Abiogénesis

En las ciencias de la naturaleza, la cuestión del origen de la vida consiste en un estudio especializado en el que se establece la teoría de que la vida evolucionó de la materia inerte en algún momento entre los 4400 millones de años, cuando el vapor de agua pudo condensarse por primera vez​. y los 2700 millones de años atras , cuando la proporticón entre los isotopos estables de carbono (¹²C y ¹³C ), hierro y azufre induce a pensar en un origen biogénico de los minerales y sedimentos que se produjeron en esa época​​ and molecular biomarkers indicate photosynthesis.​​Este tema también incluye teorías e ideas al respecto de la hipótesis de un posible origen extraplanetario o extraterrestre de la vida, que habría sucedido durante los últimos 13.700 millones de años de evolución del Universo conocido tras el Big Bang.

Los estudios sobre el origen de la vida constituyen un campo limitado de investigación, a pesar de su profundo impacto en la biología y la comprensión humana del mundo natural. Los progresos en esta área son generalmente lentos y esporádicos, aunque aún atraen la atención de muchos dada la importancia de la cuestión que se investiga. Existe una serie de observaciones que apuntan las condiciones fisicoquímicas en las cuales pudo emerger la vida, pero todavía no se tiene un cuadro razonablemente completo acerca de cómo pudo ser este origen. Estas explicaciones no pretenden discernir sobre aspectos religiosos que examinan el papel de la voluntad divina en el origen de la vida (creacionismo), ni sobre aspectos metafísicos que ilustren acerca las causas primigenias.

Véase también: Escala temporal de la vida

Modelos actuales

No hay un verdadero modelo "estándar" del origen de la vida. Los modelos actualmente más aceptados se construyen de uno u otro modo sobre cierto número de descubrimientos acerca del origen de los componentes celulares y moleculares de la vida, enumerados en el orden más o menos aproximado en el que se postula su emergencia:

1. Las posibles condiciones prebióticas terminaron con la creación de ciertas moléculas pequeñas básicas (monómeros) de la vida, como los aminoácidos. Esto fue demostrado en el experimento Urey-Miller llevado a cabo por Stanley L. Miller y Harold C. Urey en 1953.
2. Los fosfolípidos (de una longitud adecuada) pueden formar espontáneamente bicapas lipídicas, uno de los dos componentes básicos de la membrana celular.
3. La polimerización de los nucleótidos en moléculas de ARN al azar pudo haber dado lugar a ribozimas autoreplicantes (hipótesis del mundo de ARN).
4. Las presiones de selección para una eficiencia catalítica y una diversidad mayor terminaron en ribozimas que catalizaban la transferencia de péptidos (y por ende la formación de pequeñas proteínas), ya que los oligopéptidos formaban complejos con el ARN para formar mejores catalizadores. De ese modo surgió el primer ribosoma y la síntesis de proteínas se hizo más prevalente.
5. Las proteínas superan a las ribozimas en su capacidad catalítica y por tanto se convierten en el biopolímero dominante. Los ácidos nucleicos quedan restringidos a un uso predominantemente genómico.

El origen de las biomoléculas básicas, aunque aún no ha sido establecido, es menos controvertido que el significado y orden de los pasos 2 y 3. Los reactivos químicos inorgánicos básicos a partir de los cuales se formó la vida son el metano , amoniaco , agua sulfuro de hidrógeno (H₂S), dióxido de carbono y anión fosfato .

A fecha de 2006, aún nadie ha sintetizado una protocélula utilizando los componentes básicos que tenga las propiedades necesarias para la vida (el llamado enfoque "de abajo a arriba"). Sin esta prueba de principio, las explicaciones tienden a quedarse cortas. No obstante, algunos investigadores están trabajando en este campo, en especial Jack Szostak de la Universidad de Harvard. Otros autores han argumentado que un enfoque "de arriba a abajo" sería más asequible. Uno de estos intentos fue realizado por Craig Venter y colaboradores en el Institute for Genomic Research. Utilizaba ingeniería genética con células procariotas existentes con una cantidad de genes progresivamente menor, intentando discernir en qué punto se alcanzaban los requisitos mínimos para la vida. El biólogo John Desmon Bernal acuñó el término biopoiesis para este proceso, y sugirió que había un número de "estadios" claramente definidos que se podían reconocer a la hora de explicar el origen de la vida:

• Estadio 1: El origen de los monómeros biológicos
• Estadio 2: El origen de los polímeros biológicos
• Estadio 3:La evolución desde lo molecular a la célula.

