Primera Aparición de la Vida en la Tierra

El descubrimiento de microorganismos extremofílicos ha cambiado radicalmente nuestra concepción de dónde podría existir la vida en el Universo; nos hace reevaluar el concepto de zonas habitables. Los científicos ahora se dan cuenta de que los hábitats adecuados para la vida microbiana están mucho más ampliamente distribuidos en nuestro sistema solar, y seguramente también en el Universo, de lo que se consideraba posible incluso en las vistas más optimistas de los años 80 y anteriores. Por otro lado, estos mismos estudios muestran que la vida compleja, como los animales y plantas superiores, puede tener menos hábitats adecuados de lo que se pensaba anteriormente. Pero solo porque la vida pueda existir en un lugar no significa que realmente esté ahí. La vida puede ser ampliamente distribuida en el Universo solo si puede llegar a ser fácilmente. En esta entrada, examinaremos el conocimiento actual y las hipótesis sobre cómo se pudo haber formado la vida por primera vez en la Tierra y en qué tipo de entorno pudo haber tenido lugar.

¿Cómo inició la vida?

¿Qué es realmente la vida? ¿Y cómo reconocemos su formación? Estas preguntas parecen simples, pero las respuestas son tremendamente complejas. En su definición de sentido común, la vida puede crecer, reproducirse y responder a los cambios en el entorno. Por esta definición, los extremófilos están obviamente vivos, por ejemplo. Sin embargo, muchos cristales pueden hacer algo similar, y claramente no son vida. El gran biólogo británico J.B.S. Haldane señaló que hay tantas células vivas en un ser humano como átomos en una célula. Sin embargo, los átomos individuales en sí mismos no están vivos. «La línea entre la materia viva y la muerta está, por lo tanto, en algún lugar entre una célula y un átomo», concluyó Haldane.

En algún lugar entre los átomos y la célula viva está la entidad conocida como virus. Los virus son más pequeños que las células vivas más pequeñas y no parecen estar vivos cuando están aislados (No pueden reproducirse), pero son capaces de infectar y luego cambiar la química interna de las células que invaden. ¿Están vivos? En el aislamiento no parecen serlo, pero en combinación con el anfitrión pueden muy bien serlo. El límite entre vivir y no vivir es ambiguo en estos niveles de organización. Cuando llegamos al nivel de organización que se encuentra en las bacterias y las arqueas, sin embargo, estamos seguros de que tenemos una vida clara. También estamos seguros de que toda la vida en la Tierra se basa en la molécula de ADN.

El ácido desoxirribonucleico, o ADN, está compuesto predominantemente por dos espinas dorsales que giran en espiral entre sí (La famosa «doble hélice» descrita por sus descubridores, James Watson y Francis Crick). Estas dos espirales están unidas por una serie de proyecciones, muy parecidas a los escalones de una escalera, compuestas por las bases de ADN distintivas adenina, citosina, guanina y timina. El término par de bases proviene del hecho de que las bases siempre se unen de la misma manera: la citosina siempre se empareja con la guanina y la timina siempre se une con la adenina. El orden de las bases en cada hebra de ADN proporciona el lenguaje de la vida; estos son los genes que codifican toda la información sobre una forma de vida particular.

Puede haber muchos tipos de vida en otras partes del Universo, y hay mucha especulación entre los científicos acerca de si el ADN es la única molécula en la que se puede basar la vida o una de muchas. Ciertamente, es el único capaz de replicación y evolución en la Tierra, y toda la vida aquí contiene ADN. El hecho es que todos los organismos en la Tierra comparten el mismo código genético, es la evidencia más sólida de que toda la vida aquí se deriva de un antepasado común.

¿Fue inevitable el auge de la vida en este planeta? Hagamos un experimento mental: si todas las condiciones ambientales que existieron en la Tierra durante su historia de 4.500 millones de años se reduplicaran exactamente en el mismo orden, ¿La vida volvería a evolucionar? Y si lo hiciera, ¿Evolucionaría con el ADN como su punto crucial?

La formación de esta molécula compleja es, por lo tanto, el punto de partida para cualquier discusión sobre la historia de la vida en este planeta, y tal vez en cualquier otra. De hecho, puede haber otras formas de producir vida; Uno sería un sistema donde el amoníaco, en lugar del agua, es el disolvente necesario para la vida. Esta ruta puede incluso haberse seguido, solo para borrarla más tarde, probablemente porque el agua es un disolvente mejor que el amoníaco (Los disolventes son un ingrediente bastante simple pero esencial en la receta de la vida. Muchos de los productos químicos necesarios para la vida pueden suministrarse a la célula solo en solución, y para eso se necesita un disolvente). Por lo tanto, la «vida del ADN» puede ser el único tipo de vida que se formó o del único sobreviviente.

La vida parece haber aparecido en este planeta en algún lugar entre 4.1 y 3.9 mil millones de años atrás, o unos 0.5 a 0.7 mil millones de años después de que la Tierra se originó. Sin embargo, el hecho de que no se hayan conservado fósiles en este momento en la historia de la Tierra nubla nuestra comprensión de la primera encarnación de la vida. Los fósiles más antiguos que encontramos son de rocas de aproximadamente 3.600 millones de años de edad, y se ven idénticas a las bacterias que aún se encuentran en la Tierra hoy en día. Pueden haber existido tipos de vida anteriores que ya no están representados en la Tierra, pero nuestro conocimiento actual sugiere que las formas similares a las bacterias fueron las primeras en fosilizarse.

La Tierra se formó hace unos 4.5 o 4.6 mil millones de años a partir de la acumulación de «planetesimales» de diferentes tamaños o pequeños cuerpos de roca y gases congelados. Durante los primeros cientos de millones de años de su existencia, un fuerte bombardeo de meteoros azotó el planeta con violencia. Tanto las temperaturas similares a la lava de la superficie de formación de la Tierra como la energía liberada por el aluvión de meteoros entrantes durante esta fase de fuerte bombardeo seguramente habrían creado condiciones inhóspitas para la vida. Esta lluvia constante de cometas gigantes y asteroides habría impulsado temperaturas lo suficientemente altas como para fundir la roca superficial. Ninguna agua se habría formado como un líquido en la superficie. Claramente, no habría habido oportunidad para que la vida se forme o sobreviva en la superficie del planeta. Fue el infierno en la tierra.

El nuevo planeta comenzó a cambiar rápidamente poco después de su coalescencia inicial. Hace unos 4.5 mil millones de años, la Tierra comenzó a diferenciarse en diferentes capas. La región más interna, un núcleo compuesto en gran parte de hierro y níquel, quedó rodeada por una región de menor densidad llamada el manto. Una fina corteza de densidad aún menor se endureció rápidamente sobre el manto, mientras que una espesa atmósfera de vapor y dióxido de carbono llenaba los cielos. A pesar de no tener agua en la superficie, grandes volúmenes de agua se habrían encerrado en el interior de la Tierra, y el agua habría estado presente en la atmósfera como vapor. Cuando los elementos más livianos burbujeaban hacia arriba y los más pesados se hundían, el agua y otros compuestos volátiles se expulsaban del interior y se añadían a la atmósfera.

