Genética 101: El Origen de la Vida, desde el Big Bang hasta la Primera Célula

La teoría celular tiene tres principios: 

1. Todos los seres vivos están compuestos por células. 

2. Las células son la unidad básica de la vida. 

3. Todas las células provienen de otra célula preexistente.

   
   

Este tercer principio nos lleva al tema de este blog de genética 101 de Nanolab: ¿Cuál es el origen de las células? Si toda célula proviene de otra, ¿cuál fue el origen de la vida? Viajemos al pasado para explorar las hipótesis científicas sobre el nacimiento de la unidad de la vida.

La generación espontánea

¿De dónde proviene la vida? Esta pregunta ha intrigado a la humanidad por siglos. Las respuestas a esta interrogante han sido sumamente diversas, abarcando desde explicaciones religiosas con dioses creadores hasta teorías científicas que buscan respuestas evolutivas, químicas e incluso de origen extraterrestre.

Aristóteles propuso que la vida se generaba espontáneamente del material inerte, como el barro, la arena o los alimentos. Por ejemplo, un ratón se creaba a partir de queso, pan y oscuridad porque si se dejaban estos alimentos en un rincón oscuro, eventualmente habría ratones. Otro ejemplo son los insectos, se creía que provenían del barro en el suelo por donde solían arrastrarse. 

Por muchos siglos se creyó que la vida se originaba de materia inerte. Un ratón salía del queso y la oscuridad. 

La teoría de la generación espontánea propuesta por Aristóteles perduró por siglos. Sin embargo, con el paso de los años y la observación del mundo que nos rodea, se comenzó a cuestionar. Por ejemplo, durante el siglo XVII María Sibylla Merian mostró que los insectos no surgían del barro, sino que provenían de huevos depositados por otros insectos. No obstante, el golpe final de esta teoría llegó de la mano de Louis Pasteur en el siglo XVII.

En su experimento, Pasteur calentó un caldo lleno de nutrientes para eliminar todos los microorganismos y la dejó expuesta al aire libre. Después de un rato, el caldo presentó bacterias, sugiriendo que la vida aparecía espontáneamente. Pero la fase dos cambió un paradigma milenario. Pasteur volvió a hacer lo mismo, pero esta vez bloqueó la entrada al caldo. Después de un tiempo, lo revisó y, sorpresa, carecía de bacterias y vida. Este experimento terminó de desmantelar la teoría de la generación espontánea. La vida llegaba a donde había nutrientes, como una bacteria llegaba a una sopa o un ratón a un queso, pero no provenía de materia inerte.  

La vida es extraterrestre

Tal vez, la vida no se había generado en la Tierra. Esta teoría, que parece sacada de una película de ciencia ficción, fue propuesta por Anaxágoras un filósofo griego de la antigüedad. Anaxágoras planteó la teoría de la panspermia, que sugiere que la vida no se formó en nuestro planeta, sino que llegó desde las estrellas, a bordo de meteoritos. 

Suena totalmente alocado, ¿no? Aunque sin duda un humano no cayó como un cowboy montado en un asteroide, puede que la teoría de la panspermia no esté tan equivocada, es más aún se investiga, pero ya volveremos al espacio. 

La panspermia propone que la vida llegó en asteroides. Aunque la vida compleja, como los humanos, no llegó en ellos, es probable que transportaran agua hacia la Tierra.

Una sopa y una chispa

Otra teoría sugiere que los océanos primitivos de la Tierra eran como una sopa llena de los ingredientes esenciales de la vida. Esta teoría se construyó con el tiempo con aportaciones de muchos científicos. 

En el siglo XIX, Herbert Spencer y William Turner Thiselton Dyer propusieron que la vida debía originarse muy lentamente de la materia inorgánica. Más tarde, Darwin especuló que los antiguos mares terrestres eran como una sopa, llenos de todos los ingredientes necesarios para formar vida, pero que, en la actualidad, este proceso ya no era posible porque los organismos ya existentes consumen esos ingredientes antes de que puedan combinarse para crear nueva vida.

A inicios del siglo XX, Alexander Oparin, Haldane y John Desmond Bernal profundizaron la idea de la sopa primordial. Propusieron que en esa sopa primordial (el mar arcaico) las moléculas se fueron uniendo lentamente. Primero se formaron monómeros, moléculas simples como la glucosa. Posteriormente, los monómeros se unieron, creando polímeros, como el azúcar. Finalmente, las biomoléculas se organizaron y se formaron las primeras células. 

Finalmente, en 1952, Miller y Urey realizaron el experimento de la sopa primordial. Recrearon las condiciones de la Tierra primitiva en un frasco: introdujeron vapor de agua, amoniaco y metano (gases que simulaban la atmósfera arcaica) y aplicaron descargas eléctricas para imitar los rayos que azotaban el planeta en sus primeros millones de años. El resultado fue sorprendente, de los materiales inorgánicos que nadaban en la sopa, formaron aminoácidos, los bloques de construcción de las proteínas. ¡Miller y Urey habían formado una biomolécula a partir de materia inorgánica! 

