Francais | English | Espanõl

De Wikipedia, la enciclopedia libre

En las ciencias de la naturaleza, la cuestión del origen de la vida consiste en un estudio especializado en el que se establece la teoría de que la vida evolucionó de la materia inerte en algún momento entre los 4400 millones de años, cuando el vapor de agua pudo condensarse por primera vez<ref>Simon A. Wilde, John W. Valley, William H. Peck and Colin M. Graham, Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago, Nature 409, 175-178 (2001) DOI:10.1038/35051550</ref>. y los 2700 millones de años atras , cuando la proporticón entre los isótopos estables de carbono (¹²C y ¹³C), hierro y azufre induce a pensar en un origen biogénico de los minerales y sedimentos que se produjeron en esa época<ref>www.journals.royalsoc.ac.uk/content/01273731t4683245/. Consultado el 2007-07-10.</ref><ref>geology.geoscienceworld.org/cgi/content/abstract/34/3/153. Consultado el 2007-07-10.</ref> y los biomarcadores moleculares indican que ya existía la fotosíntesis.<ref>www.journals.royalsoc.ac.uk/content/887701846v502u58/. Consultado el 2007-07-10.</ref><ref>www.journals.royalsoc.ac.uk/content/814615517u5757r6/. Consultado el 2007-07-10.</ref>Este tema también incluye teorías e ideas al respecto de la hipótesis de un posible origen extraplanetario o extraterrestre de la vida, que habría sucedido durante los últimos 13.700 millones de años de evolución del Universo conocido tras el Big Bang<ref>map.gsfc.nasa.gov/m_mm/mr_age.html. Consultado el 2007-07-10.</ref> .

Los estudios sobre el origen de la vida constituyen un campo limitado de investigación, a pesar de su profundo impacto en la biología y la comprensión humana del mundo natural. Los progresos en esta área son generalmente lentos y esporádicos, aunque aún atraen la atención de muchos dada la importancia de la cuestión que se investiga. Existe una serie de observaciones que apuntan las condiciones fisicoquímicas en las cuales pudo emerger la vida, pero todavía no se tiene un cuadro razonablemente completo acerca de cómo pudo ser este origen. Se han propuesto varias teorías, siendo la más importante en cuanto al número y calidad de investigadores que la apoyan la hipótesis del mundo de ARN<ref>Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts and Walter, Molecular Biology of the Cell, 4th Edition, Routledge, March, 2002, ISBN 0-8153-3218-1.</ref> Estas explicaciones no pretenden discernir sobre aspectos religiosos que examinan el papel de la voluntad divina en el origen de la vida (creacionismo), ni sobre aspectos metafísicos que ilustren acerca las causas primigenias.

Tabla de contenidos 1 Historia del concepto en la ciencia 1.1 Aristóteles 1.2 Pasteur 1.3 Darwin 1.4 Oparin 1.5 J.B.S. Haldane 2 Modelos actuales 2.1 Origen de las moléculas orgánicas 2.1.1 Los experimentos de Miller 2.1.2 Experimentos de Fox 2.1.3 Hipótesis de Eigen 2.1.4 Hipótesis de Wächstershäuser 2.2 De las moléculas orgánicas a las protocélulas 2.2.1 Modelos "Genes first": El mundo de ARN 2.2.2 Modelos "Metabolism first": El mundo de hierro-sulfuro y otros 2.2.3 Teoría de la burbuja 2.2.4 Modelos híbridos 3 Otros modelos 3.1 Autocatálisis 3.2 Teoría de la arcilla 3.3 Modelo de Gold de "Biosfera profunda y caliente" 3.4 Vida extraterreste "primitiva" 3.5 El mundo de lípidos 3.6 El modelo del polifosfato 3.7 El modelo de la ecopoiesis 4 Contraargumentación 4.1 Hoyle 4.2 Yockey 4.3 Síntesis abiogénica de sustancias químicas clave 4.4 El problema de la homoquiralidad 5 Campos relevantes 6 Véase también 7 Notas 8 Referencias 9 Enlaces externos

[editar] Historia del concepto en la ciencia

[editar] Aristóteles

Desde su primera formulación por Aristóteles en el siglo IV AC, se sostenía por creencia común o ilustrada en europa, que los organismos vivos complejos surgían espontáneamente en todo momento de la materia inerte. Las moscas y los ratones adultos salían de la ropa sucia y las parvas de trigo, las larvas de mosca y sus adultos de la carne podrida, los áfidos de las gotas de rocío. En pocas palabras, que la vida surgía continuamente por generación espontánea o abiogénesis.

[editar] Pasteur

A mediados del siglo XIX Pasteur y otros habían demostrado que los seres vivos no surgían espontáneamente de la materia inerte; así pues surgía la cuestión de como la vida pudo haber surgido dentro del marco de la filosofía natural. Los primeros biólogos del siglo XVIII comenzaron a abrir huecos en la doctrina aristotélica. En 1862, los meticulosos experimentos de Louis Pasteur finalmente establecieron que un medio verdaderamente estéril permanecería siempre estéril y que los organismos vivientes complejos sólo venían de otros organismos similares. La "Ley de la Biogénesis" (omne vivum ex ovo o "todo lo vivo sale del huevo") basado en su obra es ahora una piedra angular de la moderna biología.

[editar] Darwin

En una carta a Joseph Dalton Hooker del 1 de Febrero de 1871, on February 1, Charles Darwin sugirió que la chispa original de la vida pudo haber comenzado en un " pequeño charco cálido, con todo tipo de sales fosfóricas y de amonio, en presencia además de luz, calor, electricidad etc..., de modo que se formara un compuesto proteico listo para sufrir cambios aún más complejos". Continuó explicando que "a día de hoy semejante material sería instantáneamente devorado o absorbido, lo cual no habría sido el caso antes de que los seres vivos se hubieran formado"<ref>"Se dice a menudo que hoy en día estan presentes todas las condiciones para la producción de un organismo vivo, y que pudieron haber estado siempre presentes. Pero si pudieramos concebir que en algún charquito cálido, Encontrando presentes toda suerte de sales fosfóricas y de amonio, luces, calor, electricidad, etc..., que un compuesto proteico se formara por medios químicos listo para sufrir cambios aún más complejos, a día de hoy ese tipo de materia sería instantáneamente devorado o absorbido, lo que no hubiera sido el caso antes de que los seres vivos aparecieran.”</ref> En otras palabras, la presencia de la vida misma hace la búscada del origen de la vida dependiente de las condiciones de esterilidad que se dan en el laboratorio.