Bernal sugirió que la evolución darwiniana pudo haber comenzado temprano, en algún momento entre el estadio 1 y 2.

Origen de las moléculas orgánicas

El experimento de Miller-Urey intentó recrear las condiciones químicas de la Tierra primitiva en el laboratorio y sintetizó algunos de los "ladrillos" de la vida.

Los experimentos de Miller

Los experimentos, que comenzaron en 1953, fueron llevados a cabo por Stanley Miller, bajo condiciones simuladas que recordaban aquellas que se pensaba que habían existido poco después de que la Tierra comenzara su acreción a partir de la nebulosa solar primordial. Los experimentos se llamaron "experimentos de Miller". El experimento original de 1953 fue realizado por Miller cuando era estudiante de licenciatura y su profesor Harold Urey. El experimento usaba una mezcla altamente reducida de gases (metano, amoniaco e hidrógeno). No obstante la composición de la atmósfera terrestre prebiótica aún resulta materia de debate. Otros gases menos reductores proporcionan una producción y variedad menores. En un momento se pensó que cantidades apreciables de oxígeno molecular estaban presentes en la atmósfera prebiótica, que habrían impedido esencialmente la formación de moléculas orgánicas. No obstante, el consenso científico actual es que este no era el caso. El experimento mostraba que algunos de los monómeros orgánicos básicos (como los aminoácidos) que forman los ladrillos de los polímeros de la vida moderna se pueden formar espontáneamente. Las moléculas orgánicas más simples están lejos de lo que es una vida autorreplicante completamente funcional. Pero en un ambiente sin vida preexistente estas moléculas se podrían haber acumulado y proporcionado un ambiente rico para la evolución química ("teoría de la sopa").

Por otra parte, la formación espontánea de polímeros complejos a partir de los monómeros generados abióticamente bajo esas condiciones no es un proceso tan sencillo. Además de los monómeros orgánicos básicos necesarios, también se formaron en altas concentraciones durante los experimentos compuestos que podrían haber impedido la formación de la vida.

Se ha postulado otras fuentes de moléculas complejas, incluyendo fuentes de origen extraterrestres estelares o interestelares. Por ejemplo, a partir de análisis espectrales, se sabe que las moléculas orgánicas están presentes en meteoritos y cometas. En el 2004, un equipo detectó trazas de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH's) en una nebulosa, la molécula más compleja hasta la fecha encontrada en el espacio. El uso de PAH's también ha sido propuesto como un precursor del mundo de ARN en la hipótesis del mundo de PAH's (PAH world).

Se puede argumentar que el cambio más crucial que aún sigue sin recibir respuesta por esta teoría es cómo estos "ladrillos" orgánicos relativamente simples polimerizan y forman estructuras más complejas, interactuando de modo consistente para formar una protocélula. Por ejemplo, en un ambiente acuoso la hidrólisis de oligómeros/polímeros en sus constituyentes monoméricos está energéticamente favorecida sobre la condensación de monómeros individuales en polímeros. Además, el experimento de Miller produce muchas substancias que acabarían dando reacciones cruzadas con los aminoácidos o terminar la cadena peptídica.

Hipótesis de Eigen

A principios de los años 1970 se organizó una gran ofensiva al problema del origen de la vida por un equipo de científicos reunidos en torno a Manfred Eigen del instituto Max Planck. Intentaron examinar los estados transitorios entre el caos molecular de una sopa prebiótica y los estados transitorios de un hiperciclo de replicación, entre el caos molecular en una sopa prebiótica y sistemas macromoleculares autorreproductores simples.