El fuerte bombardeo de cometas y asteroides duró más de 500 millones de años y finalmente comenzó a disminuir hace unos 3.8 mil millones de años, ya que la mayoría de los escombros se incorporaron a los planetas y satélites de nuestro sistema solar. Durante el período de mayor impacto, el bombardeo constante habría marcado nuestro planeta por cráteres de la misma manera que la luna. Sin embargo, los cometas y asteroides que llovían desde el espacio entregaban una carga importante con cada golpe. Algunos astrónomos creen que gran parte, o incluso la mayoría, del agua ahora en la superficie de nuestro planeta llegó con los cometas entrantes; otros piensan que solo una minoría del agua de la Tierra llegó de esta manera.

Los cometas están formados por polvo y compuestos volátiles, como el agua y el monóxido de carbono congelado, y no hay duda de que muchos de ellos llegaron a la Tierra primitiva. Estas cargas de agua que se estrellaban contra la Tierra se habrían convertido instantáneamente en vapor. La densa atmósfera temprana se mantuvo caliente durante cientos de millones de años. Tal vez hace 4.4 mil millones de años, sus temperaturas en la superficie podrían haber bajado lo suficiente, y por primera vez, el agua líquida se habría condensado del vapor en la superficie de nuestro planeta, formando sucesivamente estanques, lagos, mares y, finalmente, un océano que rodea al planeta. El estudio de la sedimentación antigua sugiere que hace poco menos de 3.9 mil millones de años, la cantidad de agua oceánica en la Tierra podría haberse acercado o alcanzado su valor actual. Pero estos no eran océanos tranquilos ni océanos ni remotamente similares a los de hoy.

Solo tenemos que mirar a la Luna para recordar cómo estuvo la Tierra y sus océanos salpicados durante el período de fuerte impacto, hace entre 4.4 y 3.9 mil millones de años. Cada evento sucesivo de gran impacto (Causado por cometas de más de 100 kilómetros de diámetro) habría vaporizado parcial o incluso completamente los océanos. Imagínese la escena desde el espacio exterior: La caída del gran cometa o asteroide, el destello de energía y la evaporación del océano que cubre el planeta de la Tierra, para ser reemplazada por una nube de vapor y una roca vaporizada que se asfixia en el planeta. menos durante algunas décadas o siglos) muy por encima del punto de ebullición del agua líquida. Es difícil concebir la vida, cualquiera que sea su forma, sobrevivir en cualquier parte del planeta durante esos tiempos, a menos que la supervivencia se produzca a gran profundidad.

Los científicos han hecho modelos matemáticos de tales eventos de impacto de evaporación oceánica. La colisión con la Tierra de un cuerpo de 500 kilómetros de diámetro resulta en un cataclismo casi inimaginable. Las enormes regiones de la superficie rocosa de la Tierra se vaporizan, creando una nube de «gas de roca» de varios miles de grados de temperatura. Es este vapor sobrecalentado, en la atmósfera, el que hace que todo el océano se evapore. El enfriamiento por radiación en el espacio tendría lugar, pero un nuevo océano producido por la condensación de la lluvia no se formaría completamente durante miles de años después del evento. Gran parte del revolucionario trabajo de detective detrás de estas conclusiones fue descrito en 1989 por el científico Norman Sleep de la Universidad de Stanford, quien se dio cuenta de que el impacto de un asteroide o cometa tan grande podría evaporar un océano de 3000 metros de profundidad, esterilizando la superficie de la Tierra en el proceso.

Qué irónico es que los cometas hayan traído algo del agua líquida que da vida a la Tierra, un requisito previo para la vida, y luego hayan arrebatado ese regalo por un tiempo con cada suceso de gran impacto sucesivo. Sin embargo, no es solo el agua lo que estos cometas pueden haber traído. Podrían haber jugado un papel en la determinación de la evolución química de la corteza terrestre. Y pueden haber contribuido con otro ingrediente a la receta para lo que llamamos vida: Pueden haber traído moléculas orgánicas, o incluso la vida misma, por primera vez a la superficie de nuestro planeta.

Si alguna máquina del tiempo hiciera posible visitar la Tierra hace unos 3.8 mil millones de años, al final del período de fuertes bombardeos, nuestro mundo seguramente todavía nos parecería ajeno. A pesar de que la peor avalancha de impactos de meteoros habría pasado, habría habido una frecuencia mucho mayor de estas colisiones violentas que en tiempos más recientes. La duración del día era más corta, porque la Tierra giraba mucho más rápido de lo que lo hace ahora. El Sol era mucho más tenue, tal vez un orbe rojo que proporcionaba poco calor, ya que no solo ardía con menos energía que hoy, sino que también tenía que penetrar en una atmósfera turbulenta y venenosa compuesta de dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, vapor y metano. En tal entorno, habríamos tenido que llevar trajes espaciales de algún tipo, ya que solo había trazas de oxígeno presentes. El cielo mismo podría haber sido de color naranja a rojo ladrillo, y los mares, que seguramente cubrían toda la superficie del planeta, excepto unas pocas islas dispersas y bajas, habrían estado fangosas y tapadas con sedimentos. Sin embargo, tal vez la mayor sorpresa para nosotros sea la ausencia total de vida. No hay árboles, ni arbustos, ni algas o plancton flotante en el mar; Habría parecido un mundo estéril. De alguna manera, el hecho de que aún no hayamos detectado vida en Marte parece ser consistente con sus imágenes satelitales. Un mundo sin agua se ajusta a nuestra imagen de un mundo sin vida. Sin embargo, incluso cuando la joven Tierra estaba cubierta de agua, todavía carecía de vida. Pero no por mucho.

Una receta para la vida

La mayoría de los científicos confían en que la vida ya había surgido hace 3.8 a 3.9 mil millones de años, aproximadamente en el momento en que el intenso bombardeo estaba llegando a su fin. La evidencia que indica la apariencia de la vida no es la presencia de fósiles, sino las firmas isotópicas de la vida extraídas de las rocas de esa edad en Groenlandia.

Las rocas más antiguas de la Tierra que se han fechado con éxito mediante técnicas de datación radiométrica son granos minerales de circonio de aproximadamente 4.2 mil millones de años. Las rocas de Groenlandia (De una localidad llamada Isua) son, por lo tanto, solo un poco más jóvenes. Los conjuntos de rocas de Isua, que incluyen rocas sedimentarias (O en capas) así como rocas volcánicas, han producido un descubrimiento sorprendente. Contienen proporciones de los isótopos ligeros y pesados del carbono, lo que indica formación en presencia de vida. El residuo isotópico en las rocas de Isua revela un exceso del isótopo carbono-12 en comparación con el carbono-13. Hoy en día se encuentra un excedente de carbono-12 en presencia de plantas que hacen la fotosíntesis, porque todos los organismos vivos muestran una preferencia enzimática por el carbono «ligero». La conclusión es que, si existió la vida temprana en Isua, puede haber usado la fotosíntesis para sus fuentes de energía. Pero no hay evidencia fósil de que la vida existiera hace tanto tiempo, solo este excedente enigmático y provocativo de un isótopo de carbono que en nuestros días es un signo de la presencia de la vida. Si el exceso de isótopo de luz-carbono es un indicio confiable de que existía vida antigua en Isua, y quizás en cualquier otro lugar de la Tierra, tan pronto como hace 3.8 mil millones de años, se llega a una conclusión sorprendente: La vida parece haber aparecido simultáneamente con el cese del pesado bombardeo. Tan pronto como cesó la lluvia de asteroides y las temperaturas de la superficie en la Tierra cayeron permanentemente por debajo del punto de ebullición del agua, la vida parece haber aparecido. Pero ¿Cómo?