[editar] Oparin

No se realizó ningún progreso real hasta 1924 cuando Aleksandr Ivanovich Oparin mostró experimentalmente que el oxígeno atmosférico impedía la síntesis de moleculas orgánicas que son constituyentes necesarios para el surgimiento de la vida. En su obra El Origen de la Vida en la Tierra, Oparin exponía que una "sopa primitiva" de moléculas orgánicas se pudo haber generado en una atmósfera sin oxígeno a través de la acción de la luz solar. Estas se combinarían de una forma cada vez más compleja hasta quedar disueltas en una gotita de coacervado. Estas gotitas crecerían por fusión con otras y se reproducirían mediante fisión en gotitas hijas, y de ese modo obtener un metabolismo primitivoen el que estos factores asegurarían la supervivencia de la "integridad celular" de aquellas que no acabaran extinguiéndose. Muchas teorías modernas del origen de la vida aún toman las ideas de Oparin como punto de partida.

[editar] J.B.S. Haldane

Al rededor de la misma fecha, J.B.S. Haldane también sugirió que los océanos pre-bióticos de la tierra -muy diferentes de sus correspondientes actuales- habrían formado una "sopa caliente diluída" en la cual los compuestos orgánicos, los constituyentes elementales de la vida, se pudieron haber formado. Esta idea se llamó biopoiesis o biopoesis. El proceso por el cual la materia viva surge de moléculas autorreplicantes pero no vivas.

[editar] Modelos actuales

No hay un verdadero modelo "estándar" del origen de la vida. Los modelos actualmente más aceptados se construyen de uno u otro modo sobre cierto número de descubrimientos acerca del origen de los componentes celulares y moleculares de la vida, enumerados en el orden más o menos aproximado en el que se postula su emergencia:

1. Las posibles condiciones prebióticas terminaron con la creación de ciertas moléculas pequeñas básicas (monómeros) de la vida, como los aminoácidos. Esto fue demostrado en el experimento Urey-Miller llevado a cabo por Stanley L. Miller y Harold C. Urey en 1953.
2. Los fosfolípidos (de una longitud adecuada) pueden formar espontáneamente bicapas lipídicas, uno de los dos componentes básicos de la membrana celular.
3. La polimerización de los nucleótidos en moléculas de ARN al azar pudo haber dado lugar a ribozimas autoreplicantes (hipótesis del mundo de ARN).
4. Las presiones de selección para una eficiencia catalítica y una diversidad mayor terminaron en ribozimas que catalizaban la transferencia de péptidos (y por ende la formación de pequeñas proteínas), ya que los oligopéptidos formaban complejos con el ARN para formar mejores catalizadores. De ese modo surgió el primer ribosoma y la síntesis de proteínas se hizo más prevalente.
5. Las proteínas superan a las ribozimas en su capacidad catalítica y por tanto se convierten en el biopolímero dominante. Los ácidos nucleicos quedan restringidos a un uso predominantemente genómico.

El origen de las biomoléculas básicas, aunque aún no ha sido establecido, es menos controvertido que el significado y orden de los pasos 2 y 3. Los reactivos químicos inorgánicos básicos a partir de los cuales se formó la vida son el metano , amoniaco , agua sulfuro de hidrógeno (H₂S), dióxido de carbono y anión fosfato .

A fecha de 2007, aún nadie ha sintetizado una protocélula utilizando los componentes básicos que tenga las propiedades necesarias para la vida (el llamado enfoque "de abajo a arriba"). Sin esta prueba de principio, las explicaciones tienden a quedarse cortas. No obstante, algunos investigadores están trabajando en este campo, en especial Jack Szostak de la Universidad de Harvard. Otros autores han argumentado que un enfoque "de arriba a abajo" sería más asequible. Uno de estos intentos fue realizado por Craig Venter y colaboradores en el Institute for Genomic Research. Utilizaba ingeniería genética con células procariotas existentes con una cantidad de genes progresivamente menor, intentando discernir en qué punto se alcanzaban los requisitos mínimos para la vida. El biólogo John Desmon Bernal acuñó el término biopoiesis para este proceso, y sugirió que había un número de "estadios" claramente definidos que se podían reconocer a la hora de explicar el origen de la vida:

• Estadio 1: El origen de los monómeros biológicos
• Estadio 2: El origen de los polímeros biológicos
• Estadio 3:La evolución desde lo molecular a la célula.

Bernal sugirió que la evolución darwiniana pudo haber comenzado temprano, en algún momento entre el estadio 1 y 2.

[editar] Origen de las moléculas orgánicas

El experimento de Miller-Urey intentó recrear las condiciones químicas de la Tierra primitiva en el laboratorio y sintetizó algunos de los "ladrillos" de la vida.

[editar] Los experimentos de Miller

Los experimentos, que comenzaron en 1953, fueron llevados a cabo por Stanley Miller, bajo condiciones simuladas que recordaban aquellas que se pensaba que habían existido poco después de que la Tierra comenzara su acreción a partir de la nebulosa solar primordial. Los experimentos se llamaron "experimentos de Miller". El experimento original de 1953 fue realizado por Miller cuando era estudiante de licenciatura y su profesor Harold Urey. El experimento usaba una mezcla altamente reducida de gases (metano, amoniaco e hidrógeno). No obstante la composición de la atmósfera terrestre prebiótica aún resulta materia de debate. Otros gases menos reductores proporcionan una producción y variedad menores. En un momento se pensó que cantidades apreciables de oxígeno molecular estaban presentes en la atmósfera prebiótica, que habrían impedido esencialmente la formación de moléculas orgánicas. No obstante, el consenso científico actual es que este no era el caso. El experimento mostraba que algunos de los monómeros orgánicos básicos (como los aminoácidos) que forman los ladrillos de los polímeros de la vida moderna se pueden formar espontáneamente. Las moléculas orgánicas más simples están lejos de lo que es una vida autorreplicante completamente funcional. Pero en un ambiente sin vida preexistente estas moléculas se podrían haber acumulado y proporcionado un ambiente rico para la evolución química ("teoría de la sopa").

