Origen de la vida en la Tierra: preguntas y respuestas

¿Qué edad tienen los fósiles más antiguos encontrados?

Aproximadamente tienen 3 600 millones de años de antigüedad y proceden de bacterias filamentosas. Existe la posibilidad de que ya existiera vida con anterioridad, ya que se han encontrado indicios de actividad biológica en rocas de hace 3 800 millones de años.

¿Qué elementos se tienen que dar para que se mantenga la vida? ¿Y para que se inicie? ¿Las moléculas constituyentes de la vida son raras en el universo?

1a) Para mantener la vida, se necesitan condiciones similares a las que tiene la Tierra en la actualidad, es decir:

• Agua (en todos los estados, sobre todo en estado líquido, como estabilizador térmico).
• Oxígeno (para la respiración aerobia; además es producto de la fotosíntesis en organismos modernos).
• Formación de moléculas orgánicas.
• Temperatura adecuada (aproximadamente 0-100 °C, para mantener agua líquida en condiciones terrestres).

2a y 3a) Para que la vida, tal y como la conocemos, se inicie, precisa:

• Una fuente de energía (por ejemplo, una estrella cercana o el calor procedente de la desintegración de elementos radiactivos, como sucede en el interior terrestre y que puede escapar por las fumarolas del fondo oceánico).
• Materia orgánica (compuestos con alta presencia de carbono), que es común en el cosmos y se encuentra en el medio interestelar en forma de nebulosas; durante la formación de sistemas estelares es frecuente que se recoja esta materia.
• Un medio que facilite la movilidad y el transporte de reactivos, como sustancias líquidas (agua u otros disolventes, por ejemplo algunos hidrocarburos).

¿Cuáles son las condiciones que se dan en las fumarolas negras (o fuentes hidrotermales) para que existan bacterias termófilas? ¿Qué nos aportan?

En estas chimeneas hidrotermales hay temperaturas superiores a 100 °C y una alta concentración de compuestos químicos que constituyen la energía y el alimento de las arqueas quimiosintéticas, que son la base alimenticia de estos nichos ecológicos. Estos ambientes no precisan de energía solar; utilizan la propia energía química de la fumarola.

Estos ambientes nos aportan la posibilidad de hacer estudios comparativos con otras formas de vida para encontrar rasgos comunes. Lo que se ha observado es que se precisa una fuente de energía, una fuente de nutrientes y que las soluciones bioquímicas fundamentales se basan, según los casos, en ARN o en ADN.

¿Por qué se consideraba que la hipótesis de panspermia era poco plausible?

Porque no explica el origen de la vida sino que traslada el origen fuera de la Tierra sin explicar cómo se formó. Para que la vida pase de un planeta a otro se necesita un medio de transporte. La hipótesis supone que el impacto de un asteroide en otro planeta (por ejemplo Marte o Venus) pudo arrojar fragmentos de su superficie al espacio y que alguno de esos fragmentos terminó cayendo en la Tierra portando vida. Esa vida debería haber sobrevivido al impacto inicial en el planeta de origen, al viaje por el espacio frío y con alta radiación ultravioleta (que rompe enlaces moleculares), y a la reentrada en la atmósfera terrestre (solo en fisuras internas del meteorito sería posible evitar la destrucción). Además habría que sobrevivir al impacto contra la superficie y encontrar condiciones compatibles con la supervivencia o metabolismo. Todo esto lo hace muy difícil, aunque no imposible.

¿Cuáles son las tres características principales de la Tierra primitiva?

• Atmósfera muy distinta: compuesta principalmente por dióxido de carbono, metano y vapor de agua; no disponía de oxígeno libre en grandes cantidades.
• Las radiaciones ultravioletas llegaban hasta la superficie terrestre, ya que no existía una capa de ozono (porque el oxígeno estaba mayoritariamente combinado en CO2 y en óxidos minerales).
• Tras la aparición de oxígeno libre y la formación de la capa de ozono, la superficie terrestre quedó protegida de la radiación ultravioleta, lo que redujo la tasa de mutaciones por radiación y permitió la colonización de la superficie por la vida.

