"Lo que no sabemos hoy lo sabremos mañana". Esta simple declaración subraya la conclusión de un informe sobre el Origen de la vida escrito por el biólogo ruso Aleksandr Ivanovich Oparin en 1924. Era la primera vez que se hacía una apreciación moderna del asunto y se abría un nuevo capítulo en la comprensión de la vida. No fue por casualidad que como materialista y como dialéctico viese este tema de una manera original. Fue un principio decidido, en los inicios de la bioquímica y la biología molecular, que fue apoyado por la contribución independiente del biólogo británico J. B. S. Haldane (otro materialista) en 1929. Este trabajo produjo la hipótesis Oparin-Haldane en la que se basa la subsiguiente comprensión de todo el origen de la vida. "En Él", escribe Asimov, "los problemas del origen de la vida se trataban por primera vez en detalle desde un punto de vista completamente materialista. Ya que la Unión Soviética no estaba inhibida por los escrúpulos religiosos a los que las naciones occidentales se sentían ligadas, esto, quizás, no es sorprendente".
Oparin siempre reconoció la deuda que tenía con Engels y no hizo ningún secreto de su postura filosófica:
"Este problema (de los orígenes de la vida) sin embargo, siempre ha sido el foco de un agrio conflicto de ideas entre dos escuelas filosóficas irreconciliables, el conflicto entre idealismo y materialismo", escribe Oparin.
"Se nos abre una perspectiva completamente diferente si tratamos de buscar una solución del problema dialécticamente en lugar de metafísicamente, sobre la base del estudio de los sucesivos cambios en la materia que precedieron la aparición de la vida y que llevaron a su surgimiento. La materia nunca está en descanso, se está moviendo y desarrollando constantemente y en este desarrollo cambia de una forma de moción a otra y a otra, cada una de ellas más complicada y armoniosa que la precedente. De esta manera la vida aparece como una forma particular muy complicada de moción de la materia, surgiendo como una nueva propiedad en un estadio concreto del desarrollo general de la materia.
"Ya a finales del siglo pasado, Frederick Engels indicó que un estudio de la historia del desarrollo de la materia es de lejos la línea más prometedora de aproximación para encontrar una solución al problema del origen de la vida. Estas ideas de Engels sin embargo, no fueron suficientemente reflejadas en el pensamiento científico de su tiempo".
Engels tenía razón fundamentalmente cuando describió la vida como el modo de la moción de las proteínas. Sin embargo hoy en día podemos añadir que la vida es la función de las reacciones mutuas de los ácidos nucleicos y las proteínas. Tal y como explicó Oparin: "F. Engels, al igual que los biólogos de su tiempo, utilizaba frecuentemente el término ‘protoplasma' y ‘cuerpos albumínicos'. Por lo tanto no hay que identificar las ‘proteínas' de Engels con las diferentes sustancias químicas que gradualmente hemos conseguido aislar en los organismos vivos, ni con los preparados purificados de proteínas compuestos de mezclas de proteínas puras. Sin embargo, Engels estaba bastante avanzado a las ideas de su tiempo cuando, hablando de proteínas, puso especial Énfasis en los aspectos químicos de la materia e insistió en el significado de las proteínas en el metabolismo, esa forma de moción de la materia que caracteriza la vida".
"Sólo ahora hemos empezado a ser capaces de apreciar el valor de la perspicacia sorprendentemente científica de Engels. Los avances en la química de proteínas que existe ahora nos ha permitido caracterizar las proteínas como compuestos químicos individuales, como polímeros de aminoácidos con estructuras extremadamente específicas". Bernal nos da una explicación alternativa a la definición de la vida de Engels como "una auto realización parcial, continua, progresiva, multiforme y condicionalmente interactiva de las potencialidades de estados atómicos electrónicos".
Aunque la hipótesis Oparin-Haldane sentó las bases para el estudio de los orígenes de la vida, como rama de la ciencia es más correcto adscribirla a la revolución en la biología a mediados del siglo XX. Sin embargo las teorías en relación al origen de la vida son en gran medida especulativas. No hay restos en el registro fósil. Nos referimos a las formas de vida más simples imaginables, formas transicionales que eran bastante diferentes a la idea de seres vivientes que tenemos hoy en día, pero que sin embargo representaban un salto decisivo de materia inorgánica a materia orgánica. Quizás, tal como dice Bernal, más correcto que decir el origen de la vida sería decir el origen de los procesos de la vida.