Por otra parte, la formación espontánea de polímeros complejos a partir de los monómeros generados abióticamente bajo esas condiciones no es un proceso tan sencillo. Además de los monómeros orgánicos básicos necesarios, también se formaron en altas concentraciones durante los experimentos compuestos que podrían haber impedido la formación de la vida.

Se ha postulado otras fuentes de moléculas complejas, incluyendo fuentes de origen extraterrestres estelares o interestelares. Por ejemplo, a partir de análisis espectrales, se sabe que las moléculas orgánicas están presentes en meteoritos y cometas. En el 2004, un equipo detectó trazas de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH's) en una nebulosa, la molécula más compleja hasta la fecha encontrada en el espacio. El uso de PAH's también ha sido propuesto como un precursor del mundo de ARN en la hipótesis del mundo de PAH's (PAH world).

Se puede argumentar que el cambio más crucial que aún sigue sin recibir respuesta por esta teoría es cómo estos "ladrillos" orgánicos relativamente simples polimerizan y forman estructuras más complejas, interactuando de modo consistente para formar una protocélula. Por ejemplo, en un ambiente acuoso la hidrólisis de oligómeros/polímeros en sus constituyentes monoméricos está energéticamente favorecida sobre la condensación de monómeros individuales en polímeros. Además, el experimento de Miller produce muchas substancias que acabarían dando reacciones cruzadas con los aminoácidos o terminar la cadena peptídica.

[editar] Experimentos de Fox

Entre las décadas de los 50 y los 60, Sidney W. Fox, estudiaba la formación espontánea de estructuras peptídicas bajo condiciones que plausiblemente pudieran haber existido tempranamente en la historia de la tierra. Demostró que los aminoácidos podían formar espontáneamente pequeños péptidos. Estos aminoácidos y pequeños péptidos podían haber sido estimulados para formar membranas esféricas cerradas, llamadas microesferas. Fox describió este tipo de formaciones como "protocélulas", esferas de proteínas que podían crecer y reproducirse.

[editar] Hipótesis de Eigen

A principios de los años 1970 se organizó una gran ofensiva al problema del origen de la vida por un equipo de científicos reunidos en torno a Manfred Eigen del instituto Max Planck. Intentaron examinar los estados transitorios entre el caos molecular de una sopa prebiótica y los estados transitorios de un hiperciclo de replicación, entre el caos molecular en una sopa prebiótica y sistemas macromoleculares autorreproductores simples.

En un hiperciclo, el sistema de almacenamiento de información (posiblemente ARN) produce una enzima, que cataliza la formación de otro sistema de información en secuencia hasta que el producto del último ayuda a la formación del primer sistema de información. Con un tratamiento matemático, los hiperciclos pueden crear cuasiespecies, que a través de selección natural entraron en una forma de evolución Darwinista. Un impulso a la teoría del hiperciclo fue el descubrimiento de que el ARN, en ciertas circunstancias se transforma en ribozimas, una forma de enzima de ARN.

[editar] Hipótesis de Wächstershäuser

Otra posible respuesta a este misterio de la polimerización fue propuesta por Günter Wächstershäuser en 1980, en su teoría del hierro-sulfuro. En esta teoría, postuló la evolución de las rutas (bio)químicas como el fundamento de la evolución de la vida. Incluso presentó un sistema consistente para rastrear las huellas de la actual bioquímica desde las reacciones ancestrales que proporcionaban rutas alternativas para la síntesis de "ladrillos orgánicos" a partir de componentes gaseosos simples.

Al contrario que los experimentos clásicos de Miller, que dependían de fuentes externas de energía (como relámpagos simulados o irradiación UV), los "sistemas de Wächstershäuser" vienen con una fuente de energía incorporada, los sulfuros de hierro y otros minerales (p.ej la pirita). La energía liberada a partir de las reacciones redox de esos sulfuros metálicos, no sólo estaba disponible para la síntesis de moléculas orgánicas, sino también para la formación de oligómeros y polímeros. Se lanza por ello la hipótesis de que tales sistemas podrían ser capaces de evolucionar hasta formar conjuntos autocatalíticos de entidades autorreplicantes metabólicamente activas que serían los precursores de las actuales formas de vida.

El experimento tal y como fue llevado a cabo rindió una producción relativamente pequeña de dipéptidos (del 0.4% al 12.5 %) y una producción similar de tripéptidos (0,003%) y los autores advirieron que: "bajo estas mismas condiciones los dipéptidos se hidrolizaban rápidamente." <ref>Huber, C. and Wächterhäuser, G., (1998). "Peptides by activation of amino acids with CO on (Ni,Fe)S surfaces: implications for the origin of life". Science 281: 670–672.</ref>Otra crítica del resultado es que el experimento no incluía ninguna organomolécula que pudiera con mayor probabilidad dar reacciones cruzadas o terminar la cadena (Huber y Wächsterhäuser, 1998).

