El Origen de la Vida

Refutación de la Generación Espontánea: El Experimento de Pasteur

Louis Pasteur demostró que los microorganismos tampoco se originaban por generación espontánea. Con ello, esta teoría se descartó definitivamente.

Su experimento consistió en:

  • Colocó caldo nutritivo en dos matraces con cuello en forma de S.
  • Esterilizó el líquido con calor intenso.
  • Semanas después, observó que el caldo en ambos matraces no se descomponía.
  • Cortó el cuello de uno de los matraces. En pocos días, el caldo de este matraz se descompuso.
  • Observó que el caldo del matraz con cuello en S intacto seguía sin descomponerse.

Conclusión: El cuello en S permitía la entrada de aire, pero atrapaba las partículas de polvo y los microorganismos presentes en él, impidiendo que llegaran al caldo. Al romperse el cuello, los organismos pudieron entrar y descomponer el caldo.

Hipótesis de Oparin sobre el Origen de la Vida

Según Alexander Oparin, la vida surgió por procesos físico-químicos ocurridos en la atmósfera primitiva terrestre.

Etapas propuestas por Oparin:

  1. Se dieron reacciones químicas espontáneas entre los componentes de la atmósfera primitiva (metano, amoníaco, hidrógeno, vapor de agua) hace unos 4000 millones de años, en ausencia de oxígeno libre.
  2. Para originar estas reacciones, fue necesaria la energía proveniente de tormentas eléctricas, intensas radiaciones ultravioleta del sol y erupciones volcánicas. Así, se sintetizaron moléculas orgánicas simples (aminoácidos, nucleótidos, etc.).
  3. El vapor de agua de la atmósfera se condensó al bajar la temperatura y las lluvias formaron los primeros mares. Las moléculas orgánicas simples llegaron a ellos. Estos mares debían ser más calientes y menos profundos que los actuales; Oparin los llamó “caldos” o “sopa primitiva”.
  4. Las moléculas simples se fueron uniendo y formaron moléculas más grandes y complejas (polímeros). Algunas de estas fueron futuros componentes de los seres vivos (proteínas, ácidos nucleicos).
  5. Las moléculas biológicas se aislaron del medio acuático dentro de estructuras llamadas coacervados. Este aislamiento no fue completo, sino que se producía un intercambio con moléculas del medio. Los coacervados más estables se mantuvieron, los otros desaparecieron.
  6. Algunos de los coacervados estables se dividieron y dieron origen a otros semejantes. Para ello, se sintetizaron en su interior moléculas con capacidad de autoduplicarse (ácidos nucleicos). Desde esta síntesis, ya puede hablarse de un organismo primitivo, origen de todas las células, al que se denomina progenota.

Hipótesis Actual sobre el Origen de la Vida

La hipótesis de Oparin sigue siendo la más aceptada, con algunas modificaciones y complementos.

  • Se cree que habrían sido necesarios ciertos minerales (como los de la arcilla) para permitir que las moléculas orgánicas pequeñas se unieran formando grandes moléculas biológicas. Por ello, es más probable que esta unión se produjera en zonas arcillosas o en fuentes hidrotermales submarinas.
  • El primer ácido nucleico sería el ARN, más sencillo aunque más inestable que el ADN, que surgió después (Hipótesis del Mundo de ARN).
  • Varios experimentos (como el de Miller y Urey) han comprobado las primeras etapas de la hipótesis de Oparin, pero no la demostración completa del paso de la química a la vida.
  • Una de las dificultades consiste en explicar cómo se dio el paso de los coacervados (estructuras pre-celulares) al progenota primitivo (formación del primer organismo vivo con material genético replicable).

Evolución Biológica

Fijismo frente al Evolucionismo

El Fijismo fue la teoría dominante que explicaba el origen de la gran diversidad de organismos en la Tierra. Sostenía que los seres vivos no cambiaban y que las especies eran inmutables a lo largo del tiempo. Las especies que pueblan la Tierra serían, desde su origen, como las actuales.

El Fijismo de Cuvier: Estudiando los fósiles en las rocas sedimentarias, Georges Cuvier observó que la mayoría correspondía a seres extinguidos, diferentes a los actuales. Para explicar esto, consideró que hubieron varias creaciones y procesos catastróficos (Catastrofismo). Así, las especies originadas en una de las creaciones se mantenían y después se destruían en desastres naturales. Según Cuvier, la última catástrofe fue el diluvio universal de la Biblia, que explicaba los fósiles marinos encontrados en los continentes.

Los naturalistas abandonaron gradualmente las teorías fijistas por varias razones:

  • Los procesos evolutivos son muy lentos y no se perciben en una sola generación humana.
  • Sin los conocimientos actuales (genética, biología molecular), era difícil entender cómo podían aparecer nuevas características que originaran nuevas especies.
  • En ese momento, las teorías evolutivas suponían un enfrentamiento con las doctrinas religiosas predominantes.

