Parte 6) EL ORIGEN DE LA VIDA.

Formas de vida primitivas- 

“Fotosíntesis y reproducción.

La explosiòn cámbrica. 

(Recomendable leer artículos anteriores).

(…) Así podemos llegar a una edad mínima para la vida en la tierra. Uno de los principales obstáculos para la evolución de la vida tal y como la conocemos era la ausencia de una pantalla de ozono en la atmósfera exterior en los tiempos arcaicos. Esto permitía la penetración en las capas superficiales de los océanos de la radiación universal, incluyendo los rayos ultravioletas que desactivaban la molécula de ADN, inductora de la vida. Los primeros organismos primitivos vivientes (las células procariotas) eran unicelulares pero les faltaba un núcleo y eran incapaces de llevar a cabo la división celular. Sin embargo eran relativamente resistentes a la radiación ultravioleta, o, según una teoría, dependían de ella. Estos organismos fueron la forma predominante de la vida en la tierra durante un periodo de unos 2.400 millones de años.

Las criaturas procariotas unicelulares se reproducían asexualmente a través de brotes y fisiones. Generalmente la reproducción asexual crea seres idénticos, a no ser que se desarrolle una mutación, lo cual es bastante poco frecuente. Esto explica la lentitud del cambio evolutivo en este periodo. Sin embargo la aparición de células nucleadas (eucariotas) dio lugar a la posibilidad de una mayor complejidad. Parece ser que la evolución de las eucariotas surgió de una colonia de procariotas. Por ejemplo algunos procariotas modernos pueden invadir y vivir dentro de células eucariotas. Algunos organelos (órganos) de eucariotas tienen su propio ADN que podría ser un resto de una existencia previa independiente. La vida tiene toda una serie de rasgos principales, incluyendo el metabolismo (la totalidad de cambios químicos que se dan en un organismo) y la reproducción. Si aceptamos la continuidad de la naturaleza los organismos más simples que existen hoy en día tienen que haber evolucionado a partir de procesos cada vez más simples. Además, las bases materiales de la vida son los elementos más comunes del Universo: hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno.

Una vez que ha aparecido la vida,  ésta por sí misma constituye una barrera que impide el resurgimiento de vida en el futuro. El oxígeno molecular, un subproducto de la vida, surge del proceso de fotosíntesis (en el que la luz se transforma en energía). "La vida que tenemos en la tierra hoy en día de hecho, se divide en dos grandes categorías reconocidas desde hace tiempo por la especie humana, los animales que respiran oxígeno y las plantas fotosintéticas o que crecen por la luz", plantea Bernal. "Los animales pueden vivir en la oscuridad pero necesitan aire para respirar, ya sea aire libre u oxígeno disuelto en agua. Las plantas no necesitan oxígeno (de hecho lo producen a la luz del día) pero no pueden crecer durante largo tiempo en la oscuridad. Por lo tanto, ¿cuáles de ellos aparecieron primero? ¿O les precedió alguna forma de vida? Esta alternativa parece ahora prácticamente cierta.

Estudios detallados de las historias de la vida, la anatomía celular interna y el metabolismo tanto de plantas como animales demuestran que son dependientes divergentemente especializados de algún zoo-fito. Este tiene que haber sido parecido a algún tipo de bacteria de hoy en día que puede llevar al mismo tiempo funciones de animales y plantas, y actuar tanto como agente oxidante y como fotosintético".

Formas de vida primitivas-

Es un hecho llamativo el que los cromosomas de todos los organismos vivientes, desde las bacterias a los seres humanos, tienen una composición similar. Todos los genes están hechos del mismo tipo de substancias químicas, nucleoproteínas. Esto también es cierto para los virus, las cosas vivas más simples conocidas que están en el umbral que separa la materia orgánica de la inorgánica. La composición química de las nucleoproteínas permite a la entidad molecular reproducirse a sí misma, la característica básica de la vida, tanto en genes como en virus.