La última modificación de la hipótesis del hierro-sulfuro fue propuesta por William Martin y Michael Russell en 2002.<ref>Martin, W. and Russell M.J. (2002). "On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells". Philosophical Transactions of the Royal Society: Biological sciences 358: 59-85.</ref> De acuerdo con su escenario, las primeras formas celulares de vida pudieron haber evolucionado dentro de las llamadas "chimeneas negras" en las profundidades donde se encuentran las zonas de extensión del fondo oceánico. Estas estructuras consisten en cavernas a microescala que están revestidas por delgadas paredes membranosas de sulfuros metálicos. Por tanto, estas estructuras resolverían varios puntos críticos de los sistemas "puramente" de Wächstershäuser de una sola vez:

1. Las microcavernas proporcionan medios para concentrar las moléculas recién sintetizadas, por tanto aumentando la posibilidad de formar oligómeros.
2. Los abruptos gradientes de temperatura que se encuentran dentro de una chimenea negra permiten establecer "zonas óptimas" de reacciones parciales en diferentes regiones de la misma ( p. ej. la síntesis de monómeros en las zonas más calientes, y la oligomerización zonas más frías)
3. El flujo de agua hidrotermal a través de la estructura proporciona una fuente constante de "ladrillos" y energía (sulfuros metálicos recién precipitados)
4. El modelo permite una sucesión de diferentes pasos de evolución celular (química prebiótica, síntesis de monómeros y oligómeros, síntesis de péptidos y proteínas, mundo de ARN, ensamblaje de ribonucleoproteínas y mundo de ADN) en una única estructura, facilitando el intercambio entre todos los estadios de desarrollo.
5. La síntesis de lípidos como medio de "aislar" las células del medio ambiente no es necesaria hasta que básicamente estén todas las funciones celulares desarrolladas.

Este modelo sitúa al "último antepasado común universal" (LUCA, del inglés Last Universal Common Ancestor) dentro de una chimenea negra, en lugar de asumir la existencia de una forma de vida libre de LUCA. El último paso evolutivo sería la síntesis de una membrana lipídica que finalmente permitiera al organismo abandonar el sistema en el interior de la microcaverna de las chimeneas negras y comenzar su vida independiente. Este postulado de una adquisición tardía de los lípidos es consistente con la presencia de tipos completamente diferentes de lípidos de membrana en arqueobacterias y eubacterias (más los eucariotas) con una fisiología altamente similar en todas las formas de vida en otros aspectos.

Otro asunto sin resolver en la evolución química es el origen de la homoquiralidad, p.ej. todos los monómeros tienen la misma "mano dominante" (los aminoácidos son zurdos y los ácidos nucleicos y azúcares son diestros). La homoquiralidad es esencial para la formación de ribozimas funcionales (y probablemente también de proteínas). El origen de la homoquiralidad podría explicarse simplemente por una asimetría inicial por casualidad seguida de una descendencia común.

Los trabajos llevados a cabo en 2003 por científicos de Purdue identificaron el aminoácido serina como la probable raíz que provoca la homoquiralidad de las moléculas. La serina produce enlaces particularmente fuertes con los aminoácidos de la misma quiralidad, lo cual resulta en un grupo de ocho moléculas que podrían todas ella ser diestras o zurdas. Esta propiedad se contrapone a la de otros aminoácidos que son capaces de formar enlaces débiles con los aminoácidos de quiralidad opuesta. Aunque el misterio de por qué acabó siendo dominante la serina zurda aún está sin resolver, los resultados sugieren una respuesta a la cuestión de la transmisión quiral: el cómo las moléculas orgánicas de una quiralidad mantienen la dominancia una vez que se establece la asimetría.

[editar] De las moléculas orgánicas a las protocélulas

La cuestión de "¿Cómo unas simples moléculas orgánicas forman una protocélula?" lleva mucho tiempo sin respuesta, pero existen muchas hipótesis. Algunas de estas postulan una temprana aparición de los ácidos nucleicos ("genes-first") mientras que otras postulan que primero aparecieron las reacciones bioquímicas y las rutas metabólicas ("metabolism-first"). Recientemente están apareciendo tendencias con modelos híbridos que combinan aspectos de ambos.

[editar] Modelos "Genes first": El mundo de ARN

La hipótesis del mundo de ARN sugiere que las moléculas relativamente cortas de ARN se podrían haber formado espontáneamente de modo que fueran capaces de catalizar su propia replicación continua. Es difícil de calibrar la probabilidad de esta formación. Se han expuesto algunas teorías de como pudo haber sucedido. Las primeras membranas celulares pudieron haberse formado espontáneamente a partir de proteinoides -moléculas similares a proteínas que se producen cuando se calientan soluciones de aminoácidos- cuando se presentan están presentes a la concentración correcta en solución acuosa, estas forman microesferas que, según se ha observado, presentan una conducta similar a los compartimientos rodeados de membrana.

Otras posibilidades incluyen sistemas de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de sustratos de arcilla o en la superficie de rocas piríticas. Entre los factores que apoyan un papel importante para el ARN en la vida primitiva se incluye su habilidad para replicar (véase el Monstruo de Spiegelman). Su habilidad para actuar tanto para almacenar información y catalizar reacciones químicas (como ribozima); su papel extremadamente importante como intermediario en la expresión y mantenimiento de la información genética (en forma de ADN) en los organismos modernos y en la facilidad de su síntesis química o al menos de los componentes de la molécula bajo las condiciones aproximadas de la tierra primitiva.Se han producido artificialmente en el laboratorio moléculas de ARN relativamente cortas capaces de duplicar a otras.<ref>W. K. Johnston, P. J. Unrau, M. S. Lawrence, M. E. Glasner and D. P. BartelRNA-Catalyzed RNA Polymerization: Accurate and General RNA-Templated Primer Extension, Science 292, 1319 (2001)</ref>.

Un punto de vista ligeramente distinto sobre esta misma hipótesis es la de que un tipo diferente de ácido nucleico, como los ácidos nucleicos peptídicos ANP o los ácidos nucleicos de treosa (TNA) fueron los primeros en emerger como moléculas autorreproductoras para ser reemplazadas por el ARN sólo después. <ref>Orgel, Leslie (Nov 2000). "A Simpler Nucleic Acid". Science 290 (5495): 1306 - 1307</ref> <ref>Nelson, K.E., Levy, M., and Miller, S.L. Peptide nucleic acids rather than RNA may have been the first genetic molecule (2000) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 3868–3871.</ref>.

