Biología (08) · Unidad 10 — Evolución
El origen de la vida: evolución química
La vida no aparece hoy de la materia inerte, pero en la Tierra primitiva, sin oxígeno y con mucha energía, moléculas simples pudieron formar las moléculas de la vida (evolución química). Oparin y Haldane lo propusieron; Miller y Urey lo probaron en un aparato. Después vinieron los polímeros, las gotitas con membrana y un primer replicador, probablemente ARN.
La explicación
El problema: ¿de dónde salió la primera célula?
La teoría celular dice que toda célula viene de otra célula (tema 1.2). Pero entonces, ¿de dónde salió la primera? La pregunta tiene dos partes: cómo se formaron las moléculas de la vida sin seres vivos que las fabricaran, y cómo esas moléculas se organizaron en algo capaz de copiarse.
La vida no aparece sola hoy: Redi y Pasteur
Durante siglos se creyó en la generación espontánea: que los gusanos salían de la carne podrida o los microbios del caldo. Francesco Redi (siglo XVII) tapó frascos con carne y no aparecieron larvas: venían de huevos de moscas. Louis Pasteur (1860) hirvió caldo en frascos con cuello de cisne, que dejaban pasar el aire pero atrapaban el polvo en la curva: el caldo quedó estéril meses. Al romper el cuello, se llenó de microbios.
Conclusión: en las condiciones actuales, la vida sólo viene de la vida. Pero eso no responde qué pasó hace miles de millones de años, en una Tierra muy distinta.
La Tierra primitiva
La Tierra se formó hace unos 4600 millones de años. Durante mucho tiempo fue un lugar caliente, bombardeado por meteoritos, con volcanes, tormentas eléctricas y radiación ultravioleta intensa. Su atmósfera no tenía oxígeno libre (O₂): se la piensa formada por gases como vapor de agua, dióxido de carbono, nitrógeno, metano, amoníaco o hidrógeno, según el modelo.
Las huellas de vida más antiguas que se aceptan en general son de hace unos 3500 millones de años: estromatolitos (capas de roca formadas por comunidades de bacterias) y microfósiles parecidos a bacterias.
La hipótesis de Oparin y Haldane
En la década de 1920, Aleksandr Oparin y J. B. S. Haldane propusieron, cada uno por su lado, que la vida fue precedida por una evolución química: en esa atmósfera sin oxígeno, con energía de los rayos, el calor y la luz UV, las moléculas simples reaccionaron y formaron moléculas orgánicas que se acumularon en los mares (el «caldo primitivo»). El detalle importante es la falta de O₂: el oxígeno oxida y rompe esas moléculas antes de que se acumulen.
El experimento de Miller y Urey (1953)
Stanley Miller, en el laboratorio de Harold Urey, puso a prueba la idea con un aparato cerrado: un balón con agua que hervía (el mar), un recipiente con metano, amoníaco, hidrógeno y vapor de agua (la atmósfera, sin O₂), electrodos que daban chispas (los rayos) y un condensador que enfriaba los gases y los hacía «llover» de vuelta. En una semana el agua se volvió marrón, y en ella había aminoácidos (glicina, alanina) y otras moléculas orgánicas.
Lo que no probó: que se forme una célula. Ni que la atmósfera haya sido exactamente ésa (hoy se discute); con otras mezclas también se obtienen moléculas orgánicas.
De las moléculas a las primeras células
2. Polímeros: uniones en superficies de arcillas o en charcos que se secan y se mojan: cadenas cortas de aminoácidos y nucleótidos.
3. Protobiontes: gotitas separadas del medio. Oparin los llamó coacervados; con lípidos se forman espontáneamente vesículas de bicapa (liposomas), una membrana primitiva que mantiene un adentro distinto del afuera.
4. Un replicador: algo que se copie. La hipótesis del mundo de ARN: el ARN puede guardar información (como el ADN) y además catalizar reacciones (como una enzima). Esos ARN catalíticos existen hoy: se llaman ribozimas, y el propio ribosoma forma las uniones peptídicas con su ARN.