La teoría de la sopa primordial propone que los mares arcaicos de la Tierra ya contenían todos los ingredientes de la vida. Con suficiente energía podrían comenzar a unirse para formar células. 

El origen de la vida y el sistema solar

¿Quién tiene razón sobre el origen de la vida? Probablemente, todos aportan una pieza al rompecabezas de la vida. El surgimiento de la vida fue un proceso extremadamente complejo en condiciones radicalmente distintas a las actuales. Para entenderlo, exploremos este fascinante viaje desde el Big Bang hasta la formación de la Tierra.

Todo comenzó con el Big Bang, que originó los primeros tres elementos químicos: hidrógeno, helio y litio. Estos tres gases primigenios se agruparon, formando discos de polvo giratorio. Conforme fueron girando, recolectaron más polvo, se volvieron más densos y calientes hasta que el hidrógeno comenzó a fusionarse. Esta reacción química excepcionalmente energética, encendió los primeros soles del universo. 

Las estrellas, a lo largo de su vida, fabrican elementos químicos más pesados en su núcleo. Cuando una estrella masiva agota su combustible, explota en una supernova, el evento más violento del cosmos. Esta explosión libera una cantidad colosal de energía y esparce nuevos elementos por el universo. Así, millones de años después de los primeros soles y las primeras galaxias, se formó un universo lleno de elementos químicos y en él nació la Vía Láctea y nuestro sistema solar. 

El Sol nació de una nube de gas y polvo cósmico, en un proceso lleno de energía y transformaciones químicas. A su alrededor, el polvo comenzó a agruparse (acretarse), formando protoplanetas y, eventualmente, la prototierra, un mundo hostil, cubierto por océanos de magma. 

El sistema solar primitivo fue un escenario de caos y violencia. En este contexto, la prototierra experimentó uno de sus eventos más violentos: la colisión con otro planeta llamado Teia. Este impacto explicaría no solo el origen de la Luna, sino el origen de los mares terrestres. 

Según las teorías, el choque desintegró a Teia y formó una gran nube de polvo alrededor de la prototierra. Durante un tiempo, nuestro planeta estuvo rodeado por anillos de polvo, similares a los de Saturno, hasta que este material se aglutinó (acretó) para formar la Luna. Este evento también pudo haber sido clave para la aparición de los océanos. 

La prototierra no albergaba agua líquida en su superficie, pero sí vapor de agua en su atmósfera, posiblemente transportado por meteoritos que bombardeaban el planeta en sus primeros millones de años. Tras el impacto con Teia, la nube polvo que rodeó a la Tierra pudo reducir la temperatura, permitiendo que el agua se condensara. Así, se formaron los primeros océanos, esa sopa primordial rica en los ingredientes necesarios para la vida. 

La colisión de Teia con la prototierra podría explicar el origen de la Luna y el agua en el planeta. 

Los ingredientes de la vida

Nuestras células están conformadas por seis elementos químicos esenciales. Para ayudar a recordarlos puedes usar el acrónimo CHONPS:

C: Carbono 

H: Hidrógeno 

O: Oxígeno

N: Nitrógeno

P: Fósforo

S: Azufre

Estos elementos se combinan para crear moléculas fundamentales que forman las biomoléculas. Por ejemplo:

• Azúcares y grasas: Carbono, Hidrógeno y Oxígeno (CHO).

• Proteínas: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno y Azufre (CHONS).

• ADN: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno y Fósforo (CHONP).

Tras la colisión con Teia, y los mares formados, la Tierra ya contaba con todos los ingredientes de la vida, desde agua hasta los seis elementos químicos que permiten formar biomoléculas. La sopa primordial estaba lista. 

La Tierra arcaica no era un lugar fácil para la vida. Seguía siendo un mundo increíblemente hostil: lluvias de asteroides, volcanes en constante erupción y un cielo gris y turbio lleno de polvo, formando tormentas eléctricas de proporciones colosales. Pero, irónicamente, son estas mismas condiciones extremas y altamente energéticas las que pudieron  permitir la formación de las primeras biomoléculas. 

¿Recuerdas el experimento de Miller y Urey? Este experimento replicó, a pequeña escala, la Tierra arcaica. Con solo una chispa, lograron sintetizar aminoácidos, los bloques básicos de las proteínas. Es probable que, en la Tierra arcaica, las tormentas eléctricas y la energía de los volcanes hayan impulsado la formación de biomoléculas esenciales, como las grasas, las proteínas, ADN y los azúcares. Con el tiempo, las biomoléculas interactuaron y se organizaron, formando las primeras células. 

La Tierra arcaica fue un ambiente increíblemente hostil, pero, paradójicamente, ese mismo ambiente altamente energético pudo crear la vida en el planeta.

Esperamos que hayas disfrutado este viaje por las teorías más fascinantes sobre el origen de la vida. Desde la generación espontánea hasta la sopa primordial. La aventura no termina aquí. En nuestro próximo blog de genética 101, exploraremos la evolución celular y cómo esas primeras moléculas dieron paso a la increíble diversidad de la vida. ¡Acompáñanos!

Referencias 

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