Aún quedan algunos problemas con la hipótesis de mundo de ARN, en particular la inestabilidad del ARN cuando se expone a la radiación ultravioleta, la dificultad de activar y ligar los nucleótidos y la carencia de fosfato disponible en solución requerida para construir su columna vertebral y la inestabilidad de la base citosina (que es susceptible a la hidrólisis). Recientes experimentos también sugieren que las estimaciones originales del tamaño de una molécula de ARN capaz de autorreplicación eran muy probablemente ampliamente subestimadas. Formas más modernas de la teoría del mundo de ARN proponen que una simple molécula era capaz de autorreplicación (que otro "Mundo" por tanto evolucionó con el tiempo hasta producir el mundo de ARN). En este momento, no obstante, las distintas hipóteis tienen insuficientes pruebas que lo apoyen. Muchas de estas pueden ser simuladas y probadas en el laboratorio, pero la ausencia de rocas sedimentarias sin alterar de un momento tan temprano en la historia de la tierra nos deja pocas oportunidades de probar robustamente esta hipótesis.

[editar] Modelos "Metabolism first": El mundo de hierro-sulfuro y otros

Algunos modelos rechazan la idea de la autorreplicación de un "gen desnudo" y postulan la emergencia de un metabolismo primitivo que pudo proporcionar un ambiente para la posterior emergencia de la replicación del ARN. Una de las más tempranas encarnaciones de esta idea fue presentada en 1924 por la noción de Alexander Oparin de primitivas vesículas autorreplicantes que precedieron al descubrimiento de la estructura del ADN. Las variantes más recientes de los años 1980 y 1990 incluyen la teoría del mundo de hierro-sulfuro de Günter Wächstershäuser y modelos presentados por Christian de Duve basados en la química de los tioésteres.

Entre algunos modelos más abstractos y teóricos de la plausibilidad de la emergencia del metabolismo sin la presencia de genes se incluye un modelo matemático presentado por Freeman Dyson a principios de los años 1980 y la noción de Stuart Kauffman de conjuntos colectivamente autocatalíticos, discutidos ya avanzada la década. Sin embargo, la idea de que un ciclo metabólico cerrado, como el ciclo reductor del ácido cítrico propuesto por Günter Wächstershäuser, pudo formarse espontáneamente, aún permanece sin pruebas. De acuerdo con Leslie Orgel, un líder en los estudios sobre el origen de la vida durante algunas de las pasadas décadas, hay razones para creer que la afirmación permanecerá así. En un artículo titulado "Self-Organizing Biochemichal Cycles" <ref>PNAS, vol. 97, no. 23, November 7 2000, p12503-12507</ref>, Orgel resume su análisis de la propuesta estipulando que "Por ahora no existe razón para esperar que ciclos de múltiples pasos como el ciclo reductor del ácido cítrico pudiera autoorganizarse en la superficie de FeS/FeS2 o de algún otro mineral." Es posible que otro tipo de ruta metabólica fuera usada en los comienzos de la vida. Por ejemplo, en lugar del ciclo reductivo del ácido cítrico, la ruta "abierta de la acetil-CoA (otro de loas cuatro vías reconocidas de fijación de dióxido de carbono en la naturaleza actualmente) podría ser más compatible con la idea de autoorganización en una superficie de sulfuro metálico. La enzima clave de esta vía, monóxido de carbono deshidrogenasa/acetil-CoA tiene anclados grupos mixtos de sulfuro de hierro y niquel en sus centros de reacción y cataliza la formación de acetil-CoA (que podría ser recordado como una forma moderna de acetilo-tiol)en un único paso.

[editar] Teoría de la burbuja

Las olas que rompen en las costas crean una delicada espuma compuesta por burbujas. Los vientos que barren el océano tienen tendencia a llevar cosas a la costa, de forma similar a la madera que se junta a la deriva en una playa. Es posible que las moléculas orgánicas se pudieran concentrar en los bordes costeros de un modo parecido. Las aguas costeras más someras también tienden a ser más cálidas, concentrando más tarde las moléculas orgánicas por evaporación. Mientra las burbujas formadas mayormente por agua estallan rápidamente, sucede que las burbujas de grasas son mucho más estables, dándole más tiempo a cada burbuja en particular para llevar a cabo estos cruciales experimentos.

Los fosfolípidos son un buen ejemplo de un compuesto graso que se cree que fue prevalente en los mares prebióticos. Debido a que los fosfolípidos contienen una cabeza hidrofóbica en un extremo y una cola hidrofílica en el otro, tienen tendencia a formar espontáneamente bicapas lipídicas en agua. Una burbuja de monocapa lipídica solo puede contener grasa y una burbuja de bicapa liídica solo puede contener agua y fue un probable precursor de las modernas membranas celulares. Si una proteína acaba incrementando la integridad de su burbuja nodriza, entonces la burbuja tiene una gran ventaja y acaba situándose en la cúspide de la selección natural esperando en la lista. La primitiva reproducción se podría visualizar cuando las burbujas estallaban, liberando el resultado del experimento en su medio circundante. Una vez que se libera una cantidad suficiente del "material correcto", el desarrollo de los primeros procariotas, eucariotas y organismos multicelulares se podía lograr. <ref>Esta teoría está ampliada del libro La célula: Evolución del primer organismo de Joseph Panno Ph.D.</ref> De modo similar, las burbujas formadas completamente por moléculas similares a proteínas, llamadas microesferas, se formarían espontáneamente bajo las condiciones adecuadas. Pero no hay precursores probables de las modernas membranas celulares, puesto que las membranas celulares están compuestas primariamente de componentes lipídicos más que de componentes aminoacídicos.

Un modelo reciente puesto a punto por Fernando y Rowe<ref>www.cogs.susx.ac.uk/users/ctf20/dphil_2005/publications.htm. Consultado el 2007-07-10.</ref> sugiere que el confinamiento de un metabolismo autocatalítico no-enzimático dentro de las protocélulas podría haber sido un modo de evitar el problema de las reacciones colaterales que son típicas de los modelos de "metabolismo primero".

