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Los inicios de la vida

23 abril, 2010

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En biología evolutiva, los procesos más difíciles de explicar suelen ser los que se encuentran más alejados de nuestros días. Durante la mayor parte de la historia de la Tierra, la vida ha estado constituida por microorganismos que, a pesar de haber transformado la atmósfera y la propia superficie del planeta, han dejado muy pocos vestigios de sus pequeños cuerpos, los cuales raramente fosilizan. El no poder contar con los organismos originales nos fuerza a inferir sus características a partir de sus descendientes actuales y así, la evolución de las primeras formas vivas, los inicios del metabolismo o la aparición de la célula eucariota, resultan tan lejanos como complicados de investigar.

Lynn Margulis y Michael F. Dolan abordan precisamente ese complicado período en  Los inicios de la vida. La evolución de la Tierra precámbrica, cuya segunda edición editó en castellano Publicaciones de la Universidad de Valencia en 2009 y que puede ser un buen regalo para el día internacional del libro.

Los inicios de la vida

Tras describir la formación del Sistema Solar y la propia Tierra, los autores nos muestran el escenario de un mundo carente de oxígeno, donde las primeras formas de vida se debieron apañar en un mundo inhóspito, inventando la mayor parte de soluciones metabólicas presentes en todos los organismos actuales. El flujo de iones a través de las membranas biológicas, las reacciones de oxidación  y reducción o la fabricación de ATP debieron aparecer muy pronto entre aquellos procariotas ancestrales.

Sin duda alguna, las primeras células debieron ser mucho más sencillas que cualquier organismo actual, muy posiblemente con una capacidad limitada para la síntesis de sus propios componentes celulares, debiendo cubrir sus carencias mediante la alimentación. En un periodo en el que la radiación ultravioleta que llegaba a la superficie del planeta era muy intensa (aún no existía la capa de ozono), la formación de compuestos orgánicos debió ser muy abundante. Las primeras célulsas serían probablemente heterótrofas, limitándose a ingerir moleculas orgánicas similares a aquellas de las que estaban constituidos, tales como aminoácidos, azúcares y pequeños ácidos orgánicos.

Sin embargo, en el escenario descrito por Margulis y Dolan, esta situación no era sostenible: según aumentara el número de microorganismos, la cantidad disponible de moléculas orgánicas iría disminuyendo. Esto favoreció el desarrollo de mecanismos metabólicos que permitieran a aquellos incipientes seres vivos poder sintetizar por si mismos los compuestos orgánicos necesarios, siendo probablemente la fermentación una de las primeras soluciones obtenidas. Con ella, la utilización del ATP como almacén energético de las células quedó establecida para el resto de la historia de la vida. Junto a la fermentación, otras estrategias metabólicas como la fijación de nitrógeno atmosférico o el desarrollo de cadenas transportadoras de electrones pudieron ir dotando de una maquinaria cada vez más compleja a aquellos pioneros en la Tierra primitiva.

La fotoautotrofía

A través de las bacterias contemporáneas, los autores reconstruyen la evolución del metabolismo fotoautotrófico, que incorporó los pigmentos fotosintéticos a las cadenas de transporte de electrones y a los mecanismos de producción de ATP, adquieriendo la capacidad de convertir el

Fotoautótrofo acuático: alga, Hydrodictyon reticulatum.

Fotoautótrofo acuático: alga, Hydrodictyon reticulatum.

dióxido de carbono en alimento de reserva, y finalizando definitivamente la crisis alimenticia del arcaico: los nuevos organismos autótrofos sirvieron de fuente de nutrientes para los heterótrofos, comenzándose a tejer la intrincada red de relaciones tróficas entre los seres vivos.

Esto desencadenó toda una serie de nuevas adaptaciones para aprovechar los recursos. La motilidad y sensibilidad química permitió a los autótrofos buscar los lugares más iluminados, mientras para los heterótrofos supuso una enorme ventaja poder moverse para atrapar su alimento.

Sin embargo, estas nuevas formas de vida también entrañaban nuevos peligros, cuya solución implicó innovaciones tan importantes como el metabolismo aerobio o la aparición del sexo.

Radiación ultravioleta, reparación de ADN y reproducción sexual

Esquema de conjugación bacteriana

Esquema de conjugación bacteriana

En una atmósfera sin oxígeno, el desplazamiento de los organismos fotoautótrofos a zonas más iluminadas les supuso una mayor exposición a la radiación ultravioleta, suceptible de producir daños importantes en el material genético. Las células fotosintéticas primitivas debieron desarrollar prontamente diversas estrategias para protegerse de los energéticos UV. Entre ellas, las enzimas reparadoras del ADN permitieron que los daños producidos fueran reversibles.