Engels plantea que la evolución de la vida no se puede entender sin todo tipo de formas transicionales:

"Las líneas duras y rígidas son incompatibles con la teoría de la evolución. Inclusive la línea limítrofe entre los vertebrados e invertebrados ya no es rígida, y menos aun la que separa a los peces de los anfibios, en tanto que la que existe entre las aves y los reptiles se reduce cada vez más, con cada día que pasa. Entre el Compsognato y el ArqueoptÉrix, sólo faltan unos pocos eslabones intermedios, y los picos dentados de aves surgen en ambos hemisferios. ‘O bien o si no' resulta cada vez más inadecuado, Entre los animales inferiores no se puede establecer con nitidez el concepto del individuo. No sólo respecto de si determinado animal es un individuo o una colonia, sino, además, en el plano del desarrollo, dónde termina un individuo y empieza el otro (nodrizas).

"Para una etapa de la concepción de la naturaleza en que todas las diferencias se unen en etapas intermedias, y todos los contrarios se confunden entre sí por eslabones intermedios, ya no basta el antiguo método metafísico de pensamiento. La dialéctica, que de igual manera no conoce líneas rígidas, ningún ‘o bien o si no’ incondicional, de validez universal, y que franquee las diferencias metafísicas fijas, y que además del ‘o bien o si no’ reconoce también, en el lugar adecuado ‘tanto esto como aquello' y reconcilia los contrarios, es el único método de pensamiento adecuado, en el más alto grado, para esta etapa. Es claro que para la utilización cotidiana, para el cambio menudo de la ciencia, las categorías metafísicas conservan su validez".

Las líneas divisorias entre la materia viva e inanimada, entre animales y plantas, reptiles y mamíferos, no son tan claras como se podría suponer. Los virus por ejemplo forman una clase de la que no se puede decir que sea vida tal y como la entendemos, y sin embargo poseen claramente algunos de los atributos de la vida. Como escribe Ralph Buchsbaum:

"Los virus se encuentran entre las proteínas más grandes conocidas, y ya se han preparado bastantes de ellos en forma cristalina pura. Incluso después de repetidas cristalizaciones, un tratamiento al que obviamente ninguna sustancia viva ha sido nunca capaz de sobrevivir, los virus retoman sus actividades y se multiplican cuando se les devuelve a condiciones favorables. Aunque hasta ahora nadie ha conseguido cultivarlos en ausencia de materia viva, está claro que los virus ayudan a llenar el eslabón que anteriormente se creía que existía entre seres vivos y no vivos. Ya no se puede decir que existe una distinción misteriosa y brusca entre lo vivo y lo no vivo, sino que más bien parece existir una transición gradual en complejidad.

"Si nos imaginamos que las primeras sustancias auto-propagantes eran algo parecidas a los virus, no es difícil suponer que una agregación de proteínas del tipo de los virus podrían llevar al desarrollo de organismos mayores tipo bacterias, independientes, creando su propia comida a partir de sustancias simples, y utilizando la energía del sol.

"Este nivel de organización puede compararse con las formas actuales de bacterias independientes, algunas de las cuales realizan la fotosíntesis sin clorofila, utilizando diferentes pigmentos verdes o púrpura en su lugar. Otras utilizan la energía derivada de la oxidación de láminas simples de nitrógeno, sulfuro o hierro. Estas por ejemplo, pueden oxidar amoníaco en nitratos, o sulfuros de hidrógeno en sulfatos, con la liberación de energía que se utiliza para formar carbohidratos".

El periodo relativamente breve entre la formación del planeta y el enfriamiento de su corteza superficial significó que el surgimiento de la vida tuvo lugar en un espacio de tiempo sorprendentemente corto. Stephen Jay Gould explica que "la vida, con toda su complejidad, probablemente surgió rápidamente en seguida que pudo". Los micro fósiles de hace 3.500 millones de años son, tal y como era de suponer, células procariotas, es decir sin núcleo (metanogenes, bacterias y algas verdiazules), se consideran las formas de vida más simples sobre la tierra, aunque incluso en ese momento había diversidad.  Lo que significa que hace 3.500 o 3.800 millones de años emergió nuestro ancestro común a la vez que otras formas que se extinguieron.

En ese momento había muy poco, por no decir ninguno, oxígeno molecular en la atmósfera, en la medida en que los organismos que la habitaban no necesitaban oxígeno, de hecho les hubiese matado. Crecían oxidando el hidrógeno y reduciendo el dióxido de carbono a metano. Se ha sugerido que este organismo tenía que haber sido similar a las células eocitas que habitan los ambientes muy calientes de los respiraderos de los volcanes. Obtienen su energía no del oxígeno sino convirtiendo sulfuro en sulfito de hidrógeno.