Pruebas de la Evolución

Existen diversas líneas de evidencia que apoyan la teoría de la evolución:

Pruebas Anatómicas y Morfológicas

  • Órganos Homólogos: Realizan distintas funciones (adaptación a diferentes medios) pero tienen el mismo patrón estructural básico, heredado de un ancestro común (ej: ala de murciélago, aleta de ballena, brazo humano).
  • Órganos Análogos: Tienen diferente origen evolutivo (estructuras distintas) pero realizan la misma función, debido a la adaptación a ambientes similares (ej: ala de insecto y ala de ave).
  • Órganos Vestigiales: Son restos evolutivos de órganos que eran funcionales en ancestros pero que han ido desapareciendo o reduciéndose por carecer de función en la especie actual (ej: apéndice humano, huesos pélvicos en ballenas).

Pruebas Fósiles

Los fósiles revelan que existieron organismos diferentes a los actuales y que ha habido cambios en las especies a lo largo del tiempo. Se han encontrado fósiles de distintas épocas de especies emparentadas. En estos se aprecian cambios lentos pero progresivos. Este hecho constituye una valiosa prueba de la evolución: se trata de series filogenéticas, que muestran la transición de unas formas a otras, como la del caballo.

Pruebas Biogeográficas

La distribución geográfica de las especies puede interpretarse de acuerdo con las teorías evolutivas. Con el tiempo suficiente, los grupos de organismos aislados geográficamente evolucionan de forma distinta y originan nuevas especies.

  • En islas oceánicas, a menudo hay especies endémicas (únicas de ese lugar) que están emparentadas con especies del continente más cercano, pero han evolucionado de forma diferente. Cuanto más próximas estén las islas entre sí, más parecidas serán las especies que las habitan.
  • Los seres vivos de islas cercanas a un continente y formadas recientemente suelen ser más semejantes a los seres del continente.
  • Algunos organismos que quedaron separados por océanos han evolucionado de forma distinta, aunque conservan semejanzas que indican un ancestro común.

Pruebas Moleculares

El estudio de las moléculas que componen los seres vivos (principalmente proteínas y ácidos nucleicos como el ADN) revela que cuanto mayor es el parecido molecular entre dos grupos de organismos, mayor es su grado de parentesco evolutivo.

En todos los seres vivos, las proteínas están constituidas por la unión de aminoácidos y el ADN por la unión de nucleótidos, según unas secuencias específicas y características de cada organismo. Comparando estas secuencias en diferentes especies y grupos de organismos, se puede establecer con mucha precisión la proximidad evolutiva entre ellos. Las especies más emparentadas tienen secuencias moleculares más similares.

Evolución y Origen de Nuevas Especies (Especiación)

Los cambios producidos en los seres vivos a lo largo del tiempo pueden llevar a la formación de nuevas especies. Este proceso, llamado especiación, generalmente implica varias etapas:

  1. Producción de cambios evolutivos en las poblaciones: Debido a que la selección natural favorece a unos individuos y perjudica a otros, las frecuencias de ciertos genes cambian en la población. Como consecuencia, las nuevas poblaciones difieren de las originales, aunque ambas sigan siendo de la misma especie inicialmente.
  2. Aislamiento genético de la nueva población: Para que se constituya una especie nueva, los miembros de la nueva población no se deben cruzar eficazmente con los de la población original; se deben independizar reproductivamente. Esto se consigue mediante el desarrollo de barreras reproductivas:
  • Barreras Geográficas: Impiden el contacto físico entre poblaciones por estar en sitios separados (ej: una montaña, un río).
  • Barreras Sexuales (o Etológicas): Debidas a diferencias en el comportamiento de cortejo o apareamiento que impiden el reconocimiento o la atracción entre individuos de las dos poblaciones.
  • Barreras Fisiológicas: Incompatibilidades en el funcionamiento de los gametos o en el desarrollo embrionario que, aunque se produzca el apareamiento, impiden la fecundación o el desarrollo de descendencia viable.
  • Barreras Cromosómicas: Cambios en el número o estructura de los cromosomas que impiden la formación de gametos viables o la obtención de descendencia fértil al cruzarse con la población original.
  • Barreras de Sincronía: Falta de coincidencia en los periodos fértiles o de floración.
Diferenciación gradual: Tras el aislamiento, la población aislada acumula cambios genéticos (por nuevas mutaciones, deriva genética y selección natural actuando sobre un acervo genético diferente) y se va diferenciando de la población original. Especiación: Los cambios genéticos, anatómicos o fisiológicos acumulados son tan importantes que impiden de forma permanente la obtención de descendencia fértil al cruzarse con la población original. En este punto, se considera que se ha formado una nueva especie.

Principales Teorías de la Evolución

Lamarckismo

Jean-Baptiste Lamarck fue el primero en proponer una teoría evolutiva coherente y razonada, enfrentándose a los fijistas. Lamarck estudió los fósiles y observó que algunos tenían un aspecto intermedio entre otros más antiguos y los organismos actuales. Este hecho le hizo pensar que unos procedían de otros.