En un hiperciclo, el sistema de almacenamiento de información (posiblemente ARN) produce una enzima, que cataliza la formación de otro sistema de información en secuencia hasta que el producto del último ayuda a la formación del primer sistema de información. Con un tratamiento matemático, los hiperciclos pueden crear cuasiespecies, que a través de selección natural entraron en una forma de evolución Darwinista. Un impulso a la teoría del hiperciclo fue el descubrimiento de que el ARN, en ciertas circunstancias se transforma en ribozimas, una forma de enzima de ARN.

Hipótesis de Wächstershäuser

Otra posible respuesta a este misterio de la polimerización fue propuesta por Günter Wächstershäuser en 1980, en su teoría del hierro-sulfuro. En esta teoría, postuló la evolución de las rutas (bio)químicas como el fundamento de la evolución de la vida. Incluso presentó un sistema consistente para rastrear las huellas de la actual bioquímica desde las reacciones ancestrales que proporcionaban rutas alternativas para la síntesis de "ladrillos orgánicos" a partir de componentes gaseosos simples.

Al contrario que los experimentos clásicos de Miller, que dependían de fuentes externas de energía (como relámpagos simulados o irradiación UV), los "sistemas de Wächstershäuser" vienen con una fuente de energía incorporada, los sulfuros de hierro y otros minerales (p.ej la pirita). La energía liberada a partir de las reacciones redox de esos sulfuros metálicos, no sólo estaba disponible para la síntesis de moléculas orgánicas, sino también para la formación de oligómeros y polímeros. Se lanza por ello la hipótesis de que tales sistemas podrían ser capaces de evolucionar hasta formar conjuntos autocatalíticos de entidades autorreplicantes metabólicamente activas que serían los precursores de las actuales formas de vida.

El experimento tal y como fue llevado a cabo rindió una producción relativamente pequeña de dipéptidos (del 0.4% al 12.5 %) y una producción similar de tripéptidos (0,003%) y los autores advirieron que: "bajo estas mismas condiciones los dipéptidos se hidrolizaban rápidamente." Otra crítica del resultado es que el experimento no incluía ninguna organomolécula que pudiera con mayor probabilidad dar reacciones cruzadas o terminar la cadena (Huber y Wächsterhäuser, 1998).

La última modificación de la hipótesis del hierro-sulfuro fue propuesta por William Martin y Michael Russell en 2002. De acuerdo con su escenario, las primeras formas celulares de vida pudieron haber evolucionado dentro de las llamadas "chimeneas negras" en las profundidades donde se encuentran las zonas de extensión del fondo oceánico. Estas estructuras consisten en cavernas a microescala que están revestidas por delgadas paredes membranosas de sulfuros metálicos. Por tanto, estas estructuras resolverían varios puntos críticos de los sistemas "puramente" de Wächstershäuser de una sola vez:

1. Las microcavernas proporcionan medios para concentrar las moléculas recién sintetizadas, por tanto aumentando la posibilidad de formar oligómeros.
2. Los abruptos gradientes de temperatura que se encuentran dentro de una chimenea negra permiten establecer "zonas óptimas" de reacciones parciales en diferentes regiones de la misma ( p. ej. la síntesis de monómeros en las zonas más calientes, y la oligomerización zonas más frías)
3. El flujo de agua hidrotermal a través de la estructura proporciona una fuente constante de "ladrillos" y energía (sulfuros metálicos recién precipitados)
4. El modelo permite una sucesión de diferentes pasos de evolución celular (química prebiótica, síntesis de monómeros y oligómeros, síntesis de péptidos y proteínas, mundo de ARN, ensamblaje de ribonucleoproteínas y mundo de ADN) en una única estructura, facilitando el intercambio entre todos los estadios de desarrollo.
5. La síntesis de lípidos como medio de "aislar" las células del medio ambiente no es necesaria hasta que básicamente estén todas las funciones celulares desarrolladas.