"Uno puede hacerse una imagen visual", escribe Richard Dickerson, "de que antes de que evolucionaran las células vivientes en el océano primitivo hormigueaban glóbulos con una química especial que sobrevivían durante largo tiempo y luego desaparecían de nuevo". Y continua:

"Aquellos glóbulos que por pura casualidad contenían los catalizadores capaces de inducir polimeraciones ‘útiles' sobrevivirían más tiempo que los otros; la probabilidad de supervivencia estaría directamente vinculada a la complejidad y efectividad de su ‘metabolismo'. Sobre los eones actuaría una fuerte selección química de los tipos de glóbulos que contuviesen en sí mismos la capacidad de tomar moléculas e incluso energía de sus alrededores e incorporarlas en forma de sustancias que pudiesen promover su supervivencia, no sólo respecto a sus glóbulos padres sino también respecto a los glóbulos hijos en los que se dispersaban los glóbulos padres cuando se hacían demasiado grandes. Esto no es vida, pero se acerca a ella"-

Dada la falta de registro fósil es necesario analizar la organización de la célula moderna para echar luz sobre sus orígenes. Para que las formas de vida más simples se puedan reproducir tienen que tener un aparato genético que contenga los ácidos nucleicos. Si las células son las unidades básicas de la vida, podemos estar casi seguros de que los organismos originales contenían ácidos nucleicos o polímeros muy cercanos. Las bacterias por ejemplo están compuestas de una sola célula y posiblemente son el prototipo de toda célula viviente.

La bacteria Escherichia coli (E. coli) es tan pequeña que un billón de sus células cabrían en un centímetro cúbico. Contiene una pared celular, una membrana, que mantiene encerradas las moléculas esenciales; también selecciona y aspira moléculas útiles de fuera de la célula. Mantiene el balance entre la célula y su medio ambiente. El principal metabolismo de la célula tiene lugar en la membrana, dónde se dan cientos de reacciones químicas utilizando los nutrientes del medio ambiente para desarrollarse y crecer. La bacteria E. coli se reproduce cada veinte minutos. Esta transformación única dentro de la célula la hace posible un grupo de moléculas llamadas enzimas. Estas son catalizadores que aceleran las reacciones químicas sin ser alterados en el proceso. Trabajan repetidamente, transformando continuamente nutrientes en productos.

La reproducción es un elemento esencial de la vida. Cuando se produce la división celular se crean un par de células hijas idénticas. El mecanismo para la duplicación, para hacer nuevas moléculas de proteínas con exactamente la misma secuencia que la célula madre, está codificado en los ácidos nucleicos. Son únicos en el sentido en que ellos solos, con la ayuda de ciertos enzimas, son capaces de reproducirse directamente. El ADN (ácido desoxirribonucleico) lleva toda la información necesaria para dirigir la síntesis de nuevas proteínas. Sin embargo el ADN no puede hacerlo directamente sino que actúa como "copia maestra" de la cual se hacen copias mensajeras en ARN (ácido ribonucleico), que llevan la información de la secuencia al sistema sintetizador. Esto se conoce como el código genético. Los ácidos nucleicos no se pueden replicar sin enzimas, y no se pueden producir enzimas sin el ácido nucleico. Tienen que haberse desarrollado paralelamente. Es probable que en la "sopa" original de elementos existiesen moléculas de ARN que fueran también enzimas, que se desarrollaron en base a la selección natural. Este tipo de enzimas de ARN se unieron para formar una hélice formando las bases para el ARN autoreplicante. La replicación genética por supuesto no está exenta de error. En la bacteria E. coli la tasa de error es de uno en un diez millones de copias base. A lo largo de millones de generaciones este tipo de errores (mutaciones) pueden tener poco efecto, o por el contrario pueden provocar profundos cambios en el organismo, y sobre la base de la selección natural llevar a la formación de nuevas especies.