Engels explica que la revolución darwiniana "no sólo reducía al mínimo la brecha entre la naturaleza inorgánica y la orgánica, sino que además eliminaba una de las dificultades esenciales que antes se había interpuesto en el camino de la teoría de la descendencia de los organismos. La nueva concepción sobre la naturaleza estaba completa en sus rasgos principales: toda la rigidez había desaparecido, ya no existía fijeza alguna, todas las particularidades consideradas eternas se volvían transitorias, se mostraba al conjunto de la naturaleza moviéndose en un eterno flujo y en una trayectoria cíclica". Los descubrimientos científicos desde que esto fue escrito han servido para reforzar la doctrina evolutiva.
Oparin sacó la conclusión de que la atmósfera original de la tierra era radicalmente diferente de la de hoy en día. Sugirió que el carácter de la atmósfera era reductor más que oxidante. Oparin propuso que la química orgánica de la que depende la vida se formó espontáneamente en este tipo de atmósfera bajo la influencia de la radiación ultravioleta del sol. J. B. S. Haldane llegó a conclusiones similares de forma independiente:
"El sol era quizás ligeramente más brillante que ahora y no había oxígeno en la atmósfera, los rayos ultravioletas químicamente activos del sol no eran detenidos, como son ahora, principalmente por el ozono (una forma modificada de oxígeno) en la atmósfera externa y el propio oxígeno más abajo. Penetraban la superficie de la tierra y el mar, o por lo menos hasta las nubes. Pero cuando el ultravioleta actúa sobre una mezcla de agua, dióxido de carbono, y amoníaco, se crean una amplia variedad de sustancias orgánicas, incluyendo azúcares y aparentemente algunos de los materiales a partir de los cuales se forman las proteínas".
De forma más general Engels apuntó en la dirección correcta cincuenta años antes: "Por último, si la temperatura se nivela hasta tal punto, que por lo menos en una porción considerable de la superficie ya no supera los límites en que puede vivir la proteína, entonces, si lo favorecen otras condiciones químicas previas, se forma el protoplasma vivo". Continuaba, "Miles de años pasaron antes que aparecieran las condiciones en que se pudiese dar el paso siguiente, y en que esta proteína informe produjera la primera célula por formación del núcleo y la membrana celular. Pero esta primera célula también proporcionó el cimiento para el desarrollo morfológico de todo el mundo orgánico. Los primeros en desarrollarse, como se puede suponer por toda la analogía de los registros paleontológicos, fueron innumerables especies de protistas no celulares y celulares". Aunque este proceso tuvo lugar en un periodo de tiempo más prolongado, la predicción era correcta en general.
De la misma manera que la comunidad científica ignoró las ideas de Engels en su tiempo, también ignoró las ideas de Oparin y Haldane. Sólo recientemente estas teorías están recibiendo el reconocimiento que se merecen. Richard Dickerson escribe:
"Las ideas de Haldane aparecieron en el Rationalist Annual en 1929, pero no provocaron prácticamente ninguna reacción. Cinco años antes Oparin había publicado una pequeña monografía proponiendo ideas bastante similares sobre el origen de la vida, igualmente con poco efecto. Los bioquímicos ortodoxos estaban demasiado convencidos de que Louis Pasteur había desaprobado la generación espontánea de una vez por todas como para considerar el origen de la vida como una cuestión científica legítima. No fueron capaces de apreciar que Oparin y Haldane estaban proponiendo algo bastante especial: no que la vida evolucione a partir de materia inanimada hoy en día (la teoría clásica de la generación espontánea, que no se podía sostener después de Pasteur) sino que la vida en un momento dado evolucionó a partir de materia inanimada en las condiciones que existían en la tierra primitiva y ante la falta de competencia de otros organismo vivos".
¿Cómo surgió la vida?