Todavía hay más preguntas que respuestas sobre el origen de la vida en la Tierra. Sin embargo, la sofisticación de las preguntas que ahora son abordadas por legiones de científicos nos dice que estamos bien en la investigación. Entre las más urgentes de estas preguntas: ¿Se originó la vida en un solo entorno o en varios? ¿Los componentes químicos clave, los bloques de construcción, provienen de diferentes entornos para ser ensamblados en un solo lugar? ¿Fue el origen de la vida determinista? Es decir, ¿podrían diferentes condiciones ambientales producir la misma molécula de vida, el ADN familiar? ¿Fueron las etapas individuales en el origen de la vida (Como la formación de aminoácidos, luego de los ácidos nucleicos y luego de las células) dependientes de cambios a largo plazo en el entorno de la Tierra? ¿Cambió el origen de la vida el entorno de tal manera que la vida nunca podría volver a originarse? ¿En qué etapa se hizo cargo la evolución para influir en el desarrollo de la vida? Y, quizás lo más interesante de todo, ¿Podemos inferir la naturaleza de los entornos de origen de la vida a partir del estudio de los organismos existentes, las criaturas que viven en la Tierra hoy en día?

Determinar cómo aparecieron las primeras moléculas de ADN en la Tierra ha sido un problema científico muy difícil, y aún está lejos de resolverse. Nadie ha descubierto aún cómo combinar varios productos químicos en un tubo de ensayo y llegar a una molécula de ADN. A esto se agrega el hecho de que las condiciones en la Tierra primitiva habrían sido, en muchos aspectos, horribles para los experimentos de «química» naturales que involucran reacciones que ahora ocurren de manera rutinaria en lo que los humanos llamamos «temperatura ambiente». Las temperaturas en la Tierra primitiva, incluso hace 3.8 mil millones, casi desde el momento en que pudo aparecer la primera vida en la Tierra, puede haber sido mucho más alta que la de hoy (Aunque algunos astrobiólogos piensan que la Tierra era más fría que la actual porque el Sol era más débil). Muchos otros aspectos de las condiciones ambientales tempranas hubieran sido claramente perjudiciales para gran parte de la vida actual en nuestro planeta. Por ejemplo, con una atmósfera libre de oxígeno, la cantidad de radiación ultravioleta que llega a la superficie de la Tierra habría sido mucho más alta que la actual, lo que hace que las reacciones químicas delicadas en la superficie del planeta sean muy difíciles. Pero sabemos que la vida surgió y que el paso más importante en el proceso fue la formación del ADN, el centro de información básica de la vida.

Para construir ADN, y, en última instancia, la vida, se requieren los siguientes ingredientes y condiciones: Energía, aminoácidos, factores que hacen posible la concentración química, catalizadores y protección contra la radiación fuerte o el exceso de calor. La evolución química de la vida como la conocemos conlleva cuatro pasos:

1. La síntesis y acumulación de pequeñas moléculas orgánicas, como los aminoácidos y las moléculas llamadas nucleótidos. La acumulación de sustancias químicas llamadas fosfatos (Uno de los ingredientes comunes en los fertilizantes para plantas) hubiera sido un requisito importante, porque estos son el «esqueleto» del ADN y el ARN.
2. La unión de estas pequeñas moléculas en moléculas más grandes, como las proteínas y los ácidos nucleicos.
3. La agregación de las proteínas y ácidos nucleicos en gotitas que adquirieron características químicas diferentes de su entorno circundante.
4. La replicación de las moléculas complejas más grandes y el establecimiento de la herencia. La molécula de ADN puede lograr ambas cosas, pero necesita la ayuda de otras moléculas, como el ARN.

Las moléculas de ARN son similares al ADN al tener una hélice y bases. Pero difieren en tener una sola hebra, o hélice, en lugar de la doble hélice del ADN. También difieren en la composición de su composición base: En lugar de timina, contienen una base llamada uracilo. La mayoría del ARN se utiliza como un mensajero, enviado desde el ADN al sitio de formación de proteínas dentro de una célula, donde el ARN específico proporciona la información necesaria para sintetizar una proteína en particular. Para hacer esto, una cadena de ADN se desenrolla parcialmente, y una cadena de ARN se forma y se introduce en la secuencia del par de bases en la molécula de ADN ahora expuesta. Esta nueva cadena de ARN coincide con los pares de bases del ADN y, al hacerlo, codifica información sobre la proteína que se construirá. Este proceso se llama traslación.

Código de Construcción

Algunos de los pasos que conducen a la síntesis de ADN y ARN pueden duplicarse en el laboratorio; otros no. No tenemos ningún problema en crear aminoácidos, el bloque de construcción más básico de la vida. Como lo demostraron los químicos de la Universidad de Chicago Stanley Miller y Harold Urey en un famoso experimento realizado en 1952, los investigadores pudieron incluso producir cadenas de aminoácidos en condiciones de laboratorio. En una escena que recuerda a una película de Frankenstein, crearon los bloques de construcción de la vida por primera vez, en un tubo de ensayo. Pero ha resultado que el desafío de producir aminoácidos en el laboratorio es trivial en comparación con la proposición mucho más difícil de crear ADN artificialmente. El problema es que las moléculas complejas como el ADN (y el ARN) no se pueden ensamblar simplemente en un frasco de vidrio combinando varios productos químicos. Estas moléculas orgánicas también tienden a descomponerse cuando se calientan, lo que sugiere que su primera formación debe haber tenido lugar en un ambiente con temperaturas moderadas en lugar de altas. Entonces, ¿Cómo podrían estos componentes evasivos pero necesarios de la vida surgir en la joven Tierra?

Un escenario que puede haber conducido a la formación de ADN fue descrito por el premio Nobel Christian de Duve en su libro de 1995 Vital Dust. De Duve señala que los cometas y asteroides del espacio los habrían llevado a la superficie de la Tierra joven, o que se habrían creado en la superficie del planeta por reacciones químicas. De Duve pinta la siguiente imagen de nuestro planeta hace más de 4 mil millones de años.

“Debido a las precipitaciones, los cometas y los meteoritos, los productos de estas reorganizaciones químicas formaron progresivamente una manta orgánica alrededor de la superficie sin vida de nuestro planeta recién condensado. Todo se cubrió con una película rica en carbono, expuesta abiertamente a los impactos de la caída de cuerpos celestes, a las sacudidas de los terremotos, a los humos y los incendios de las erupciones volcánicas, a los caprichos del clima y los baños diarios de radiación ultravioleta. Ríos y arroyos llevaron estos materiales hasta el mar, donde los materiales se acumularon hasta que los océanos primitivos alcanzaron la consistencia de una sopa diluida caliente, para citar una famosa línea del genetista británico J.B.S. Haldane. En lagos y lagunas interiores que se evaporan rápidamente, la sopa se espesó hasta convertirse en un rico puré. En algunas áreas, se filtraba en las profundidades internas de la Tierra, brotando violentamente de vuelta como géiseres humeantes e hirviendo chorros bajo el agua. Todas estas exposiciones y batidos provocaron muchas modificaciones químicas e interacciones entre los componentes originales salpicados de los cielos.”