El siguiente estadio en la evolución orgánica fue el desarrollo de otros polímeros, combinaciones de moléculas, agrupados en familias enteras. Se necesitaba una estructura para encerrar las moléculas: una membrana celular semipermeable. Las membranas celulares son estructuras complejas, en un equilibrio muy frágil entre el estado sólido y el líquido. Pequeños cambios en la composición de la membrana pueden provocar un cambio cualitativo, tal y como explica Chris Langton: "Hazla temblar aunque sea muy ligeramente, cambia un poco la composición de colesterol, cambia un poco la composición de ácidos grasos, deja que una sola moléculas de proteína se una con un receptor en la membrana, y puedes producir grandes cambios, cambios biológicamente útiles".


Fotosíntesis y reproducción sexual.

Como podemos ver, la evolución de la célula es un estadio relativamente bastante avanzado de la evolución orgánica. En la medida en que los abundantes componentes de la sopa biótica se fueron agotando fue necesaria la evolución de materiales orgánicos de la atmósfera solubles en agua. El siguiente paso fue el de la fermentación, el sistema más simple pero menos eficaz de metabolismo, a la fotosíntesis. Había evolucionado la molécula clorofílica. Esto permitió a los seres vivos capturar la luz solar para sintetizar moléculas orgánicas. Los primeros fotosintetizadores se apartaron de la competencia por las moléculas ricas en energía, cada vez más escasas, y se convirtieron en productores primarios. Una vez que se consigue el proceso de fotosíntesis se asegura el futuro de la vida. Tan pronto como surge y produce suficiente oxígeno se hace posible la respiración. Es más, según las leyes de la selección natural, una vez que empezó la fotosíntesis dejó su marca sobre todas las formas de vida subsiguientes y tuvo tanto Éxito que aniquiló todas las formas de vida anteriores.

Este desarrollo representa un salto cualitativo. La evolución posterior de formas más complejas de vida es un proceso natural prolongado que conduce finalmente a una nueva rama de la vida, la célula con núcleo. En la cumbre del árbol eucariota, aparecen simultáneamente diferentes ramas, como plantas, animales y hongos. Según el biólogo molecular americano Mitchell Sogin la cantidad de oxígeno afectó el ritmo de la evolución. La composición química de las rocas pretéritas sugiere que el oxígeno atmosférico aumentó en etapas claramente diferenciadas separadas por largos periodos de estabilidad. Algunos biólogos piensan que la explosión de la vida se podría haber disparado al alcanzar un cierto nivel de oxígeno.

El surgimiento de la célula con núcleo (eucariota) se ha adaptado completamente al oxígeno y muestra poca variación. El surgimiento de esta nueva y revolucionaria forma de vida permitió la existencia de reproducción sexual avanzada, lo que a su vez aceleró el ritmo de la evolución. Mientras que las procariotas sólo se dividen en dos grupos de organismos, las bacterias y las algas verdiazules (Éstas productoras de oxígeno por fotosíntesis), las eucariotas comprenden todas las plantas verdes, todos los animales y los hongos. La reproducción sexual representa otro salto adelante cualitativo. Esto requiere que el material genético esté empaquetado dentro del núcleo. La reproducción sexual permite la mezcla de genes entre dos células, por lo tanto las posibilidades de variación son mucho más grandes. De esta manera, en la reproducción, los cromosomas de las células eucariotas se fusionan para producir nuevas células. La selección natural sirve para preservar las variantes genéticas más favorables en la combinación genética.

Uno de los aspectos clave de la vida es la reproducción. Todas las células de animales y plantas tienen las mismas estructuras básicas. La reproducción y transmisión de las características de los padres (herencia) se produce a través de la unión de células sexuales, el óvulo y el esperma. El material genético del ADN a través del cual se transmiten las características de las formas de vida de una generación a la otra, está presente en los núcleos de todas las células. La estructura de la célula, que se compone de citoplasma también contiene una serie de órganos en miniatura, llamados organelos. La estructura interna de los organelos es idéntica a la de diferentes tipos de bacterias, lo que parece indicar que la composición de las células de plantas y animales es el resultado de la combinación de estos órganos, antaño independientes y con su propio ADN, en un todo cooperativo. En los 70 se descubrieron los microtúbulos. Son varillas de proteínas que llenan todas las células del cuerpo, como un andamiaje interno. Este "esqueleto" interno da forma a la célula y parece jugar un papel en la circulación de las proteínas y los productos de plasma. El surgimiento de la célula eucariota o nucleada constituyó una revolución biológica hace unos 1.500 millones de años.