No hay otro asunto de tan tremenda importancia para nosotros que la cuestión de cómo criaturas vivientes, sensibles y pensantes surgieron de la materia inorgánica. Este enigma ha ocupado la mente humana desde los tiempos más remotos y ha sido respondido de diferentes maneras. Podemos identificar tres tendencias principales:
1ª teoría - Dios creó toda la vida, incluyendo los seres humanos.
2ª teoría - la vida surgió de la materia inorgánica, por generación espontánea, como los gusanos surgen de la carne podrida, o los escarabajos en un estercolero (Aristóteles).
3ª teoría - la vida llegó del espacio exterior en un meteorito que cayó a la tierra y entonces se desarrolló.
Esta transformación de la materia inorgánica en materia orgánica es un punto de vista relativamente reciente. En contraste la teoría de la generación espontánea (el surgimiento de la vida desde la nada) tiene una larga historia. Desde el antiguo Egipto, China, India y Babilonia vemos la creencia en la generación espontánea. Podemos verlo en los escritos de los antiguos griegos. "Aquí surgen gusanos en un estercolero y de la carne podrida, aquí salen los piojos del sudor humano, aquí salen luciérnagas de las chispas de una pira funeraria, y finalmente en la tierra húmeda de rocío salen ranas y ratones. Para ellos la generación espontánea era simplemente un hecho obvio, empíricamente establecido cuya base teórica era de importancia secundaria", escribe Oparin. La mayor parte de esto estaba vinculado a las leyendas y mitos religiosos. Sin embargo el punto de vista de los griegos era de carácter materialista.
Fue el punto de vista idealista de Platón, reflejado en Aristóteles, el que dio a la generación espontánea una calidad sobrenatural y más tarde formó la base de la cultura científica medieval y dominó las mentes de la gente durante siglos. No es que la materia contenga la vida sino que esta imbuida de ella. A través de las escuelas filosóficas griega y romana, la primitiva iglesia cristiana tomó prestada esta concepción para desarrollar su concepción mística del origen de la vida. San Agustín vio en la generación espontánea una manifestación de la voluntad divina, la animación de la materia inerte por el "espíritu creador de la vida". Como Lenin plantea, "los escolásticos y clérigos se apoderaron de lo que estaba muerto en Aristóteles y no de lo que estaba vivo". Más tarde fue desarrollado por Santo Tomás de Aquino de acuerdo con las enseñanzas de la iglesia católica. La iglesia ortodoxa tiene un punto de vista similar. El obispo de Rostov, Dimitrii explicó en 1708 que Noé no metió en su arca aquellos animales capaces de generación espontánea: "Esos perecieron en el Diluvio y después del Diluvio surgieron de nuevo de tales principios". Esta era la opinión predominante en occidente hasta mediados del siglo XIX.
El gran T. H. Huxley en su conferencia de Edimburgo en 1886 explicó claramente por primera vez que la vida tenía una base física común: protoplasma. Insistió en que era funcional, formal y substancialmente el mismo para todo el espectro de seres vivos. En función, todos los organismos tienen movimiento, crecimiento, metabolismo y reproducción. En su forma están compuestos de células nucleadas; y en sustancia, están todos formados de proteínas, un compuesto de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Esto refleja gráficamente la unidad subyacente de la vida.
El científico francés Louis Pasteur, el padre de la microbiología, en una serie de experimentos finalmente desacreditó la teoría de la generación espontánea. "La vida sólo puede venir de la vida", dijo Pasteur. Los descubrimientos de Pasteur dieron un golpe de muerte a la teoría ortodoxa de la generación espontánea. El triunfo de la teoría de la evolución de Darwin forzó a los vitalistas (la idea de la "fuerza vital") a mirar el origen de la vida de una manera diferente. Desde ese momento su defensa del idealismo vino del argumento de la imposibilidad de entender este fenómeno sobre la base del materialismo.