De Duve mantiene la creencia sostenida de que la progresión de abiótico a biótico fue la siguiente: Los aminoácidos se formaron en el espacio y en la Tierra; luego se combinaron para formar proteínas primitivas, que de alguna manera se unieron para formar la vida temprana. El paso crucial es la formación de proteínas, ellas mismas compuestas de aminoácidos unidos por enlaces químicos. ¿Por qué? Debido a que la formación de los bloques de construcción críticos, los ácidos nucleicos, requerirían enzimas para catalizar las reacciones químicas necesarias. La mayoría de las reacciones químicas son reversibles; El sodio y el cloro, por ejemplo, se combinan para formar sal en ciertas condiciones y se desgarran (O disuelven) en otras. Las enzimas intervienen las reacciones químicas, que son necesarias para unir muchas piezas de proteínas complejas en unidades más grandes, como los aminoácidos, y todas las enzimas biológicas son proteínas.

La necesidad de tener proteínas ya presentes para ensamblar las moléculas cuyo trabajo es ensamblar proteínas en primer lugar ha parecido un problema intratable de “gallina y huevo”. Pero recientemente se ha propuesto una solución elegante a esta aparente paradoja. ¿Qué pasaría si uno de los ácidos nucleicos, en este caso, el ARN, pudiera actuar como las proteínas de construcción y como el catalizador necesario para favorecer las reacciones químicas importantes? De acuerdo con este nuevo modelo, la ruta temprana a la vida puede haber visto la formación de ARN antes de la formación de proteínas. Desde este punto de vista, el ARN mismo actuó como el catalizador enzimático necesario para cualquier progresión adicional hacia el componente último y por excelencia de la vida, el ADN. Francis Crick sugirió esto por primera vez en 1957. La información fluye solo de los ácidos nucleicos a las proteínas, observó, nunca en la dirección opuesta, y por lo tanto los ácidos nucleicos tenían que preceder a la formación de proteínas. Este punto de vista fue confirmado por el descubrimiento del Premio Nobel Thomas Cech y Sidney Altman de que el ARN puede actuar como la enzima necesaria para la actividad catalítica. Estas enzimas de ARN, que se denominaron ribozimas, llevaron al concepto de «mundo de ARN», donde las moléculas de ARN en la Tierra primitiva llevaron a cabo los pasos necesarios para producir los componentes básicos de la vida verdadera, antes de la formación del primer ADN verdadero.

Una vez que se ha sintetizado el ARN, el camino hacia la vida está abierto porque el ARN puede eventualmente producir ADN. Por lo tanto, la forma en que se creó el primer ARN, en qué condiciones y en qué entornos, se convirtió en el problema central al que se enfrentaban los químicos. Como señala De Duve, “Ahora debemos enfrentar los problemas químicos planteados por la síntesis abiótica de una molécula de ARN. Estos problemas están lejos de ser triviales”. La síntesis abiótica del ARN sigue siendo el paso más enigmático en la evolución de la primera vida, ya que nadie ha logrado crear el ARN.

Una vez que se creó el ARN, el salto de ARN a ADN habría sido más sencillo. El ARN sirve como plantilla para el ADN. Sin embargo, quedan muchos misterios: ¿Ocurrió una o varias veces? ¿Fue este el ingrediente más vital de la vida creado una y otra vez y cada vez apagado por otro impacto gigantesco de meteoros? ¿O este avance esencial ocurrió solo una vez en la Tierra y luego se extendió por todo el planeta con su comportamiento contagioso y replicante?

Este modelo de origen de la vida (Desde las macromoléculas al ARN hasta un «mundo de ARN» y al ADN), no ha quedado sin respuesta. Otra posibilidad es que la cuna de la vida fueran los cristales de arcilla o pirita. Las caras de estos minerales y cristales planos podrían haber presentado regiones microscópicas donde se acumularon las primeras moléculas orgánicas. Este modelo sugiere la siguiente progresión: desde cristales de arcilla (Minerales) hasta el crecimiento de cristales, seguido de una «adquisición orgánica» (Donde las moléculas puramente inorgánicas son reemplazadas por moléculas basadas en carbono), lo que permite la formación de macromoléculas orgánicas que a su vez conducen al ADN. y células. Según lo previsto por R. Cairnes, la vida más temprana habría tenido varias características: podría evolucionar; era de «baja tecnología», con pocos genes (Sitios en la molécula de ADN que codifican la formación de proteínas específicas) y poca especialización; y estaba hecho de geoquímicos, derivados de reacciones de condensación en superficies sólidas, ya sea de pirita o de membranas de sulfuro de hierro.

Ambas ideas sobre el primer desarrollo de la vida tienen en su punto crucial la necesidad de reunir varios componentes químicos de alguna manera y luego, a partir de estos agregados, ensamblar moléculas muy complejas. En el modelo de ARN, los diversos productos químicos se ensamblan en líquido; en el segundo modelo, una plantilla mineral se convierte en un sitio de ensamblaje. Todavía no hay consenso sobre cuál de estas alternativas es correcta, o incluso si son las únicas alternativas.

¿Cuánto tiempo tomó?

El registro fósil nos dice que hace 3.5 mil millones de años existieron en la Tierra abundantes organismos capaces de responder a la luz y capaces de construir montículos, como se evidencia en rocas de la región de Warrawoona en Australia. Sin embargo, sabemos que solo 300 millones de años antes, en algún lugar hace unos 3.8 mil millones de años, la Tierra aún estaba siendo bombardeada por asteroides y cometas gigantes durante la fase de «bombardeo intenso». Esto parece un período de tiempo muy corto para que la primera vida evolucione. Stanley Miller (El químico que, con Harold Urey, demostró en la década de 1950 que los aminoácidos podían fabricarse en un tubo de ensayo), en la década de 1990 derivó una estimación de cuánto tardó en pasar de los químicos inorgánicos a la vida. Miller cree que la transición de la «sopa prebiótica» a las cianobacterias (Los microorganismos que encontramos hoy en día en los pantanos y estanques) puede haber tomado tan poco como 10 millones de años.

Miller basó su conclusión en tres líneas de evidencia: La tasa de reacciones químicas plausibles que llevaron a la formación de los componentes básicos de la vida; la estabilidad relativa de estos bloques de construcción, una vez realizados (El número de años que permanecen intactos antes de la descomposición); y las tasas de formación de nuevos genes a través de la «amplificación» en las bacterias modernas.

El primero de ellos, la tasa de síntesis de aminoácidos, es muy rápido, desde minutos a decenas de años como máximo. Una vez formados, la mayoría de los compuestos orgánicos (Como azúcares, ácidos grasos, péptidos e incluso ARN y ADN) pueden durar desde decenas de años hasta miles de años. Por lo tanto, estos no son pasos que limitan la velocidad; Poner las piezas juntas fue lo que llevó tiempo. Miller ve tres cuellos de botella: (1) El origen de los sistemas de replicación: Esencialmente la formación de ARN y luego la del ADN, que podría duplicarse; (2) La aparición de la biosíntesis de proteínas, o la capacidad de la molécula de ARN para comenzar a sintetizar proteínas, el material real de las células; y (3) El desarrollo evolutivo de las diversas operaciones celulares esenciales, como la replicación del ADN, la producción de ATP (La fuente de energía dentro de las células) y otras vías metabólicas básicas. En un artículo de 1996 escrito con Antonio Lazcano, Miller sostiene que el tiempo necesario para pasar de la sopa a los insectos puede haber sido mucho menos de 10 millones de años. Hacer la vida puede ser una operación rápida, una observación clave que respalda nuestra opinión de que la vida puede ser muy común en el Universo.

