos, que surgieron las primeras formas de vida?

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Answer

Hace al menos 3.700 millones de años, aproximadamente.

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Pregunta

¿Cuáles fueron dos posible fuentes de energía para las primeras reacciones químicas espontáneas dentro de la sopa primordial?

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Answer

Las fuentes hidrotermales y los rayos producidos durante las tormentas eléctricas.

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Pregunta

La hipótesis del "metabolismo primero" establece que:

Mostrar respuesta

Answer

Las primeras formas de vida estaban compuestas por material genético autorreplicante.

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Pregunta

¿A qué se refiere el origen químico de la vida?

Mostrar respuesta

Answer

Se refiere a cómo la materia orgánica surgió, a partir de la materia inorgánica presente desde los inicios de la Tierra, por medio de reacciones químicas.

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Pregunta

Se cree que los orígenes de la vida surgieron en entornos acuáticos (o con cierta cantidad de agua) porque:

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Answer

Los entornos acuáticos proporcionaron un fácil acceso a una mezcla de moléculas que se ha demostrado que es la más probable para dar lugar a la vida. También se cree que la atmósfera primitiva carecía de capa de ozono, por lo que los rayos UV habrían sido muy perjudiciales fuera del agua.

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Pregunta

Una parte fundamental de la vida es la capacidad de ____ ; ya que esto permite que el material genético pase a la siguiente generación y que se produzca la evolución.

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Answer

Hacer fotosíntesis.

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Pregunta

El/la ______ sugiere que la vida surgió de moléculas inorgánicas simples que sufrieron reacciones para formar moléculas más complejas dentro de la sopa primordial. El/la ______ apoya esta idea, demostrando que las moléculas orgánicas complejas pueden formarse espontáneamente en condiciones similares a las de la atmósfera anaeróbica primitiva de la Tierra, con un poco de energía.

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Answer

Hipótesis de Oparin-Haldane / Experimento de Miller-Urey.

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Pregunta

¿Qué vía metabólica compleja se cree que surgió primero?

Mostrar respuesta

Answer

La glucólisis.

Show question

Pregunta

¿Por qué el desarrollo de procesos metabólicos celulares fueron beneficiosos para las primeras formas de vida?

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Answer

Las primeras células eran unicelulares y estaban rodeadas de abundantes moléculas orgánicas que necesitaban para obtener energía por lo que podían difundirse a través de la membrana de la célula.

Show question

Pregunta

¿Qué nombre le damos al ancestro de toda la vida actual en la Tierra?

Mostrar respuesta

Answer

LUCA (Last Universal Common Ancestor).

Show question

Pregunta

Explica por qué el hecho de que todas las especies de los tres dominios (Archaea, Bacteria y Eukarya) comparten 23 proteínas universales es una evidencia que apoya la teoría del "antepasado común universal".

Mostrar respuesta

Answer

Estas 23 proteínas son esenciales para la vida, ya que sustentan muchos procesos biológicos y celulares fundamentales. Aunque las secuencias de ADN que codifican estas proteínas varían ligeramente entre los distintos dominios, son muy similares. 


La teoría del "ancestro común universal" explica las pequeñas diferencias como un par de mutaciones. Sin embargo, si estas 23 proteínas hubieran evolucionado de forma independiente, a través de la evolución convergente, serían necesarias muchas más mutaciones y, probablemente, habría mucha más variación entre las proteínas de la que hay.

Show question

Pregunta

¿A qué reino se le atribuye haber facilitado los mayores cambios en el medio ambiente de la Tierra y haber allanado el camino para la evolución y la migración de otras especies del medio acuático al medio terrestre?

Mostrar respuesta

Answer

El reino vegetal / Plantae.

Show question

Pregunta

¿Qué condiciones generales necesitó la evolución química para ocurrir?

Mostrar respuesta

Answer

Ausencia o muy poco oxígeno libre presente.

Show question

Pregunta

El desarrollo de la ______ resultó en el aumento del O2 disponible en la atmósfera.

Mostrar respuesta

Answer

Fotosíntesis.

Show question

Pregunta

Una disminución el número o la cantidad de individuos de una especie no afecta otras especies que hacen parte de la misma cadena alimenticia.

Mostrar respuesta

Answer

Falso.

Show question

Pregunta

Una  __________ o __________ es un proceso jerárquico y secuencial de transferencia de materia y energía de una especie a otra. Por tanto, determina la distribución, el movimiento y la transformación de los nutrientes a través de las especies de una comunidad biológica.

Mostrar respuesta

Answer

Cadena alimenticia.

Show question

Pregunta

Si la extinción es un proceso naturral, ¿Porqué hay tanta preocupación por la extinción masiva de especies en la actualidad?

Mostrar respuesta

Answer

Por el impacto que los seres humanos tienen sobre la biodiversidad. La actividad humana en las últimas décadas ha provocado un aumento de la pérdida de especies a una velocidad sin precedentes.

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