La reproducción sexual surgió a partir de la división asexuada. Esto fue un cambio cualitativo en la evolución de la vida. Posibilitó la mezcla del material hereditario de dos individuos de tal manera que la descendencia sería diferente de los padres, lo que hizo posible la variación en la que se basa la selección natural. En cualquier célula animal o vegetal el ADN está organizado en pares de cromosomas en el núcleo. Estos cromosomas llevan los genes que determinan las características individuales. La nueva descendencia, aunque combina las características de sus padres, es diferente de ambos. Parece ser que el origen de la reproducción sexual está conectado con el hecho de que los organismos primitivos se injiriesen los unos a los otros. El material genético de los dos individuos se fusionaba produciendo un nuevo individuo con dos juegos de cromosomas. Entonces el organismo más grande se dividía en dos partes cada una de ellas con la cantidad correcta de cromosomas. Existían cromosomas únicos y parejas, pero con el tiempo las parejas de cromosomas pasaron a ser la condición normal en plantas y animales. Esto sentó las bases para la evolución de organismos multicelulares.

Hace unos 700 o 680 millones de años aparecieron los primeros metazoos. Eran organismos multicelulares complejos que necesitaban oxígeno para su crecimiento. Durante ese periodo el contenido de oxígeno en la atmósfera se incrementó constantemente, alcanzando su nivel actual hace unos 140 millones de años. Los procesos que se dan en la evolución tienen un carácter marcadamente dialéctico, en el que largos periodos de cambio gradual y cuantitativo se ven interrumpidos por explosiones repentinas. Uno de estos periodos se dio hace 570 millones de años. (

Hace falta un esfuerzo de imaginación para poder ver lo reciente que es el fenómeno de las formas de vida complejas sobre la tierra. Imaginémonos un mundo en el que la tierra estuviera formada por rocas áridas barridas por el viento, en el que las formas más complejas eran matas de algas y escoria de estanque. Esta fue la situación durante la mayor parte de la historia de la tierra. Durante millones de años el desarrollo de la vida fue prácticamente estático. Entonces, este mundo estancado, explotó repentinamente dando lugar a una de las erupciones más dramáticas en la historia de la vida. El registro fósil muestra una extraordinaria proliferación de formas de vida diferentes. El surgimiento de animales con conchas y esqueletos conserva este progreso en tablas de piedra. La explosión de nuevas formas de vida en los océanos fue paralela a la extinción masiva de los viejos estramolites que habían sido la forma de vida dominante en el periodo proterozoico. La aparición de una inmensa multitud de criaturas multicelulares transformó la faz de la tierra.

"Quizás lo más llamativo (y también lo más desconcertante) sobre el registro fósil es su inicio", escribe F. H. T. Rhodes. "Los fósiles aparecieron primero en cantidades apreciables en rocas del periodo cámbrico bajo, depositadas hace unos 600 millones de años. Rocas anteriores (pre-cámbricas) son casi completamente no fosilíferas, a pesar de que en ellas se han conservado algunos rastros de organismos antiguos. La diferencia entre los dos grupos de rocas es tan grande como parece: un paleontólogo podría investigar estratos pre-cámbricos que pareciesen prometedores durante toda su vida y no encontrar nada (y muchos lo han hecho); pero cuando pasa al cámbrico, aparecen los fósiles, una gran variedad de formas, bien preservadas, extendidas a nivel mundial, y relativamente comunes. Esta es la primera característica de los fósiles comunes más antiguos, y aparece como un choque para el evolucionista. Porque en lugar de aparecer gradualmente, con una secuencia y desarrollo demostrable ordenado, aparecen en lo que parece una explosión geológica".

A pesar de su genialidad, Darwin fue incapaz de explicarse la explosión cámbrica. Aferrándose a su concepción gradualista de la evolución, creyó que este salto brusco era sólo aparente, y se debía a que el registro fósil era incompleto. En los últimos años se han hecho nuevos y sorprendentes descubrimientos en el campo de la paleontología que han llevado a un replanteamiento de la interpretación de la evolución. La vieja idea de la evolución como un proceso ininterrumpido de cambio gradual ha sido desafiada, especialmente por Stephen Jay Gould, cuyas investigaciones sobre el registro fósil de Burgess Shale (importante yacimiento fósil en British Columbia, Canadá) han transformado el punto de vista de toda una generación.