¿Cuándo pasó?

Casi tan controvertido como el «¿Cómo?» y el «¿Cuándo?» para alcanzar la vida es el «¿Dónde?». ¿En qué entorno físico se originó la primera vida en la Tierra? Responder a la pregunta de “¿Dónde?” también es un aspecto importante de evaluar la posibilidad y la frecuencia de vida en otros planetas.

El primer modelo, el más famoso y el más aceptado fue propuesto por Charles Darwin, quien en una carta a un amigo sugirió que la vida comenzó en una especie de «estanque poco profundo, calentado por el Sol». Este tipo de ambiente, ya sea fresco El agua o tal vez en una piscina de marea en la orilla del mar, sigue siendo un candidato viable. Otros científicos a principios del siglo XX, como J.B.S. Haldane y A. Oparin, estuvieron de acuerdo con Darwin y ampliaron esta idea. De forma independiente, plantearon la hipótesis de que la Tierra primitiva tenía una atmósfera «reductora» (Una que produce reacciones químicas al contrario de la oxidación; en ese entorno, el hierro nunca se oxida). La atmósfera en ese momento puede haber estado llena de metano y amoníaco, formando (Debido a que estaba llena de los químicos necesarios para crear aminoácidos) una «sopa primordial» ideal desde la cual apareció la primera vida en un cuerpo de agua poco profundo. Hasta la década de 1950 y la década de 1960, se creía que la atmósfera de la Tierra primitiva habría permitido la síntesis inorgánica común de los bloques de construcción orgánicos llamados aminoácidos por la simple adición de agua y energía, como se muestra en los famosos experimentos de Miller y Urey. en 1952. Todo lo que se necesitaba era un lugar conveniente para que se acumularan los distintos productos químicos. El mejor lugar para esto parecía ser un estanque fétido o un charco de mareas ondulado en el borde de un mar poco profundo y cálido.

Sin embargo, a medida que aprendemos más sobre la naturaleza de los entornos tempranos de nuestro planeta, los estanques tranquilos o las charcas de mareas parecen ser cada vez menos plausibles para la primera vida, o incluso que han existido en la superficie de la Tierra primitiva. Lo que Darwin no pudo apreciar en su tiempo (Ni tampoco Haldane y Oparin, en realidad) fue que los mecanismos que llevaron a la acumulación de la Tierra (Y de otros planetas terrestres) produjeron un mundo que, al principio de su historia, era duro y venenoso, un lugar muy alejado de la idílica marea o estanque previsto en el siglo XIX y principios del XX. De hecho, ahora tenemos una visión muy diferente de la naturaleza de la atmósfera y la química de la Tierra primitiva. Los científicos planetarios creen que el dióxido de carbono, no el amoníaco y el metano, dominaron la atmósfera más temprana y que las condiciones generales pueden no haber favorecido la síntesis generalizada de moléculas orgánicas en la superficie de la Tierra. Parece más razonable que la lluvia de asteroides y cometas entregara estos compuestos esenciales para la vida.

Pero si no fue en un estanque o en las “charcas de marea” ¿Dónde podrían estos componentes reunirse para producir vida? Aquí hay una vista alternativa del microbiólogo Norman Pace, uno de los grandes microbiólogos pioneros interesados en la evolución de la vida:

«Ahora podemos imaginar, en base a resultados sólidos, un escenario bastante creíble para los eventos terrestres que preparan el escenario para el origen de la vida. Parece bastante claro, ahora, que la Tierra primitiva era, en esencia, una bola fundida con un Atmósfera de vapor a alta presión, dióxido de carbono, nitrógeno y otros productos de emisiones volcánicas del planeta diferenciador. Parece poco probable que alguna masa de tierra haya alcanzado las olas (De un océano global) para formar las «charcas de marea» invocadas por algunas teorías para el origen de la vida».

Pace busca una configuración completamente diferente, una de calor y presión, como en los respiraderos volcánicos de aguas profundas.

El «¿Dónde?» del origen de la vida es obviamente controvertido, y como lo señaló el astrónomo Guillermo González de la Universidad de Washington, los hábitats favorecidos parecen depender de la disciplina de un científico dado. En su ensayo de 1998 «Extraterrestres: una visión moderna», González señaló: «El tipo de origen de la teoría de la vida que sostiene un científico parece depender de su campo de especialidad: A los oceanógrafos les gusta pensar que comenzó en aguas profundas termales. Los bioquímicos, como Stanley Miller, prefieren una marea cálida en la superficie de la Tierra, los astrónomos insisten en que los cometas desempeñaron un papel esencial al proporcionar moléculas complejas, y los científicos que escriben ciencia ficción a tiempo parcial imaginan que la Tierra fue «sembrada» por microorganismos interestelares. El hecho de que la vida apareció poco después de la finalización del intenso bombardeo hace unos 3.8 mil millones de años dice poco acerca de la probabilidad del origen de la vida: Podría haber sido un evento único que requería condiciones extraordinarias. Sin embargo, hay algunos ingredientes muy básicos que son requeridos por cualquier tipo de vida concebible, a pesar de las imaginaciones hiperactivas».

Nuestra visión de la «cuna de la vida» obviamente ha cambiado desde la época de Darwin. ¿Cómo imaginan ahora los científicos el planeta Tierra en el momento de la primera aparición de la vida? Incluso hace unos 4 mil millones de años, unos 500 millones de años después de las acreciones iniciales, la Tierra nos habría parecido un mundo muy extraño. Por ejemplo, había poca área de tierra, porque había pocos o ningún continente. Sin embargo, el vulcanismo y la erupción de lava desde el interior del planeta eran mucho más comunes que en la actualidad. Se estima que las crestas de aguas profundas, lugares donde se crea una nueva corteza oceánica en el fondo marino, han sido de tres a cinco veces más largas que en la actualidad, y la actividad hidrotermal en estas crestas puede haber sido hasta ocho veces mayor que en el mundo actual. Todo esto sugiere un mundo volcánico muy rico en energía, con enormes cantidades de químicos y compuestos de la Tierra profunda que se arrojan al medio ambiente oceánico. La química del agua de mar habría sido enormemente diferente de lo que es ahora. El océano era lo que llamaríamos «reducción» (En contraste con los océanos oxidantes actuales) porque no había oxígeno libre disuelto en el agua de mar. Las temperaturas de los océanos pueden haber sido mucho más altas que en la actualidad, desde tibias a calientes, tal vez lo suficientemente calientes como para quemarnos si estuviéramos allí. Finalmente, pudo haber entre 100 y 1000 veces más dióxido de carbono en la atmósfera que existe hoy en día.

