La uniformidad en la composición química y las funciones de los componentes esenciales que forman los seres vivos, así como una serie de reacciones básicas metabólicas destinadas a obtener energía de los alimentos, son comunes en la gran mayoría de los organismos. Esta similitud indica que la vida en la Tierra puede haber tenido un origen común.
Todos los seres vivos organizados, desde el hombre a las formas más primitivas comparten dos sustancias químicas fundamentales, los ácidos nucleicos proteínas. Salvo en algunos virus, que se encuentran en la frontera entrE mas vivientes y no vivientes, en el resto de organismos el ADN es el material hE tarjo, que transmite las características de generación en generación. El ARN actúa en la traducción de este material genético. Por otro lado, a pesar de los distintos grados de complejidad, estas moléculas están formadas por unos elementos comunes veinte aminoácidos, las cinco bases nitrogenadas y el ácido fosfórico. Esta uniformidad en la composición química está presente de forma general en sus funciones, en la mayoría de los organismos coinciden las reacciones metabólicas para obtener la energía de los alimentos.
Tradicionalmente, se creía que la vida había surgido de manera espontánea en determinadas condiciones favorables para ello. Una de las primeras referencias a esta hipótesis se encuentra en los escritos de Aristóteles. Personalidades Copérnico, Bacon, Galileo, Descartes o Goethe compartieron esta creencia rante los siglos XVI, XVII y XVIII se sucedieron los intentos de demostrar, mediante ensayos de laboratorio, la generación espontánea de la vida. La controversia se tuvo entre los defensores y los detractores de esta teoría hasta el siglo XIX. Fue el científico francés Louis Pasteur quien demostró con sus experimentos que ni organismo vivo puede existir si no es como descendiente de organismos similares.
Unos sesenta años después, los científicos A. Oparin y B. Haldane sugirió una teoría de una larga «evolución molecular abiogénica» sobre la Tierra, a través de la cual lentamente, se acumularon moléculas orgánicas hasta formar una «sopa primordial” La atmósfera del planeta primitivo era reductora, y si había oxígeno libre, éste se encontraba en muy reducidas concentraciones. Al no existir una capa de ozono alrededor de la Tierra, las radiaciones ultravioletas del Sol llegaban hasta ella con suma facilidad, Estas radiaciones de gran intensidad, junto con las descargas eléctricas rayos, determinaron el aporte energético necesario para la formación de las primeras moléculas orgánicas a partir del hidrógeno, como el metano, el amoniaco, el agua y el dióxido de carbono. La hipótesis de que esta energía podía tener como origen nativo los choques de meteoritos que atravesaban la atmósfera constituyó el centro del debate durante los años treinta y cuarenta del siglo XX.
En 1953, Stanley Miller, científico estadounidense, llevó a cabo, junto con Harold Urey, uno de los primeros ensayos en tos cuales se demostraba que las teorías de Opanin y Haldane podían tener fundamento científico. Miller construyó un aparato que permitía la circulación de una mezcla de metano, hidrógeno, amoniaco y agua, en el que, a su vez, existía una circulación de descargas eléctricas. El agua contenida en un matraz se mantenía hirviendo constantemente, para la producción continua de vapor que permitiera la circulación de los gases. Los productos que se formaban como consecuencia de las descargas eléctricas —que actuaban como los rayos de la primitiva atmósfera— se condensaban en un tubo en forma de U y en otro matraz de agua —que desempeñaba un papel similar al de los antiguos océanos existentes en nuestro planeta— Este sencillo sistema se mantuvo en funcionamiento durante una semana, al cabo de la cual se analizaron los compuestos que se habían originado. Los resultados fueron sorprendentes: se detectaron cuatro aminoácidos, comunes en la mayoría de las proteínas, urea y varios ácidos grasos simples. Habían surgido, por tanto, unas moléculas que se encuentran comúnmente en los seres vivos. Las condiciones primitivas de la Tierra no debieron de ser muy diferentes de las que este científico simuló en un laboratorio.