[editar] Modelos híbridos

Una creciente comprensión de la inadecuación de modelos puramente "genes first" o "metabolism-first", está llevando a tendencias hacia modelos que incorporan aspectos de ambos.

[editar] Otros modelos

[editar] Autocatálisis

El etólogo británico Richard Dawkins escribió sobre la autocatálisis como una explicación potencial para el origen de la vida en su libro el 2004 La historia del antepasado. Los autocatalizadores son substancias que catalizan su propia producción y por tanto la propiedad de ser un replicador molecular simple. En este libro, Dawkins cita experimentos llevados a cabo por Julius Rebek y colaboradores en el Sripps research Institute de California en el que combinan amino adenosina y ester de pentafluorofenilo con el autocatalizador éster triacído de amino adenosina (AATE). Un sistema del experimento contenía variantes de AATE que catalizaban su propia síntesis. Este experimento demostraba la posibilidad de la autocatalisis podía mostrar competición entre una población de entidades con herencia, que podía ser interpretada como una forma rudimentaria de selección natural.

[editar] Teoría de la arcilla

Graham Cairns-Smith de la universidad de Glasgow presentó una hipótesis sobre el origen de la vida en 1985 basada en la arcilla y fue adoptada como una ilustración plausible por solo un puñado de otros científicos (incluyendo a Richard Dawkins). La teoría de la arcilla postula que las moléculas orgánicas complejas crecieron gradualmente en una plataforma de replicación no orgánica preexistente -cristales de silicato en disolución-. La complejidad de las moléculas acompañantes que se desarrollaba como una función de las presiones de selección en tipos de cristales de arcilla es entonces extraída para servir a la replicación de moléculas orgánicas independientemente de su "pista de despegue" en su silicato.

Cairns-Smith es un firme crítico de otros modelos de evolución química <ref>Genetic Takeover: And the Mineral Origins of Life ISBN 0-521-23312-7</ref>. No obstante, él admite que, como muchos modelos del origen de la vida, el suyo también tiene defectos (Horgan 1991). Es verdaderamente, "sacar la vida debajo de las piedras".

Peggy Rigou del Instituto Nacional de Investigación Agronómica de USA (INRA), en Jouy-en-Josas, Francia, publica en la edición del 11 de Febrero de Science News que los priones son capaces de unirse a partículas de arcilla y abandonar estas partículas cuando la arcilla se carga negativamente. Mientras no se hace ninguna referencia en el apartado de implicaciones para las teorías del origen de la vida, esta investigación podría sugerir que los priones son una ruta probable hacia las primeras moléculas reproductoras.En 2007, Kahr y colaboradores publicaron sus experimentos que examinan la idea de que los cristales pueden actuar como una fuente de información transferible, usando cristales de ftalato de potasio hidrogenado. Los cristales "Madre" con imperfecciones fueron cortados y usados como semillas para criar cristales "hijos" a partir de la disolución. Entonces examinaron la distribución de las imperfecciones en el sistema cristalino y encontraron que las imperfecciones de los cristales madre realmente se reproducían en los hijos. Los cristales hijos tenían muchas imperfecciones adicionales. Para una conducta paragenética las imperfecciones adicionales deberían ser mucho menores que las de los padres, y de ahí que Kahr concluya que los cristales "No eran lo suficientemente fieles como para almacenar información de una generación a la siguiente"<ref>Test of Cairns-Smiths crystals-as-genes hypothesis, Theresa Bullard, John Freudenthal, Serine Avagyan and Bart Kahr, Faraday Discuss., 2007, DOI: 10.1039/b616612c</ref><ref>Caroline Moore. "Crystals as genes?", Chemical Science, 16 July 2007.</ref>

[editar] Modelo de Gold de "Biosfera profunda y caliente"

El descubrimiento de los nanobes (estructuras filamentosas más pequeñas que las bacterias que contienen ADN) en rocas profundas, llevó a una teoría controvertida presentada por Thomas Gold a principios de los años 1990 en la que se exponía que la vida se desarrolló al principio no en la superficie de la Tierra, sino varios kilómetros bajo la superficie. Ahora se sabe que la vida microbiana es abundante a más de cinco kilómetros bajo la superficie de la Tierra en forma de arqueotas, que se considera que se originaron o antes o aproximadamente al mismo tiempo que las eubacterias, muchas de las cuales viven en la superficie incluyendo los océanos. Se ha afirmado que el descubrimiento de vida microbiana bajo la superficie de otro cuerpo del Sistema Solar daría un crédito significativo a esta teoría. También decía que un suministro de nutrientes de una fuente profunda e inalcanzable promovería la supervivencia porque la vida que surge en un montón de materia orgánica probablemente consumiría todo su alimento y acabaría extinguiéndose.

[editar] Vida extraterreste "primitiva"

Una alternativa a la biogénesis terrícola es la hipótesis de que la vida primitiva pudo haberse formado originalmente fuera de la Tierra (adviértase que exogénesis está relaccionado, pero no es lo mismo que la noción de panspermia). Se supone que una lluvia de material procedente de cometas que se precipitó sobre la Tierra primitiva pudo haber traído cantidades significativas de moléculas orgánicas complejas y, quizá, la misma vida primitiva formada en el espacio y fue traída a la Tierra por material cometario o asteroides de otros sistemas estelares.

Los componentes orgánicos son relativamente comunes en el espacio, especialmente en el Sistema Solar exterior donde las sustancias volátiles no son evaporadas por el calentamiento solar. En los cometas se encuentran incrustaciones de capas externas de material oscuro que, se piensa, son sustancias bituminosas compuestas por material orgánico complejo formado por compuestos de carbono simple tras reacciones iniciadas mayormente por irradiación por luz ultravioleta.