Los extremófilos pueden por lo tanto proporcionar la pista más importante descubierta hasta la fecha. Darwin y de Duve dan a entender que la vida se originó en la superficie de la Tierra (Aunque de Duve cubre un poco esta pregunta con su comentario de que los ambientes dentro del planeta también pueden estar involucrados). Sin embargo, la mayoría de las vistas de la superficie de la Tierra en el momento de la primera formación de vida pintan un panorama muy sombrío. Los niveles letales de radiación ultravioleta contaminaron la superficie y los impactos de cometas gigantes con la Tierra vaporizaron periódicamente los océanos del planeta. La ebullición de los mares habría esterilizado repetidamente la superficie de la Tierra. Pero ¿Qué hay debajo de la superficie, en las regiones subterráneas ahora habitadas por los arqueas y bacterias extremófilas? Estos profundos ambientes hadinos pueden haber servido como refugios tipo refugio de bombas, protegiendo a los extremófilos profundos de la furia en la superficie del planeta. ¿Podría el subsuelo profundo haber servido no solo como refugio sino también como cuna de la vida en la historia de la Tierra? Los nuevos análisis del «Árbol de la vida», o la historia filogenética de la vida en nuestro planeta, respaldan esta posibilidad. Pero antes de examinar el Árbol de la Vida y lo que nos dice, debemos considerar otro posible origen de la vida en la Tierra.

¿Y los demás planetas?

Hay otra razón por la cual la vida, al menos la vida microbiana, puede estar ampliamente distribuida: los planetas pueden ser sembrados por la vida de otros planetas cercanos. Esto puede haber ocurrido en la Tierra; quizás la vida surgió en Marte o Venus y luego sembró nuestra Tierra. Si los microorganismos, las criaturas primitivas, pero casi indestructibles en el extremo inferior de la escala de CI cósmica, existen en un mundo determinado, deben viajar inevitablemente a sus vecinos inmediatos. Existe un «sistema de transporte interplanetario» natural que distribuye rocas entre planetas cercanos. Estas rocas sirven como naves espaciales naturales que son capaces de transportar polizones microbianos involuntarios desde la superficie de un planeta, a través de cientos de millones de kilómetros de espacio, a los planetas vecinos. Este proceso no tiene nada que ver con las inclinaciones o la tecnología de los habitantes. Es un acto ineludible de la naturaleza. Cada año, la Tierra se ve afectada por media docena de rocas de 1 kilogramo o más de Marte. Estas rocas fueron despegadas de Marte por grandes impactos y encontraron su camino hacia las órbitas de la Tierra, donde finalmente chocaron con la Tierra. Casi el 10% de las rocas lanzadas al espacio por Marte terminan en la Tierra. Todos los planetas son impactados por objetos interplanetarios grandes y pequeños a lo largo de toda su vida, y los impactos más grandes en realidad expulsan rocas al espacio y en órbita alrededor del Sol.

Una mirada a la Luna llena con binoculares muestra largas rayas o rayos que irradian desde el cráter Tycho, ubicado cerca del fondo de la Luna, como lo ven los observadores en el hemisferio norte. Los rayos son producidos por la caída de los escombros de impacto (Rocas) expulsados del cráter, que tiene un diámetro de 100 kilómetros. Los rayos se pueden rastrear casi a través del lado completo observable de la Luna, y ese vuelo «aerotransportado» tan largo es evidencia de que algunas eyecciones se aceleraron a una velocidad cercana a la órbita. Los escombros expulsados a velocidades superiores a la velocidad de escape (2.2 kilómetros por segundo) no retrocedieron, sino que volaron al espacio. Durante mucho tiempo se ha apreciado que el material podría ser expulsado de la Luna por impactos, pero solo en la última década nos hemos dado cuenta de que rocas completas de más de 10 kilogramos de masa podrían ser expulsadas de los planetas terrestres y no ser severamente modificadas por el proceso. Anteriormente se creía que el proceso de lanzamiento se fundiría por descarga o al menos seriamente material expulsado por calor. Había pocas expectativas de que las rocas capaces de transportar microorganismos vivos de planeta a planeta sobrevivieran a la gran violencia del lanzamiento. El descubrimiento de las rocas lunares en la Antártida mostró que esto es posible.

También hay una clase rara de meteoritos llamados SNC, o «meteoritos marcianos», que se cree que provienen de Marte. La primera sugerencia de que estos meteoritos extraños podrían ser marcianos fue recibida con considerable escepticismo. El descubrimiento de meteoritos lunares cambió esto al demostrar que en realidad existía un mecanismo de lanzamiento natural adecuado. Los meteoritos lunares podrían identificarse positivamente, porque las rocas recuperadas por el programa Apollo mostraron que las muestras lunares tienen propiedades distintivas que las distinguen de las rocas terrestres y los meteoritos normales derivados de los asteroides. La vinculación positiva de los meteoritos SNC con un origen marciano fue un proceso más complejo. Incluía mostrar que el gas noble atrapado en el vidrio en el meteorito servía como una huella dactilar reveladora que coincidía con la composición de la atmósfera marciana, medida por la nave espacial Viking que aterrizó en Marte en 1976. Las propiedades generales de los meteoritos del SNC revelaron que eran los basaltos formados en un cuerpo grande y geológicamente activo que definitivamente no era la Tierra ni la Luna. Debido a que la atmósfera de Venus es demasiado espesa y su superficie demasiado joven, Venus también se descartó como fuente.

El asombroso descubrimiento de que los meteoritos de la Luna y Marte llegan a la Tierra tiene profundas implicaciones para el transporte de la vida de un planeta a otro. A lo largo de la vida de la Tierra, miles de millones de rocas marcianas del tamaño de un fútbol han aterrizado en su superficie. Algunos fueron esterilizados por el calor del lanzamiento o por su largo tiempo de tránsito en el espacio, pero otros no. Algunas eyecciones marcianas solo se calientan suavemente y llegan a la Tierra en solo unos meses. Esta lanzadera interplanetaria es capaz de transportar vida microbiana de planeta a planeta. Al igual que las plantas que liberan semillas al viento, o las palmas que arrojan cocos al océano, los planetas con vida podrían sembrar a sus vecinos. Quizás, entonces, la vida en planetas terrestres cercanos pueda tener orígenes comunes. El proceso de siembra sería más eficiente para planetas que tienen pequeñas velocidades de escape y atmósferas delgadas. En este sentido, Marte es un mejor prospecto que la Tierra o Venus. Por eso se ha sugerido que Marte pudo haber sembrado vida terrestre.

¿Qué pasa con la transferencia de microorganismos entre sistemas estelares? Aunque los microorganismos son eliminados por la radiación en el espacio, algunas bacterias o virus incrustados en los granos de polvo podrían estar suficientemente protegidos para sobrevivir. Si es así, posiblemente podrían «sembrar» regiones de una galaxia a través del proceso conocido como Panspermia, según lo sugerido por Fred Hoyle y sus colaboradores a principios de los años ochenta.

Una vez que cualquier planeta en un sistema planetario particular se “infecta” con la vida, los procesos naturales pueden extender esa vida a otros sistemas. Por supuesto, este proceso puede funcionar solo en organismos que pueden soportar el vacío crudo del espacio exterior. La vida animal no puede propagarse de esta manera.

El árbol de la vida y el origen de los extremófilos

Una vez originada (O infectada de otra parte), la vida en la Tierra evolucionó rápidamente. Los genetistas han propuesto varios escenarios posibles para este primer despliegue de la biota de la Tierra.

La primera gran sorpresa entregada por las arqueas, los microorganismos extremofílicos en la Tierra, fue que podían vivir en ambientes extremos. El segundo e igualmente espectacular descubrimiento fue que las arqieas se encuentran entre los organismos más antiguos de la Tierra, y muestran algunos personajes que se consideran primitivos. Los estudios de los genes de bacterias y arqueas (Que utilizan poderosas técnicas de biología molecular) han demostrado que ambos parecen estar cerca de la base del llamado Árbol de la Vida (También conocido como el «árbol de la vida con raíces Woese», según su descubridor, el genetista CR Woese).