Ya en 1907 el químico sueco, Svente Arrhenius en su libro Worlds in the Making (Mundos en formación) planteó la teoría de la panspermia, que concluía que si la vida no podía surgir espontáneamente en la tierra tenía que provenir de otros planetas. El describía esporas viajando a través del espacio para "sembrar" la vida en otros planetas. Cualquier tipo de esporas de la vida que entrasen en nuestra atmósfera, al igual que los meteoritos, se quemarían. Para contrarrestar estas críticas, Arrhenius argumentó que por lo tanto la vida era eterna y no tenía origen. Pero la evidencia estaba en contradicción con esta teoría. Se demostró que la existencia de rayos ultravioletas en el espacio destruiría rápidamente cualquier tipo de esporas bacterianas. Por ejemplo se colocó algunos micro organismos seleccionados por su resistencia en la cápsula espacial Gemini 9 en 1966, y expuestos a la radiación espacial. Sólo duraron seis horas. Más recientemente, Fred Hoyle pensó que la vida había sido traída a la tierra en las colas de los cometas. Esta idea ha sido remendada por Francis Crick y George Orgel que sugieren ¡que la tierra puede haber sido sembrada deliberadamente por vida inteligente del espacio exterior! Incluso si aceptamos que la vida llegó a la tierra desde otro planeta, esto sigue sin resolver la pregunta de cómo surge la vida, sino que simplemente la pone en otro estadio anterior, el hipotético planeta de origen.
No hace falta viajar al espacio exterior para encontrar una explicación racional a los orígenes de la vida. Se pueden encontrar los orígenes de la vida en los procesos en funcionamiento en la naturaleza de nuestro planeta hace tres mil millones de años, en condiciones muy especiales. Este proceso no se puede volver a repetir porque estos organismos estarían a merced de las formas de vida existentes que darían cuenta de ellos rápidamente. Sólo podrían surgir en un planeta en el que no existiese vida, y en el que hubiese muy poco oxígeno, ya que el oxígeno se combinaría con los elementos químicos necesarios para formar la vida rompiéndolos. La atmósfera de la tierra en ese momento estaba formada principalmente de metano, amoníaco y vapor de agua. En experimentación en laboratorios se ha demostrado que una mezcla de agua, amoníaco, metano y hidrógeno, sometida a radiación ultravioleta produce dos aminoácidos simples, y rastros de algunos más complicados. En los 60 se descubrieron moléculas complejas presentes en las nubes gaseosas en el espacio. Por lo tanto es posible que, en un estadio muy inicial de la formación de la tierra, los elementos para el surgimiento de la vida, o casi vida, estuviesen ya presentes en forma de aminoácidos. Experimentos más recientes han demostrado más allá de cualquier duda que las proteínas y los ácidos nucleicos que son la base de toda vida pueden haber surgido de cambios químicos y físicos normales en la "sopa" primordial.
Según Bernal, la unidad de la vida es parte de la historia de la vida y consecuentemente está implícita en sus orígenes. Todo fenómeno biológico nace, se desarrolla y muere según leyes físicas. La bioquímica ha demostrado que toda la vida sobre la tierra es lo mismo a nivel químico. A pesar de la enorme variedad de las especies, el mecanismo básico de enzimas, coenzimas y ácidos nucleicos aparece en todas partes. Al mismo tiempo forman un conjunto de partículas idénticas que se mantienen unidas por los principios de auto unión en las estructuras más elaboradas.
El nacimiento revolucionario de la vida
Cada vez es más claro que la tierra en sus estadios iniciales no funcionaba de la misma manera que hoy en día. La composición de la atmósfera, el clima, la propia vida se desarrolló a través de un proceso de cambios convulsivos, saltos bruscos y todo tipo de transformaciones, incluyendo retrogresiones. Lejos de ser una línea recta la evolución de la tierra y de la propia vida está llena de contradicciones. El primer periodo de la historia de la tierra, conocido como arcaico se prolongó hasta hace 1.800 millones de años. Al principio la atmósfera estaba compuesta principalmente de dióxido de carbono, amoníaco, agua y nitrógeno, pero no había oxígeno libre. Antes de este punto no había ningún tipo de vida en la tierra. Así pues ¿cómo surgió?