¿La atmósfera primitiva sería menos reductora u oxidadora que la que supuso Miller? ¿Qué significa que sea reductora u oxidante?

Los organismos primitivos vivían en una atmósfera con ausencia de oxígeno o con muy poco oxígeno disponible. Una atmósfera reductora facilita reacciones de reducción (ganancia de electrones) y la síntesis de muchas moléculas orgánicas simples en condiciones de laboratorio, mientras que una atmósfera oxidante dificulta estas reacciones. Conforme aumentó el contenido de O2 en la atmósfera, muchos de esos microorganismos primitivos disminuyeron en abundancia. Los microorganismos actuales son descendientes de aquellos que se adaptaron a vivir con poco o sin O2 y han desarrollado mecanismos físicos y bioquímicos para protegerse de los efectos tóxicos del oxígeno.

¿Qué contenido se ha encontrado en meteoritos primitivos?

Un ejemplo es el meteorito que cayó cerca de la ciudad de Murchison (Australia) en 1969, que contenía numerosos compuestos orgánicos, entre ellos aminoácidos y granos presolares. Ese mismo año, antes de este suceso, cayó otro meteorito en México llamado Allende, que también presentó composiciones de interés científico.

¿Qué teorías propusieron Oparin y Haldane sobre el origen de la vida?

Sus propuestas se resumen en etapas potenciales del origen de la vida:

1. Formación de moléculas orgánicas sencillas.
2. Síntesis de moléculas orgánicas más complejas a partir de las sencillas.
3. Formación de agregados membranosos (como coacervados) que pudieron concentrar moléculas orgánicas y facilitar reacciones químicas encaminadas a procesos proto-biológicos.

¿Cómo se crean las moléculas orgánicas?

Teniendo en cuenta que el carbono es el componente más abundante en las moléculas orgánicas, una vía de formación es la reducción del dióxido de carbono (CO2) a través de varias rutas de fijación del carbono, en las cuales el CO2 es absorbido y transformado en materia orgánica. También pueden formarse por síntesis abiótica en chimeneas hidrotermales, por aportes extraterrestres (meteoritos) o en atmósferas reactivas bajo radiación o descargas eléctricas, según distintos escenarios propuestos.

¿Cuál es la teoría de la panspermia?

La panspermia plantea que algunos de los primeros organismos pudieron originarse fuera de la Tierra y llegar aquí mediante meteoritos u otros cuerpos espaciales. Esta hipótesis desplaza la pregunta de cómo se originó la vida hacia un contexto extraterrestre, sin explicar el mecanismo primario de formación de la vida.

¿Qué se ha encontrado en el meteorito hallado en 1996?

En un meteorito encontrado en 1996 se describieron estructuras con forma de diminutos bastoncillos, semejantes a bacterias fosilizadas, que se interpretaron como formadas hace aproximadamente 4 500 millones de años. Además, se afirmaron evidencias de actividad metabólica, posiblemente llevada a cabo por microorganismos. Este meteorito no fue el primero en su tipo en ser descubierto: ya en 1969 se halló en Australia un meteorito que aparentemente contenía aminoácidos. Los meteoritos son restos de cuerpos celestes que impactan sobre la Tierra u otros astros y pueden aportar información sobre compuestos orgánicos y presolares.

¿Qué nos muestran los fósiles del pasado? ¿Cómo se crean los microorganismos fósiles?

Los fósiles son restos orgánicos de seres vivos que habitaron el pasado (miles o millones de años atrás) o rastros de su actividad que quedan conservados, generalmente, en rocas sedimentarias. Nos dan información sobre la evolución de la vida en la Tierra y, en conjunto, responden a preguntas como «¿de dónde venimos?».

¿Qué es el coprolito y qué utilidad tiene a nivel científico?

El coprolito es el resultado de la mineralización de excrementos humanos o animales. Proporciona información paleontológica relevante acerca de la dieta y el entorno en que se desenvolvían los animales.

¿Dónde se encuentran los organismos más primitivos, capaces de soportar altas temperaturas?

Las llamadas bacterias termófilas se encuentran en las fumarolas negras, también conocidas como chimeneas hidrotermales submarinas. (En el texto original se menciona además la capacidad de algunas bacterias para fermentar lactosa y producir ácido láctico; esa característica corresponde a bacterias lácticas concretas.)