El Árbol de la Vida es realmente un modelo de la evolución de la vida en las principales categorías de organismos que existen hoy en día, y como tal se construye simplemente a partir de una serie de hipótesis en las que tenemos mayor o menor grado de confianza. Los estudios que comparan secuencias de genes en diversos organismos nos dan un mapa teórico de la historia evolutiva. De acuerdo con estos nuevos estudios, hay poco más «primitivo» que aún vive en la Tierra que los microorganismos hipertermofílicos (Aunque debemos tener en cuenta que el primitivo se usa aquí en el sentido de ser el primero, todavía son células muy sofisticadas, perfectamente adaptadas para su modo de vida). Sobre la base de los diversos estudios genéticos realizados hasta la fecha, las arqueas parecen compartir más características y genes con el supuesto organismo primordial (El supuesto ancestro común de toda la vida) que cualquier otro organismo que viva en la Tierra. Pero aún han sufrido más de 3.8 mil millones de años de evolución y, por lo tanto, pueden ser muy diferentes de la primera cepa de la vida.

Dar sentido (Y comprender el orden) de la diversidad de la vida es la especialidad de la biología sistemática. Los primeros sistematistas simplemente clasificaron a través de similitudes y diferencias de partes del cuerpo. Ahora clasifican por historia evolutiva, no por simple semejanza. Aunque la presencia de rasgos compartidos es a menudo una pista poderosa para un camino evolutivo, puede ser bastante engañosa. Los insectos, murciélagos, aves y pterosaurios vuelan (O volaron), pero solo están relacionados de forma distante. Un método de clasificación mucho más poderoso consiste en encontrar la presencia no solo de caracteres compartidos (Que pueden ser detalles anatómicos, como la presencia de una columna vertebral), sino también de caracteres derivados compartidos, indicaciones de que estos personajes han sido moldeados por fuerzas evolutivas y luego pasaron. Esta metodología particular, junto con los nuevos avances en la secuenciación del ADN, ha llevado a un gran avance en la comprensión de las categorías de la vida y la historia evolutiva. El análisis de las secuencias moleculares de la vida ha proporcionado un «mapa» aproximado de la evolución de la vida. Representado en forma gráfica, este mapa se convierte en el «árbol» mencionado anteriormente. Cuanto mayor sea el número de diferencias entre los genes, más separados evolutivamente estarán los grupos. Fue esta técnica la que iluminó la existencia de los tres «dominios», Archaea, Bacteria y Eucarya, y mostró que estas tres son las ramas más antiguas y fundamentales del Árbol de la Vida que todavía están presentes en el planeta. Este análisis también mostró que las bacterias y las arqueas son distintas, aunque tienen algunos atributos similares, como una célula sin un núcleo interno.

Al principio, parecería improbable que las secuencias de genes conservadas en organismos que aún viven puedan proporcionar algún tipo de clave precisa para el pasado, especialmente un pasado de esa antigüedad, ya que la secuenciación es un intento de desentrañar la primera diversificación de la vida, que tuvo lugar hace más de 3 mil millones de años. Y, sin embargo, al menos en algunas moléculas, el cambio evolutivo ha sido extremadamente lento. Los lugares más convenientes para estudiar las tasas de cambio evolutivo dentro de las células son pequeñas subunidades de ARN extraídas de los ribosomas, diminutos orgánulos encontrados dentro de todas las células; Esta ha sido la Piedra de Rosetta que nos ha permitido construir una nueva visión del pasado antiguo utilizando solo el pasado reciente como nuestra evidencia.

Gran parte de este trabajo se realizó en la década de 1990 y contradice las creencias de larga tiempo acerca de la filogenia, o vía evolutiva, de la vida. Muestra que las divisiones entre los dominios son extremadamente antiguas. Pero, con mucho, el resultado más intrigante es la evidencia de que las arqueas y las bacterias más antiguas que existen son los extremófilos amantes del calor: Solo los tipos de microorganismos que encontramos en los entornos extremos de la Tierra hoy en día. También se encuentran entre los organismos de evolución más lenta. Este descubrimiento indica que la vida más temprana en la Tierra fue algún tipo de extremófilo o que los extremófilos han sobrevivido mejor a las numerosas esterilizaciones cercanas de la Tierra primitiva. Las implicaciones son de la mayor importancia para aquellos que intentan estimar qué tan común es la vida en otros planetas. Parece que la vida puede haber surgido por primera vez en la Tierra en condiciones de alta temperatura y presión, ya sea bajo el agua o en la profundidad de la corteza terrestre. Como se señaló anteriormente, puede ser que la vida pueda originarse en entornos mucho más severos, y por lo tanto mucho más comunes en el Universo, de lo que alguna vez soñamos.

La opinión de que los microorganismos extremofílicos ofrecen pistas sobre el entorno de la primera formación de la vida en la Tierra es relativamente reciente. En un artículo científico publicado en 1985, John Baross y S. Hoffman argumentaron que la vida surgió por primera vez en los sistemas de ventilación hidrotermal de aguas profundas. En ese momento, los microorganismos extremofílicos en tales entornos solo se habían descubierto recientemente. Sin embargo, a Baross y Hoffman les parecieron que los primeros sitios hidrotermales, así como las profundas regiones de la corteza terrestre, ofrecían los productos químicos y la energía necesarios para formar la primera vida y los refugios que necesitaría para mantenerse vivos durante las violentas fases tempranas de la historia de la Tierra. Después de todo, comparado con el intenso bombardeo de asteroides, el fondo del océano profundo cerca de los sistemas de ventilación hidrotermal, por violentos que sean, constituiría un entorno relativamente estable, tal vez el único entorno en la Tierra adecuado para la primera formación y la primera floración de la vida. La comunidad científica rechazó en gran medida esta nueva hipótesis cuando se adelantó por primera vez, ya que la ubicuidad y la variedad de microorganismos extremófilos en tales entornos aún no se conocían. Pero a medida que la hipótesis de ventilación hidrotermal obtuvo el apoyo de los estudios del Árbol de la Vida evolutivo, muchos consideraron que la configuración de ventilación profunda era el candidato más fuerte para el lugar de origen de la vida.

Varias propiedades clave de los respiraderos hidrotermales hacen atractiva esta hipótesis. Primero, los respiraderos hidrotérmicos contienen regiones donde la temperatura, la acidez y el contenido químico son favorables para la vida. También contienen un conjunto de ingredientes que conforman la receta para la vida, como compuestos orgánicos, hidrógeno, oxígeno y abundante energía en gradientes de energía apropiados. Ofrecen superficies reactivas, lugares en sustratos de roca que podrían actuar como plantillas para la formación temprana de proteínas. Y lo más importante, tal vez, existen hoy y nos permiten probar la plausibilidad de esta hipótesis.