5. Las primeras células: procariotas, heterótrofas y anaeróbicas, que se alimentaban de las moléculas del caldo (tema 10.2).
Cómo reconocerlo
2. Si es sobre el origen, es evolución química: moléculas simples + energía + sin O₂ → moléculas orgánicas.
3. En el experimento de Miller, cada parte del aparato representa algo: agua hirviendo = mar; gases = atmósfera; chispas = rayos; condensador = lluvia.
4. Para el paso de la información, pensá en el ARN: es el único que hace de molde y de catalizador.
Un estudiante quiere repetir el experimento de Miller y Urey y propone dos cambios: agregar oxígeno a la mezcla de gases «para que se parezca al aire» y sacar los electrodos «porque las chispas son peligrosas». ¿Qué le pasaría a su resultado con cada cambio? ¿Qué debería hacer para saber que los aminoácidos los produjeron las chispas?
El principio: el experimento imita la Tierra primitiva, no la actual. Cada parte del aparato representa una condición de la hipótesis de Oparin y Haldane.
Sacar las chispas. Las chispas son la fuente de energía (los rayos). Sin energía, los gases simples casi no reaccionan: no aparecerían aminoácidos en cantidad apreciable.
Cómo saber que fue la energía. Armar un control: dos aparatos iguales, con la misma mezcla, el mismo tiempo y el mismo calentamiento, uno con chispas y otro sin. Si sólo aparecen aminoácidos en el que tiene chispas, la diferencia se debe a ellas. Y todo esterilizado, para descartar que los aminoácidos vengan de microbios.
Lo que enseña el ejemplo: un experimento prueba una hipótesis sólo si sus condiciones son las que la hipótesis plantea, y si tiene un control que cambie una sola cosa por vez.
Dónde se pierde el punto: en pensar que «más parecido al aire» es más realista. El aire actual es, en buena parte, producto de la vida (el O₂ lo liberó la fotosíntesis, tema 10.2).
¿Por qué se piensa que la primera molécula capaz de copiarse fue el ARN y no el ADN ni las proteínas? ¿Qué pruebas se dan a favor, en las células de hoy?
El problema del huevo y la gallina: hoy el ADN guarda la información, pero para copiarlo hacen falta proteínas (la ADN polimerasa); y para fabricar proteínas hace falta la información del ADN. Ninguno de los dos puede haber empezado solo.
Huellas en las células de hoy: el ribosoma une aminoácidos con su ARN, no con sus proteínas; muchas coenzimas (el ATP, el NAD, la coenzima A) tienen nucleótidos de ARN en su estructura; y los desoxirribonucleótidos del ADN se fabrican a partir de ribonucleótidos.
Cómo habría seguido: el ARN habría empezado a dirigir la síntesis de proteínas, que catalizan mejor; y la información habría pasado al ADN, que es más estable (la desoxirribosa y la doble hebra lo protegen).
Una precisión: el mundo de ARN es una hipótesis con mucho apoyo, no un hecho comprobado. En un parcial se presenta así.
Dónde se cae la mayoría
- Creer que Pasteur refutó el origen químico de la vida. Refutó la generación espontánea en las condiciones de hoy, no lo que pasó en la Tierra primitiva.
- Poner oxígeno en la atmósfera de Miller. La ausencia de O₂ es la clave: el oxígeno oxida las moléculas orgánicas antes de que se acumulen.
- Decir que Miller obtuvo células o seres vivos. Obtuvo moléculas orgánicas, sobre todo aminoácidos.
- Pensar que las primeras células hacían fotosíntesis o respiración aeróbica. Eran heterótrofas y anaeróbicas.
- Confundir ribozima con ribosoma. La ribozima es un ARN que cataliza; el ribosoma es una de ellas, pero el término es general.
Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.
Practicar El origen de la vida: evolución química →Dónde entra este tema en el parcial
- Segundo parcial — La sala de evolución del museo15 puntos · resuelto paso a paso
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Evolución