Como hemos visto hasta principios del siglo XX los geólogos creyeron que la tierra tenía una historia muy limitada. Gradualmente quedó claro que el planeta era mucho más viejo y, además, tenía una historia caracterizada por cambios constantes y, a veces, cataclísmicos. Podemos ver un fenómeno similar en relación a la supuesta edad del sistema solar y del universo, que parece ser mucho más viejo de lo que se creía. Basta con decir que los avances de la tecnología después de la segunda guerra mundial, especialmente el descubrimiento de los relojes atómicos, sentaron las bases para mediciones más precisas lo que significó un enorme paso adelante en la comprensión de la evolución de nuestro planeta.
Hoy en día podemos decir que la tierra se convirtió en un planeta sólido hace más de 4.500 millones de años. Desde el punto de vista de las observaciones diarias es una magnitud temporal totalmente inimaginable. Pero cuando se trata de tiempo geológico entramos en un orden de magnitudes totalmente diferente. Los geólogos están acostumbrados a tratar con millones y miles de millones de años, de la misma manera en que nosotros pensamos en horas, días y años. Se hizo necesario crear una escala temporal diferente, capaz de abarcar este tipo de periodos de tiempo. Esto cierra los estadios "iniciales" de la historia de la tierra, y sin embargo este periodo convulsivo representa el 88% de la historia del planeta. Comparado con esto toda la historia de la raza humana no es más que un momento fugaz. Desgraciadamente los pocos restos que tenemos de este periodo nos impiden tener una imagen más clara de estos procesos.
Para entender el origen de la vida, es necesario conocer la composición de la atmósfera y el medio ambiente primitivos de la tierra. Dado el escenario probable de que la tierra se formase a partir de una nube de polvo, su composición habría sido principalmente hidrógeno y helio, que son los más abundantes entre los elementos pesados. Hoy en día la tierra contiene grandes cantidades de elementos más pesados, como el oxígeno y el hierro. De hecho contiene aproximadamente un 80% de nitrógeno y un 20% de oxígeno. La razón para esto es que el hidrógeno y el helio, más ligeros escaparon de la atmósfera de la tierra en la medida en que la fuerza gravitatoria no era lo suficientemente fuerte como para atraerlos. Los planetas más grandes con una gravitación mayor, como Júpiter y Saturno, han mantenido una atmósfera densa de hidrógeno y helio. En contraste, la luna, que es mucho más pequeña, ha perdido su atmósfera.
Los gases volcánicos que formaban la atmósfera primitiva debían de haber contenido agua juntamente con metano y amoníaco. Suponemos que estos fueron liberados del interior de la tierra. Esto sirvió para saturar la atmósfera y provocar lluvia. Con el enfriamiento de la superficie terrestre empezaron a formarse mares y lagos. Se cree que estos mares constituyeron la "sopa" prebiótica (anterior a la vida) en la que los elementos químicos presentes, bajo el impacto de los rayos ultravioletas del sol, se sintetizaron para producir compuestos orgánicos de nitrógenos complejos, como los aminoácidos. Este efecto de la radiación ultravioleta fue posible por la ausencia de ozono en la atmósfera. Esta es la base de la hipótesis Oparin-Haldane.
Toda la vida se organiza en células, excepto los virus. Incluso la célula más simple es un fenómeno extremadamente complejo. La teoría estándar es que el calor de la propia tierra hubiera sido suficiente para formar compuestos complejos a partir de los simples. Las primeras formas de vida eran capaces de almacenar energía derivada de la radiación ultravioleta del sol. Sin embargo los cambios en la composición de la atmósfera cortaron el suministro de rayos ultravioletas. Ciertos agregados que habían desarrollado la sustancia conocida como clorofila fueron capaces de utilizar la luz visible que penetraba la capa de ozono que filtraba la radiación ultravioleta. Estas algas primitivas consumían dióxido de carbono y emitían oxígeno, llevando a la creación de la atmósfera actual.
A través de todo el curso del tiempo geológico podemos ver una interdependencia dialéctica entre la actividad atmosférica y la actividad biosférica. Por un lado la mayor parte del oxígeno libre de la atmósfera es la consecuencia de la actividad biológica (a través de proceso de fotosíntesis de las plantas). Por otro cambios en la composición de la atmósfera, especialmente el aumento de la cantidad de oxígeno molecular presente, dieron el pistoletazo de salida de innovaciones biológicas importantes que permitieron el surgimiento y diversificación de nuevas formas de vida.