Una hipotesis relaccionada con ésta es que la vida se formó en primer lugar en el Marte primigenio y fue transportada a la Tierra cuando material de su corteza fue expulsada de Marte por un asteroide e impactos cometarios para más tarde alcanzar la Tierra. Es difícil encontrar evidencias para ambas hipótesis y puede que haya que esperar a que se traigan muestras de cometas y de Marte para su estudio. Ninguna de ellas responde realmente a la cuestión de como se originó por primera vez la vida, sino que meramente traslada este origen a otro planeta o cometa. No obstante, esta hipótesis extiende tremendamente el abanico de condiciones bajo el cual se pudo haber formado la vida, desde las posibles condiciones primitivas de la Tierra a literalmente las condiciones de todo el Universo.

La ventaja de la hipótesis de un origen extraterrestre de la vida primitiva es que incrementa el campo de probabilidad para que la vida se desarrolle. No se requiere que se desarrolle en cada planeta en el cual se halle, sino más bien en una sola localización y posteriormente se extiende por la galaxia hacia otros sistemas estelares a través del material cometario. Esta idea ha recibido impulsos debido a recientes descubrimientos sobre microbios muy resistentes. [1]

[editar] El mundo de lípidos

Una teoría adscribe el primer objeto autorreplicante a algo similar a un lípido. Para más información ver [2]

[editar] El modelo del polifosfato

El problema con muchos de los modelos de abiogénesis es que el equilibrio termodinámico favorece a los aminoácidos dispersos antes que a sus polímeros, los polipéptidos; es decir, que la polimerización es endotérmica. Lo que hace falta es una causa que promueva la polimerización. Una solución al problema puede encontrarse en las propiedades de los polifosfatos. [3] [4] . Los polifosfatos se forman por la polimerización de los iones ordinarios de monofosfato (PO₄^-3) bajo la acción de la radiación ultravioleta. Los polifosfatos pueden catalizar la polimerización de los aminoácidos a polipéptidos, reduciendo la barrera de energía y haciendo así factible el proceso.

[editar] El modelo de la ecopoiesis

El modelo de la ecopoiesis [5] propone que los ciclos geoquímicos de los elementos biogénicos, dirigidos por una atmósfera primordial rica en oxígeno, pudieron ser la base de un metabolismo planetario de carácter espacialmente continuo, que habría precedido y condicionado la aparición gradual de una vida como la actual, organizada en organismos discontinuos (individualizados).

[editar] Contraargumentación

El moderno concepto de abiogénesis ha sufrido las críticas de los científicos a lo largo de los años El astrónomo Sir Fred Hoyle se pronunció en este sentido basándose en la probabilidad de que la abiogénesis suceda por azar. El físico Hubert Yockey criticaba la abiogénesis en el sentido de creerla más cercana a la teología que a la ciencia. Otros científicos han propuesto contrapuntos a la abiogénesis, como Harold Urey, Stanley Miller, Francis Crick (UN biólogo molecular) y también cabría alinear en este sentido la hipótesis de la Panespermia dirigida de Leslie Orgel. Más alla de la observación trivial de que la vida existe, es difícil probar o falsibilizar la abiogénesis; por tanto la hipótesis tiene muchas críticas, tanto la comunidad científca como desde posiciones no científicas. No obstanto, la investigación y la generación de hipótesis continúan en la esperanza de desarrollar un mecanismo teórico satisfactorio de la abiogénesis.

[editar] Hoyle

Sir Fred Hoyle, junto con Chandra wickramasinghe, fue un crítico de la abiogénesis. En concreto Hoyle rechazaba que la evolución química pudiera explicar el orígen natural de la vida: Su argumento se basaba principalmente en la improbabilidad de que los que estimamos que fueron los componentes necesarios llegaran a juntarse por la evolución química. Aunque las teorías modernas tratan este argumento, Hoyle nunca vió la evolución química como una explicación razonable. Hoyle prefería la panespermia como una explicación natural alternativa del origen de la vida en la tierra

[editar] Yockey

El teórico de la información Hubert Yockey argumentaba que la investigación sobre la evolución química se enfrenta a los siguientes problemas:

La investigación del origen de la vida parece ser única en la conclusión que ha sido ya aceptada como autorizada.... lo que aún no se ha hecho es encontrar los escenarios que describen el mecanismo detallado y los procesos por los cuales sucedió. Se debe concluir que, contrariamente al actual, establecido y sabio escenario que describe la génesis de la vida en la tierra por azar y causas naturales que pueda ser aceptado en base a los hechos y no a la fe, aún no ha sido escrito.<ref>Yockey, 1977. A calculation of the probability of spontaneous biogenesis by information theory, Journal of Theoretical Biology 67:377–398, quotes from pp. 379, 396.</ref>

En un libro que escribió 15 años después, Yockey defendía la idea de que la abiogénesis había surgido a partir de una sopa primordial es un paradigma fallido:

Aunque cuando comenzó el paradigma era digno de consideración, ahora todo el esfuerzo empleado en el primitivo paradigma de la sopa se ha tornado en decepción en la ideología de sus campeones. ... La historia de la ciencia muestra que un paradigma, una vez que ha adquirido un estatus de aceptación ( es incorporado en los libros de texto) y a pesar de sus fallos, solo es declarado inválido cuando se dispone de un paradigma para reemplazarlo. No obstante, con objeto de generar progreso en la ciencia, es necesario hacer limplieza en los anaqueles, por así decirlo, de paradigmas fallidos. Esto se debería hacer incluso si deja los anaqueles completamente limpios y no sobrevive ninguún paradigma. Es una característica de el verdadero creyente en la religión, filosofía e ideología de que debe tener un conjunto de crencias pase lo que pase Hoffer, 1951). La creencia en una sopa primitiva en base a que no tenemos ningún otro paradigma es un ejemplo de la falacia lógica de la falsa alternativa. En la ciencia es una virtud reconocer la ignorancia. Este ha sido el caso universalmente en la historia de la ciencia, tal y como Kuhn (1970) ha discutido en detalle. No hay razón para que esto sea diferente en la investigación del origen de la vida.<ref>Yockey, 1992. Information Theory and Molecular Biology, p. 336, Cambridge University Press, UK, ISBN 0-521-80293-8.</ref>