El siguiente paso en la evolución química es la condensación de estos primeros aminoácidos, purinas, pirimidinas y azúcares, para la formación de moléculas de mayor tamaño, que den lugar a la aparición de proteínas y ácidos nucleicos. Esta concentración no es sencilla con grandes masas de agua, por ejemplo en los grandes océano obstante, se ha apuntado la posibilidad de que, posteriormente, se hubieran sucedido reacciones de deshidratación. Dicha deshidratación facilitó la concentración de microsferas proteínicas, gracias a la congelación, dentro de pequeñas gotas en la atmósfera, o por absorción dentro de partículas calizas de la superficie del planeta. La hipótesis de la condensación fue corroborada por el científico estadounidense Sydney Fox, que demostró cómo, calentando mezclas secas de aminoácidos y luego mezclando los polímeros resultantes con agua, se formaban pequeñas partículas esféricas proteinoides, que presentan ciertos rasgos de un sistema viviente. Son de tamaño comparable al de ciertas bacterias esféricas y presentan una doble doble capa que las separa del exterior; tienen propiedades osmóticas y de transporte selectivo de moléculas. Poseen, asimismo, capacidad para proliferar mediante procesos de gemación, como ciertos tipos de bacterias. Aunque nunca podrá ser probado con todas las garantías, estas formaciones proteínicas, creadas en un laboratorio, podrían ser los antepasados de las primeras células.
Origen de los sistemas vivientes
A partir de los estudios de laboratorio y de las leyes de la termodinámica se pueden establecer las etapas necesarias para la aparición de la primera célula:
— Formación de polímeros de ARN capaces de replicarse mediante el a miento de bases complementarias.
— Incorporación de los mecanismos necesarios para que las moléculas de ARN puedan regir la síntesis de moléculas proteicas.
— Formación de una membrana de lípidos que determine el aislamiento mezcla de ARN y nuevas proteínas.
— Sustitución como material que codifica la información para la síntesis d teínas, del ARN por el ADN.
— Aparición de los primeros organismos procariontes, hace aproximadamente 3.500 millones de años.
— Transformación de estas células de estructura y funcionalidad sencillas, como las procariotas, en formas eucariotas más evolucionadas, hace aproximadamente 1.000 o 1 .500 millones de años. Estas células eucariotas son las que están presentes en la mayor parte de los animales y las plantas superiores.
— Aparición de los primeros organismos (celentéreos, protoanélidos y protoartrópodos).
Las células son hoy en día sistemas complejos organizados, que poseen una serie de reacciones mediadas por enzimas. Algunas de estas células son capaces de captar la energía del Sol y transformarla en energía química, que se puede almacenar en forma de glucosa, ATP y otras moléculas. Otras aprovechan la energía acumulada en estos enlaces, para crecer, dividirse y mantener su integridad. Todas las características de la vida, como la conversión de energía, la asimilación, la secreción, la excreción, las respuestas a estímulos y la capacidad de reproducción dependen totalmente de las complejas rutas del metabolismo de las células actuales.
Los estudiosos del origen de la vida sostienen que los organismos primitivos eran heterótrofos primarios —de aspecto semejante al género actual de bacterias Clostridium— anaerobios —podían obtener todos sus alimentos directamente del ambiente—. Estas características se mantuvieron hasta que el aporte de nutrientes disponibles en la Tierra empezó a disminuir. A partir de este momento, los organismos que desarrollaron la capacidad de sintetizar los compuestos esenciales tomando como base otros compuestos accesibles adquirieron una serie de ventajas fundamentales con respecto a los que no podían hacerlo. Para la consecución de estas reacciones metabólicas es imprescindible el desarrollo de nuevas enzimas que puedan mediar en las nuevas rutas.
Una vez agotados los nutrientes de la llamada sopa primordial, debido a la proliferación de organismos, el siguiente paso en la evolución de la vida fue la aparición de la fotosíntesis, la capacidad de aprovechar la energía solar para el desarrollo. De esta manera, los organismos heterótrofos pasaron a estar en desventaja frente a los nuevos autótrofos. De igual manera, la acumulación de oxígeno en la atmósfera, orno consecuencia de la fotosíntesis, determinó la aparición de un metabolismo aerobio u oxidativo. Los primitivos organismos de aspecto de bacteria —procariotas— parecieron hace 3.000 millones de años, entre ellas las cianobacterias, capaces de desprender oxígeno. Posteriormente aparecieron los primeros eucariotas, organismos con núcleo. Según las más avanzadas teorías, surgieron como consecuencia de la unión simbiótica de varios procariotas. Entre ellos se encuentran las algas, los hongos, las plantas y los animales. Su enorme éxito en la evolución puede estar, en gran medida, basado en la variabilidad genética derivada de la reproducción sexual.
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