El origen de la Vida

Big History: el origen de la vida

Por Jorge Senior

Este tema corresponde al Umbral 5 del curso Big History en español

Quinto umbral: surgimiento de la vida. La vida es sólo química compleja encapsulada con propiedades de homeóstasis (extracción de energía del entorno) y replicación autónoma sostenible (procesamiento de información). Sin embargo, el misterio del origen de la vida ha sido más difícil de resolver que el de los inicios del universo observable. Esto se debe a que las dos formas que tenemos de conocer el pasado de la biosfera, el registro fósil y la genómica, se hacen más borrosos a medida que retrocedemos en el tiempo, no tenemos un fósil estudiable como la es la Radiación Cósmica de Fondo para el caso del Big Bang. Sin embargo, hemos podido ir estrechando el cerco al misterio y acotando la respuesta, mediante la formulación de hipótesis en competencia y la búsqueda de nuevas evidencias para contrastarlas empíricamente (ponerlas a prueba). 

La vieja hipótesis de la sopa primordial ya ha perdido vigencia y la del “mundo de ARN” resulta bastante incompleta. Entonces vamos a exponer brevemente la hipótesis predominante hoy en seis pasos (o si se prefiere, digamos que son seis hipótesis encadenadas). Esta línea de investigación nos dice que:

 (1) la vida comenzó en chimeneas hidrotermales alcalinas en el fondo del océano cerca a fallas tectónicas (específicamente en aquellas donde las placas tectónicas de la corteza terrestre se separan). La bioquímica se originó en la geoquímica de las rocas porosas de las chimeneas, en sus células inorgánicas, aprovechando la fuente de protones (hidrógeno) en un entorno rico en minerales y rodeado de un océano rico en dióxido de carbono. Tales chimeneas funcionan como un reactor de flujo natural con gradientes térmicos y electroquímicos capaces de circular fluidos a través de compartimentos minerales catalizadores. Estos reactores pueden generar moléculas orgánicas y energía, pero aún no constituyen vida, sin embargo 

 (2) en un mecanismo así pueden generarse rutas metabólicas básicas como el ciclo de Krebs, producir ATP y aprovechando la quimiosmosis alcanzar un equilibrio dinámico (homeóstasis) como preludio de una futura autonomía de la vida respecto a las chimeneas. Hasta aquí no actúa la selección natural, sino la química probabilística y la termodinámica. La otra capacidad propia del fenómeno vital es la replicación sostenible que implica el ciclo ADN-ARN-proteínas-ADN. 

 (3) Las chimeneas brindan también condiciones para la formación de nucleótidos en altas concentraciones y ARN replicante hasta cierto nivel (50 “letras”), así como cadenas cortas de ADN de una hélice. Aquí es donde empieza a actuar la selección natural, incluso tratándose de células inorgánicas en un promontorio rocoso, favoreciendo a un metabolismo prototípico más eficiente. 

 (4) El código genético universal no es un accidente congelado, como propuso Crick, y pudo originarse en forma determinista (por leyes físico-químicas) a partir de un código primitivo de dobletes (en vez de tripletes como codones) capaz de codificar 15 aminoácidos y evolucionar (aquí entra el azar en cierto grado) hasta el código de tripletes y los 20 aminoácidos canónicos. El código genético real es más resistente al cambio que un millón de códigos generados al azar en un computador, por tanto sólo la selección natural puede explicar semejante optimización. El código genético es uno solo, indicando que la vida tiene un solo origen. 

 (5) pero el mecanismo de replicación del ADN al parecer evolucionó dos veces dando origen a eubacterias y arqueobacterias como células biológicas autónomas que pudieron “romper el cordón umbilical” con las chimeneas. 

 (6) Siendo así, entonces los primeros genes se originaron a partir de ARN en células minerales en un ciclo de vida retrovírico (que debe incluir la enzima transcriptasa inversa), pero la evolución por selección natural favoreció a la postre al ADN como base del genoma por su mayor estabilidad, condición indispensable para conservar información. 

A pesar de lo increíblemente difícil de desentrañar que es este umbral de complejidad hace casi 4 mil millones de años (el surgimiento de la vida procariota), la vida atravesaría nuevos umbrales no menos asombrosos en los siguientes miles de millones de años: 

.El surgimiento de la fotosíntesis oxigénica en las cianobacterias a partir de dos fotosistemas bacterianos preexistentes, lo cual cambió la atmósfera terrestre y evitó la desaparición de los océanos

· El surgimiento de la vida eucariota a partir de la endosimbiosis de una arquea y una bacteria (entre otros cambios)

· El surgimiento de animales, plantas (endosimbiosis hace 1600 millones de años) y hongos

· El surgimiento de la reproducción sexual, es decir, la “invención” del sexo masculino (probablemente por la presión selectiva de parásitos)

· El surgimiento de la vida pluricelular a partir de colonias 

· El surgimiento de la simetría bilateral y la explosión del cámbrico (por multiplicación de genes Hox)

· La conquista de la tierra firme y el aire

· El desarrollo del sistema termostático de “sangre caliente” 

· El desarrollo de plantas con flores

Exceptuando, quizás, el último mencionado, los demás umbrales son prerrequisitos para el surgimiento de la especie humana.