Como ampliamente explican Margulis y Dolan, la primera reproducción de tipo sexual (en la que intervienen dos individuos donando cada uno parte de su ADN a la célula descendiente), fue posible gracias a que estas enzimas reparadoras ya existían previamente: la conjugación bacteriana utilizó estos mismos juegos enzimáticos para empalmar los fragmentos de ADN procedentes de las células progenitoras.

Vida sin oxígeno y el envenenamiento de la atmósfera

En estos primeros tiempos, la atmósfera terrestre debió parecerse a la de otros planetas rocosos vecinos, como Marte o Venus: mucho dióxido de carbono, algo de nitrógeno y prácticamente nada de oxígeno. De esta forma, los pequeños inventores de la vida fueron durante mucho tiempo organismos anaerobios, fueran quimioautótrofos, fotoautótrofos o heterótrofos.

Sin embargo, la imparable actividad metabólica de la población bacteriana fue modificando la atmósfera primitiva: el consumo constante de dióxido de carbono redujo paulatinamente la concentración de éste, mientras que el hidrógeno comenzó a escasear debido a que contínuamente se escapaba hacia el espacio. Esto llevó al desarrollo de una nueva estrategia en los fotoautótrofos: la capacidad de romper las moléculas de agua para obtener el hidrógeno necesario para su metabolismo y liberando el oxígeno a la atmósfera.

Y fue precisamente esa capacidad la que marcó otro cambio lento, pero tan inexorable como irreversible: una acumulación gradual de oxígeno molecular procedente de la actividad fotoautotrófica. Este oxígeno, un gas tóxico y muy reactivo, comenzó a ser cada vez más abundante, y si bien durante bastante tiempo pudo combiarse con otros gases y con minerales del suelo, la saturación de estos summideros naturales provocó un aumento cada vez mayor de la concentración de oxígeno libre en la atmósfera. Esto motivó profundos cambios en la primitiva biosfera, al representar un gran peligro para todos los organismos existentes, incluyendo los propios fotoautótrofos productores de oxígeno. Algunos grupos rehuyeron el nuevo veneno recluyéndose a entornos poco ventilados y continuando su actividad anaerobia en el fondo de lagos, lodos y el interior del suelo. Otros, por el contrario, encontraron la forma de aprovechar la capacidad oxidante del oxígeno en su propio beneficio, abriendo el camino a la respiración aerobia.

Un ambiente moderno

Todos los cambios inducidos por las comunidades bacterianas durante más de 2.000 millones de años convirtieron la Tierra en algo parecido a lo que es hoy. Hace más de 1.000 millones de años, tanto la geología como la atmósfera de nuestro planeta ya se asemejaban a las actuales. Los abundantes microorganismos que poblaban la ya no tan joven Tierra prepararon el escenario que permitiría los enormes cambios evolutivos que darían lugar a los animales y las plantas, unos millones de años después: el oxígeno indispensable y la producción de biomasa mediante fotosíntesis.

Sin embargo, oxígeno y alimento no son suficientes. La aparición de animales y plantas precisó otro paso previo indispensable, la aparición de las células que los forman: la célula eucariota.

Un nuevo tipo de célula

Célula eucariota animal

Célula eucariota animal

A partir del capítulo 4, Margulis se mueve en su elemento: realiza junto a Dolan una excelente exposición de todas las evidencias que apuntan al origen simbiótico de las células y características eucariotas, desde las mitocondrias, los flagelos, los husos mitóticos o la propia aparición de la reproducción sexual, repasando las semejanzas con organismos bacterianos que pudieron originarlas en primitivas asociaciones simbióticas.

Aunque un interesante último capítulo sobre la vida en la actualidad cierra elegantemente el libro, lo que resulta más valioso es precisamente la extensión con que se tratan los primeros momentos de la evolución de la vida, donde externamente no podrían distinguirse más miriadas de bacterias similares pero que, mediante la constante modificación y adaptación de sus rutas y mecanismos bioquímicos, estaban sentando las bases de la biodiversidad que podemos admirar miles de millones de años después.

Sin duda, una lectura amena, entretenida y muy recomendable:

MARGULIS, LYNN y DOLAN , MICHAEL F. 2009. Los inicios de la vida. La evolución en la Tierra precámbrica. Universitat de Valencia. Servei de Publicacions. 225 págs.

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  1. AvA
    23 abril, 2010 de 18:32

    Sin duda recomendáis libros fascinantes. Chapeau!

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