¿Cómo surgieron las primeras células vivas de la sopa primordial de aminoácidos y otras moléculas simples hace unos cuatro mil millones de años? La teoría estándar, expresada en 1953 por el premio Nóbel de química Harold Urey y su estudiante Stanley Miller, era que la vida surgió espontáneamente en una atmósfera primitiva de metano, amoníaco y otras sustancias químicas, activada por relámpagos. Más reacciones químicas hubieran permitido el desarrollo de los simples compuestos vivientes en moléculas más complejas, llegando a producir una moléculas de doble hélice de ADN, o la de ARN de un sólo ramal que tienen, las dos, la capacidad de reproducirse.
La posibilidad de que esto suceda por accidente es realmente remota, como les gusta remarcar a los creacionistas. Si el origen de la vida fuese un acontecimiento realmente casual los creacionistas tendrían un fuerte argumento a favor. ¡Realmente sería un milagro! Las estructuras básicas de la vida y de la actividad genética en general dependen de moléculas increíblemente complejas y sofisticadas, ADN y ARN. Para hacer una sola moléculas de proteína habría que combinar varios cientos de los aminoácidos que las forman en un orden concreto. Esto es un atarea formidable, incluso en un laboratorio con el equipo más avanzado. Las posibilidades de que esto ocurra por accidente en una pequeña charca tibia son astronómicamente remotas.
Esta cuestión ha sido abordada recientemente desde el punto de vista de la complejidad, uno de los productos de la teoría del caos. Stuart Kauffman, en su trabajo sobre genética y complejidad plantea la posibilidad del surgimiento de un tipo de vida como resultado de la emergencia espontánea del orden en el caos, a través del funcionamiento natural de las leyes de la física y la química. Si la sopa primordial era suficientemente rica en aminoácidos no sería necesario esperar reacciones casuales. Se podría haber formado un entramado coherente y auto reforzado de reacciones a partir de los compuestos en la sopa.
Mediante la acción de catalizadores, diferentes moléculas podían interaccionar y fusionarse entre ellas para formar lo que Kauffman denomina un "complejo autocatalítico". De esta manera el orden emergente a partir de un sistema de caos molecular se manifestaría en forma de un sistema que crece. Esto no es todavía la vida tal y como la conocemos hoy en día. No tendría ADN, ni código genético ni membrana celular. Y sin embargo sí tendría algunas de las propiedades de la vida. Por ejemplo podría crecer. Tendría una especie de metabolismo, absorbiendo de forma continua "alimento" molecular en forma de aminoácidos y otros compuestos simples que iría agregando a sí mismo. Tendría inclusive un sistema primitivo de reproducción, extendiéndose para cubrir una área más amplia. Esta idea, que representa un salto cualitativo, o una "transición de fase" en el lenguaje de la complejidad, significaría que la vida no habría surgido como un acontecimiento casual, sino como resultado de una tendencia hacia la organización inherente a la naturaleza.
Los primeros organismos animales eran células capaces de absorber la energía almacenada en las células vegetales. El cambio en la atmósfera, la desaparición de la radiación ultravioleta, y la presencia de las formas de vida ya existentes descarta la creación de nueva vida actualmente, a no ser que se consiga por medios artificiales en un laboratorio. Ante la ausencia de rivales o predadores en los océanos, los primeros compuestos se habrían expandido muy rápidamente. Llegados a cierto punto se daría un cambio cualitativo con la creación de las primeras células ácido nucleicas capaces de reproducirse a sí mismas: un organismo viviente. De esta manera la materia orgánica surge de la materia inorgánica. La vida misma es el producto de la materia inorgánica organizada de determinada manera. Gradualmente y a lo largo de un periodo de millones de años empezaría a aparecer la mutación dando lugar a nuevas formas de vida.
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 moléculas 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 esta 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".
(CONTINUARÁ CON LA PARTE 2 EN ESTE MISMO BLOG)
(Extracto de Razón y Revolución.)
Autores A.W. y T.G.
FUNDACIÓN DE ESTUDIOS SOCIALISTAS FEDERICO ENGELS.