La vida se desarrolló, no en una línea recta de progreso evolutivo ininterrumpido, sino como un proceso, muy bien explicado por Stephen Jay Gould, de equilibrio interrumpido en el que largos periodos de estabilidad aparente se ven interrumpidos por periodos de cambios repentinos y catastróficos, caracterizados por extinciones masivas de especies. Durante 500 millones de años las líneas divisorias de los periodos geológicos están marcadas por convulsiones repentinas, en las que la desaparición de algunas especies deja el camino libre para la proliferación de otras. Este es el equivalente biológico a los procesos geológicos de la formación de montañas y la deriva continental. No tienen nada en común con la vulgar caricatura de la evolución entendida como un simple proceso gradual de cambio y adaptación.

Según la teoría clásica de Darwin, el surgimiento de las primeras formas de vida multicelular compleja tenía que haber sido precedido de un largo periodo de cambio progresivo y lento que culminase en la "explosión cámbrica" hace 500 millones de años. Sin embargo los descubrimientos más recientes demuestran que esto no fue así. Las investigaciones de Gould y otros demuestran que durante dos tercios de la historia en la tierra (casi 2.500 millones de años) la vida estuvo confinada al menor nivel de complejidad registrado, la célula procariota, y nada más.

"Otros 700 millones de años de las células eucariotas mucho mayores e intrincadas, pero no agregación de vida animal multicelular. Entonces en un guiño de tiempo geológico de 100 millones de años, tres faunas totalmente diferentes de Ediacara a Tommotian, a Burgess. Desde entonces, más de 500 millones de años de historias maravillosas, triunfos y tragedias, pero ni un sólo filo nuevo, ni diseño anatómico básico, se ha añadido al registro de Burgess".

En otras palabras, el surgimiento de organismos multicelulares complejos, la base de la vida tal y como la conocemos hoy en día, no fue el producto de una acumulación lenta, gradual y "evolutiva" de cambios adaptativos, sino en un salto cualitativo repentino. Esto fue una auténtica revolución biológica, en la que, "en un momento geológico cercano al principio del cámbrico, prácticamente todos los filos modernos aparecieron por primera vez, junto con algunos más, experimentos anatómicos que no sobrevivieron por mucho tiempo". Durante el periodo cámbrico aparecieron por primera vez nueve filos (la unidad básica de diferenciación en el reino animal) de invertebrados marinos, incluyendo protozoos, celenterados (anémonas de mar, medusas), esponjas, moluscos y trilobites. Tardó 120 millones de años en completarse la evolución de todos los filos de invertebrados. Por otra parte tuvimos la rápida desaparición de los estromatolites, que habían sido la forma de vida dominante durante 2.000 millones de años.

"Los animales multicelulares modernos aparecen por primera vez de forma clara en el registro fósil hace unos 570 millones de años, y con una explosión, no en un crescendo prolongado. Esta ‘explosión cámbrica' marca la aparición (por lo menos en la evidencia directa) de prácticamente todos los grupos más importantes de animales modernos, y todos en un periodo minúsculo, geológicamente hablando, de unos pocos millones de años".

Para S. J. Gould, "No encontramos una historia de progreso majestuoso, sino un mundo puntuado con periodos de extinciones masivas y originación rápida entre largas extensiones de tranquilidad relativa". Y de nuevo: "La historia de la vida no es un continuo desarrollo, sino un registro puntuado por episodios breves, en algunos casos geológicamente instantáneos, de extinción masiva y consecuente diversificación. La escala de tiempo geológico nos da un mapa de esta historia, ya que los fósiles nos proporcionan nuestro principal criterio a la hora de fijar el orden temporal de las rocas. Las divisiones de la escala temporal se sitúan en estas puntuaciones importantes debido a que las extinciones y diversificaciones rápidas dejan señales muy claras en el registro fósil".

 CONTINUARÁ con la Parte 7 final).  Plantas y animales. Extinciones masivas. Ruptura de los continentes, sus separaciones y colisiones. 

(Extractos de los libros “El Origen de la Vida”, Autor:  Oparín  y   “Razón y Revolución”:  Autores: Grant y Woods de la FUNDACIÒN DE ESTUDIOS SOCIALISTAS FEDERICO ENGELS: 

 http://www.fundacionfedericoengels.org/