¿Por qué la protoatmósfera era muy diferente a la actual? ¿Hasta dónde llegaban las radiaciones ultravioletas? ¿Dónde se encontraba la Tierra primitiva?

1. No se sabía con exactitud cuál era su composición, pero debía contener grandes cantidades de dióxido de carbono y prácticamente no oxígeno libre.
2. Las radiaciones ultravioletas llegaban hasta la superficie terrestre, al no existir aún la capa de ozono suficiente.
3. La Tierra primitiva sufría un intenso bombardeo de asteroides (periodo de intenso impacto durante las primeras etapas del Sistema Solar).

¿Qué hizo que la atmósfera pasase de estar mayormente compuesta por CO2 a estar compuesta por oxígeno?

Las cianobacterias, mediante la fotosíntesis oxigénica, liberaron oxígeno a la atmósfera. Con el tiempo, la actividad fotosintética acumuló suficiente O2 libre como para transformar la composición atmosférica y permitir la aparición de una atmósfera rica en oxígeno.

¿A qué le podemos llamar fósil?

Para que una muestra se pueda categorizar como fósil, el resto o rastro de actividad debe tener una antigüedad mayor a 10 000 años. Esto se debe a que, en tiempos menores, los minerales no han tenido tiempo suficiente para sustituir los elementos de los huesos u otras partes blandas.

¿Por qué en la Tierra primitiva no había oxígeno?

En la Tierra primitiva no había oxígeno libre porque estaba combinado con carbono como CO2 o CO y en óxidos minerales. Aún no existían plantas ni organismos fotosintéticos que liberaran oxígeno a la atmósfera. Posteriormente aparecieron organismos microscópicos, como las cianobacterias, capaces de dividir el agua en sus elementos (oxígeno e hidrógeno) durante la fotosíntesis y liberar O2 al ambiente. Con el tiempo, la fotosíntesis y otros procesos biológicos contribuyeron a acumular oxígeno en la atmósfera, permitiendo la aparición de organismos aeróbicos.

¿Qué implica la zona de «ricitos de oro»?

Se refiere a la región orbital alrededor de una estrella en la que un planeta tendría temperaturas que permitan la existencia del agua en sus tres estados: sólido (hielo), líquido y gaseoso. Esa zona aumenta las probabilidades de encontrar agua líquida, un requisito clave para la bioquímica tal como la conocemos, y por ello se considera importante para la habitabilidad. Si un planeta estuviera mucho más cerca del Sol, el agua sería principalmente vapor; si estuviera mucho más lejos, sería hielo. La Tierra se encuentra en esa región, lo que facilita la presencia de agua estable en sus tres estados.

¿Por qué no basta con los elementos que se forman dentro de las estrellas (hasta el Fe)? ¿Para qué y por qué se necesitan elementos más pesados?

La vida requiere elementos más allá del hierro (Fe) para su bioquímica. Los elementos más pesados se forman en explosiones de supernova y en procesos de nucleosíntesis estelar avanzados; por ello, los sistemas estelares que albergan vida han de formarse a partir de nebulosas enriquecidas por material procedente de supernovas, que contienen los elementos pesados necesarios para la química biológica.

¿Qué se necesita para mantener o generar una atmósfera?

Para mantener o generar una atmósfera se requieren varias condiciones:

• Un campo magnético lo suficientemente fuerte que proteja al planeta del viento estelar y evite la pérdida atmosférica significativa.
• Una distancia adecuada a la estrella para que exista agua en sus tres estados (zona habitable).
• Una masa planetaria suficiente para retener una atmósfera sin que la gravedad sea tan alta que impida condiciones favorables para la vida.

Si, además, existen organismos fotosintéticos (por ejemplo, cianobacterias o plantas), pueden transformar CO2 en O2, conduciendo a una atmósfera rica en oxígeno y a la aparición de una capa de ozono que protege de la radiación ultravioleta. Menos exposición a rayos UV reduce mutaciones inducidas por radiación, lo que puede favorecer la estabilidad de las especies.