Su teoría, conocida como Teoría de los Caracteres Adquiridos o Transformismo, sostiene que, para adaptarse al medio, los seres vivos desarrollan las estructuras y los órganos que les son necesarios (la famosa frase “la necesidad crea el órgano”). Según él, estas nuevas características adquiridas durante la vida de un individuo son transmitidas a los descendientes, y de ese modo se van produciendo cambios que modifican las especies a lo largo del tiempo.

Aspectos positivos de la teoría de Lamarck:

  • Admite un proceso evolutivo y propone un mecanismo para explicarlo.
  • Reconoce la relación entre las estructuras anatómicas y sus funciones.
  • Sostiene que los organismos se adaptan al medio en el que viven.

Errores de Lamarck:

  • Defiende que los caracteres adquiridos individualmente en su adaptación al medio son heredados por los descendientes (la herencia de los caracteres adquiridos), lo cual ha sido refutado por la genética moderna.
  • Afirma que los animales tienen una necesidad interna de perfeccionarse y hacerse más complejos (impulso vital hacia la complejidad).

Darwinismo

Charles Darwin, basándose en sus observaciones (especialmente durante su viaje en el Beagle) y en las ideas de Malthus sobre el crecimiento poblacional, propuso la teoría de la evolución por Selección Natural. Los puntos clave de su teoría son:

  • Los individuos que conforman cualquier población de seres vivos presentan variabilidad: diferencias anatómicas, fisiológicas o de comportamiento.
  • Hay un mayor número de descendientes de cada clase de organismos de los que pueden sobrevivir hasta reproducirse. Como el número de individuos de cada especie permanece más o menos constante en la naturaleza, muchos mueren antes de alcanzar la edad reproductiva.
  • El hecho de que nazcan más individuos de los que sobreviven implica que hay entre ellos una competencia por el espacio, el alimento y la procreación. Se trata de la lucha por la supervivencia.
  • Los individuos cuyas variaciones les facilitan la supervivencia en un determinado ambiente se ven favorecidos en comparación con los que están mal adaptados. Este proceso es la selección natural. El medio ambiente “selecciona” a los individuos mejor adaptados.
  • Al reproducirse, los individuos supervivientes dan origen a la siguiente generación, de manera que las variaciones más favorables se van transmitiendo a la descendencia.

Como consecuencia, se produce la supervivencia de los más aptos: los individuos poseedores de características ventajosas sobreviven y se reproducen más, mientras que los que carecen de ellas van desapareciendo. Tras muchas generaciones, si se producen cambios importantes respecto a la población inicial, pueden originarse nuevas especies.

Neodarwinismo (Teoría Sintética de la Evolución)

Darwin no supo explicar el origen de la variabilidad inicial existente entre los individuos de la misma especie. El descubrimiento de las leyes de Mendel sobre la herencia y los avances posteriores en genética posibilitaron la comprensión de la naturaleza de las características hereditarias y su mecanismo de transmisión.

El Neodarwinismo integra la teoría de la selección natural de Darwin con los conocimientos de la genética. Se averiguaron las causas de la variabilidad genética en las poblaciones:

  • La reproducción sexual, que hace aparecer nuevas combinaciones de genes distintas a las de los progenitores.
  • La recombinación genética (entrecruzamiento cromosómico) que se produce durante la meiosis.
  • Las mutaciones, que son cambios aleatorios en el ADN y son la fuente primaria de nueva variabilidad genética.

Según el Neodarwinismo, la evolución ocurre por la actuación de la selección natural sobre la variabilidad genética generada por mutación y recombinación. La especiación se produce cuando las poblaciones acumulan suficientes diferencias genéticas como resultado de la selección natural, la deriva genética y el aislamiento reproductivo.

Ejemplo clásico (revisado bajo el Neodarwinismo): La evolución del cuello de las jirafas.

  1. Los antecesores de las jirafas tenían patas y cuellos más cortos. Existía variabilidad en la longitud del cuello dentro de la población.
  2. Las mutaciones y recombinaciones genéticas generaban individuos con cuellos ligeramente más largos o más cortos.
  3. En un ambiente donde el alimento escaseaba en las partes bajas, los individuos con cuellos y patas más largos tenían una ventaja (podían alcanzar hojas más altas). Estos individuos estaban mejor adaptados.
  4. Los individuos mejor adaptados (con cuellos más largos) tenían más probabilidades de sobrevivir, reproducirse y transmitir sus genes a la siguiente generación (selección natural).
  5. Con el tiempo, la frecuencia de los genes asociados a cuellos más largos aumentó en la población. Las continuas mutaciones y la selección natural actuando sobre la variabilidad existente llevaron al alargamiento progresivo del cuello a lo largo de muchas generaciones.