Yockey, en general, manifiesta una actitud altamente crítica hacia los que dan crédito a los orígenes naturales de la vida, a menudo haciendo uso de palabras como "fe" o "ideología". Las publicaciones de Yockey se han hecho las favoritas en manos de los creaccionistas, aunque el no se considera a si mismo como creaccionista (como aparece en este this 1995 email)

[editar] Síntesis abiogénica de sustancias químicas clave

Aún quedan algunos problemas con la hipótesis del mundo de ARN. No hay rutas químicas conocidas para la síntesis abiogénica de las bases nucleicas pirimidina , citosina y uracilo bajo condiciones prebióticas<ref>L. Orgel, The origin of life on earth. Scientific American. 271 (4) p. 81, 1994.</ref> Otros problemas son la dificultad de la síntesis de nucleósidos, ligarlos con fosfato para formar el esqueleto del ARN y la corta vida de las moléculas de nucleósido, en especial la citosina que es proclive a la hidrólisis<ref>Matthew Levy and Stanley L. Miller, The stability of the RNA bases: Implications for the origin of life, Proceedings of the National Academy of Science USA 95, 7933–7938 (1998)</ref> Experimentos recientes también sugieren que las estimaciones originales del tamaño de la molécula de ARN capaz de autorreplicación han sido probablemente altamente subestimadas.^{[cita requerida]} Formas más modernas de la teoría del mundo de ARN proponen que una molécula más simple fue capaz de autorreplicación (que otro "mundo", por tanto, evolucionó al cabo del tiempo para producir un mundo de ARN). Hasta ahora, no obstante, las distintas hipótesis no tienen suficientes evidencias que las apoyen. Muchas de ellas pueden ser simuladas y probadas en el laboratorio, pero la carencia de una roca sedimentaria sin perturbar en una época tan temprana de la historia deja pocas oportunidades para probar esta hipótesis de forma incontestable.

[editar] El problema de la homoquiralidad

Otro asunto no resuelto en la evolución química es el origen de la homoquiralidad, esto es, que todos los monómeros tienen la misma "mano dominante" (los aminoácidos son zurdos, y los azúcares de ácidos nucleicos, diestros). Las moléculas quirales existen en la naturaleza como mezclas homogéneas equilibradas aproximadamente al 50%. Esto es lo que se conoce como mezcla racémica. No obstante, la homoquiralidad es esencial para la formación de ribozimas funcionales y proteínas. La adecuada formación de moléculas es impedida por la misma presencia de aminoácidos diestros o azúcares zurdos que distorsionan y malforman las estructuras.

Un trabajo llevado a cabo en 2003 por científicos de Purdue identificaron el aminoácido serina como la probable raíz causal de la homoquiralidad de las moléculas orgánicas.<ref>Nanita, Sergio C.; Cooks, R. Graham,"Serine Octamers: Cluster Formation, Reactions, and Implications for Biomolecule Homochirality",Angewandte Chemie International Edition, 2006,45(4),554-569,doi: 10.1002/anie.200501328.</ref> La serina forma enlaces particularmente fuertes con los aminoácidos de la misma quiralidad, lo cual resulta en un grupo de ocho meléculas que deben ser todas o bien dextrógiras o levógiras. Esta propiedad contrasta con otros aminoácidos que son capaces de formar enlaces débiles con los aminoácidos de la quiralidad opuesta. Aunque el misterio de porqué la serina levógira acabó siendo la dominante aun permanece sin resolver, estos resultados sugieren una respuesta a lacuestión de la trasmisión quiral: como las moléculas orgánicas de una quiralidad mantienen la dominancia una vez que la asimetría ha sido establecida.

[editar] Campos relevantes

• La Astrobiología es un campo que puede arrojar luz sobre la naturaleza de la vida en general, y no solo sobre la vida que se conoce en la Tierra, además de proporcionar pistas sobre cómo se originó la vida.
• Sistemas complejos

[editar] Véase también

• Abiogénesis
• Principio antrópico
• Astroquímica
• Ecuación de Drake
• Historia de la tierra
• Panespermia
• LUCA
• Zeolita
• Stuart Kauffman
• Creacionismo
• El origen del hombre

[editar] Notas

[editar] Referencias

[editar] Enlaces externos

• Astrobiology and the origins of life
• Martin M Hanczyc and Jack W Szostak. Replicating vesicles as models of primitive cell growth and division. Current Opinion in Chemical Biology 2004, 8:660–664.
• "SELF-REPLICATION: Even peptides do it" by Stuart A. Kauffman
• Cairns Smith illustration of a possible solution using crystalline behaviors of clays
• Model of origin of life involving zeolite, press release for PNAS paper
• Freeview vídeo 'The Origin of Life by John Maynard-Smith' A Royal Institution Discourse by the Vega Science Trust
• Origins of Life website including papers, resources, by Dr. Michael Russell at the U. of Glasgow
• Possible Connections Between Interstellar Chemistry and the Origin of Life on the Earth
• Scientists Find Clues That Life Began in Deep Space — NASA Astrobiology Institute
• The Deep Hot Biosphere Theory (Thomas Gold)
• Self-organizing biochemical cycles — by Leslie Orgel
• Evolution Education Wiki
• It's alive - isn't it?
• How Life Began: New Research Suggests Simple Approach

ar:أصل الحياة bg:Произход на живота ca:Origen de la vida de:Entstehung des Lebens en:Origin of life et:Elu teke fi:Elämän alkuperä fr:Origines de la vie he:מוצא החיים hu:Az élet keletkezése it:Origine della vita ja:生命の起源 lt:Gyvybės kilmė nl:Oorsprong van het leven pl:Pochodzenie życia ru:Возникновение жизни sk:Evolučná abiogenéza sv:Livets uppkomst uk:Виникнення життя на Землі vi:Nguồn gốc sự sống zh:生命起源