La interpretación más convincente que vincula el origen de la vida en la Tierra con los sistemas hidrotermales proviene del astrobiólogo Everett Shock y sus colegas de la Universidad de Washington. Shock señala que, a diferencia de los océanos, la atmósfera temprana probablemente no era un ambiente reductor (Esta suposición es contraria a la de otros, que creen que la atmósfera puede haberse mantenido reducida durante un período prolongado de tiempo, lo que proporciona ambientes donde los compuestos orgánicos pueden haberse formado de una manera posterior a los famosos experimentos de síntesis de Miller-Urey de principios de la década de 1950). Shock argumenta que, en ausencia de una atmósfera reductora, la síntesis de compuestos orgánicos como el metano y el amoníaco, componentes necesarios para la vida, hubiera sido imposible en la superficie de la Tierra. En cambio, las primeras reacciones para construir compuestos orgánicos habrían sido la conversión del gas común dióxido de carbono y quizás monóxido de carbono en compuestos orgánicos. Este es un escenario radicalmente diferente de la idea de que simplemente el hecho de golpear el océano temprano con un rayo (Como lo imaginaron Miller y Urey) crearía compuestos orgánicos, que de alguna manera se fusionarían para formar la vida primitiva.

Shock también sostiene que la superficie de la Tierra primitiva habría sido el lugar más inhóspito para el origen de la vida, ya que habría sido bombardeada por la radiación ultravioleta y los desechos cósmicos. Al igual que John Baross, Jody Deming y otros, Shock cae fuertemente del lado de los sistemas hidrotermales submarinos como la cuna de la vida. Estos sistemas habrían proporcionado la combinación de altas temperaturas y ambiente químico (Condiciones reductoras) necesarias para convertir el dióxido de carbono en material orgánico. La energía química para esta síntesis habría provenido de la mezcla de fluidos altamente reducidos ricos en el gas nocivo sulfuro de hidrógeno con agua de mar menos reducida en las mismas gargantas de los sistemas de ventilación hidrotermal. La mezcla de estas dos soluciones diferentes proporcionaría energía: Energía química. Esta misma fuente de energía es la base de las comunidades modernas de ventilación de aguas profundas de los organismos. En un mundo así, los primeros sistemas metabólicos de la vida habrían sido «quimioautótrofos», que no existen al llevar a cabo la fotosíntesis o al comer otras criaturas, sino que derivan la energía de las reacciones químicas en el agua de mar.

Gran parte del debate más reciente sobre el origen de la vida se ha centrado en si se produjo en un entorno realmente «caliente» (Por encima del punto de ebullición del agua), como el que se encuentra a profundidad de los respiraderos hidrotérmicos volcánicos o en un entorno simplemente «caliente». Si la vida primitiva utilizó ARN en lugar de ADN para obtener información genética, parece poco probable que el ambiente «caliente» haya sido la cuna de la vida, porque el ARN es mucho menos estable que el ADN en condiciones de calentamiento. Probablemente, el ARN sería incapaz de desarrollarse o evolucionar por encima de los 100°C, y tales temperaturas se encuentran de manera rutinaria dentro de los sistemas de ventilación hidrotermal. Puede ser que, contrariamente a la interpretación de aquellos que usan el Árbol de la Vida como evidencia primaria, la vida más temprana se originara como microorganismos mesofílicos (Amantes de lo tibio) en lugar de termofílicos (Amantes de lo caliente). Bajo este escenario, las verdaderas formas amantes del calor evolucionaron a partir de las formas amantes de lo tibio y pueden haber sido los únicos sobrevivientes del holocausto cometario, todos los «mesófilos» de la época se habían recalentado hasta la extinción.

Este debate no terminará pronto. No hay manera de saber hasta qué punto los antiguos ancestros de los extremófilos vivientes se parecían a los microorganismos que aún se encuentran en nuestro planeta. John Baross ha señalado que el período entre 4.0 y 3.5 mil millones de años puede haber sido un tiempo de extensa «experimentación» evolutiva, con un solo linaje evolutivo que se convirtió en la fuente de los organismos existentes. El árbol aceptado hasta 1997 puede registrar a los sobrevivientes solitarios de hace mucho tiempo, en lugar del verdadero primer antepasado de toda la vida en este planeta. En tal caso, el «tronco» basal del árbol no es más que una rama que se extiende desde un árbol mucho más profundamente enraizado, cuyo otro, más antiguo Las ramas han sido despojadas de la Tierra a través de la extinción.

Para 1998, el «Árbol de la vida» había cambiado de aspecto nuevamente. Los detalles de sus ramas superiores permanecieron casi iguales a los del árbol de 1997, pero la forma de su base comenzó a verse diferente. Esta reorganización se basó en los nuevos resultados de la secuenciación del ADN de un microorganismo llamado Aquifex, un termófilo que vive en aguas termales en el Parque Yellowstone. Aquifex tuvo su conjunto completo de genes decodificados. Para sorpresa de muchos (Que esperaban que fuera muy similar a la vida más primitiva), Aquifex resultó tener un conjunto de genes no muy diferente del de muchos otros microorganismos no extremofófilos. De hecho, este termófilo se diferenció en una única secuencia genética de microorganismos que pueden vivir a temperaturas normales. La implicación es que los microorganismos que pertenecen a grupos biológicos ampliamente divergentes (Incluyendo, quizás, diferentes dominios) parecen haber sido capaces de intercambiar bloques enteros de genes, un proceso llamado intercambio de genes, muy temprano en su historia. El intercambio de genes, o transferencia lateral de genes, debe haber sido una forma radical y común de intercambio genético.

Si el intercambio de genes fue manejado tan fácilmente por los primeros grupos de la vida en la Tierra, podría ayudar a explicar por qué toda la vida (Al menos toda la vida en la Tierra) utiliza el mismo código genético. Carl Woese supone que los tres dominios, Archaea, Bacteria y Eucarya, surgieron del conjunto compartido de genes que comúnmente se transfirieron de organismo a organismo por el proceso de transferencia lateral de genes. Las innovaciones surgidas en cualquier individuo fueron compartidas y asimiladas rápidamente por otros en el acervo genético. Eventualmente, a medida que más y más proteínas complejas llegaron a existir, y a medida que las combinaciones de genes que codifican la formación de proteínas se volvieron cada vez más complejas, surgieron los tres dominios.

La visión estándar, que Bacteria y Archaea son los dos grupos más antiguos, y que los eucariotas descendieron de uno de ellos, ahora tiene dos alternativas: que los tres grupos emergieron de un «grupo» de genes común o que alguna vez incluso hubo un cuarto dominio, más primitivo que dio origen al resto, pero ahora está extinto.

Cualquiera que sea su fuente, la vida fue arraigada y probablemente generalizada en el planeta Tierra hace unos 3.5 mil millones de años. La evolución estaba en funcionamiento, y una gran cantidad de nuevas especies proliferaron a medida que la vida comenzó a explotar nuevos alimentos, nuevos hábitats y nuevas oportunidades. Las posibles formas en que la vida se formó por primera vez y la velocidad de su formación sugieren que la vida puede no ser una propiedad única de este planeta. Tal vez se puede encontrar en cualquier planeta o satélite con calor, hidrógeno y un poco de agua en una corteza rocosa. Tales entornos son comunes en nuestro Sistema Solar y probablemente en otras partes de la galaxia y el Universo, por lo que la vida en sí misma puede ser generalizada. La lección de la Tierra es que no solo puede vivir en entornos extremos, sino que también puede formarse en esos lugares. La vida, pero no la vida animal. En una próxima entrada platicaremos sobre ese paso adicional a la vida animal que ocurrió en la Tierra y si podemos usar este paso esencial en la historia de la Tierra como un medio para modelar la evolución y la formación de análogos a la vida animal en otros planetas.