Este modelo sitúa al "último antepasado común universal" (LUCA, del inglés Last Universal Common Ancestor) dentro de una chimenea negra, en lugar de asumir la existencia de una forma de vida libre de LUCA. El último paso evolutivo sería la síntesis de una membrana lipídica que finalmente permitiera al organismo abandonar el sistema en el interior de la microcaverna de las chimeneas negras y comenzar su vida independiente. Este postulado de una adquisición tardía de los lípidos es consistente con la presencia de tipos completamente diferentes de lípidos de membrana en arqueobacterias y eubacterias (más los eucariotas) con una fisiología altamente similar en todas las formas de vida en otros aspectos.

Otro asunto sin resolver en la evolución química es el origen de la homoquiralidad, p.ej. todos los monómeros tienen la misma "mano dominante" (los aminoácidos son zurdos y los ácidos nucleicos y azúcares son diestros). La homoquiralidad es esencial para la formación de ribozimas funcionales (y probablemente también de proteínas). El origen de la homoquiralidad podría explicarse simplemente por una asimetría inicial por casualidad seguida de una descendencia común.

Los trabajos llevados a cabo en 2003 por científicos de Purdue identificaron el aminoácido serina como la probable raíz que provoca la homoquiralidad de las moléculas. La serina produce enlaces particularmente fuertes con los aminoácidos de la misma quiralidad, lo cual resulta en un grupo de ocho moléculas que podrían todas ella ser diestras o zurdas. Esta propiedad se contrapone a la de otros aminoácidos que son capaces de formar enlaces débiles con los aminoácidos de quiralidad opuesta. Aunque el misterio de por qué acabó siendo dominante la serina zurda aún está sin resolver, los resultados sugieren una respuesta a la cuestión de la transmisión quiral: el cómo las moléculas orgánicas de una quiralidad mantienen la dominancia una vez que se establece la asimetría.

De las moléculas orgánicas a las protocélulas

La cuestión de "¿Cómo unas simples moléculas orgánicas forman una protocélula?" lleva mucho tiempo sin respuesta, pero existen muchas hipótesis. Algunas de estas postulan una temprana aparición de los ácidos nucleicos ("genes-first") mientras que otras postulan que primero aparecieron las reacciones bioquímicas y las rutas metabólicas ("metabolism-first"). Recientemente están apareciendo tendencias con modelos híbridos que combinan aspectos de ambos.

Modelos "Genes first": El mundo de ARN

La hipótesis del mundo de ARN sugiere que las moléculas relativamente cortas de ARN se podrían haber formado espontáneamente de modo que fueran capaces de catalizar su propia replicación continua. Es difícil de calibrar la probabilidad de esta formación. Se han expuesto algunas teorías de como pudo haber sucedido. Las primeras membranas celulares pudieron haberse formado espontáneamente a partir de proteinoides -moléculas similares a proteínas que se producen cuando se calientan soluciones de aminoácidos- cuando se presentan están presentes a la concentración correcta en solución acuosa, estas forman microesferas que, según se ha observado, presentan una conducta similar a los compartimientos rodeados de membrana.

Otras posibilidades incluyen sistemas de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de sustratos de arcilla o en la superficie de rocas piríticas. Entre los factores que apoyan un papel importante para el ARN en la vida primitiva se incluye su habilidad para replicar (véase el Monstruo de Spiegelman). Su habilidad para actuar tanto para almacenar información y catalizar reacciones químicas (como ribozima); su papel extremadamente importante como intermediario en la expresión y mantenimiento de la información genética (en forma de ADN) en los organismos modernos y en la facilidad de su síntesis química o al menos de los componentes de la molécula bajo las condiciones aproximadas de la tierra primitiva.

Aún quedan algunos problemas con la hipótesis de mundo de ARN, en particular la inestabilidad del ARN cuando se expone a la radiación ultravioleta, la dificultad de activar y ligar los nucleótidos y la carencia de fosfato disponible en solución requerida para construir su columna vertebral y la inestabilidad de la base citosina (que es susceptible a la hidrólisis). Recientes experimentos también sugieren que las estimaciones originales del tamaño de una molécula de ARN capaz de autorreplicación eran muy probablemente ampliamente subestimadas. Formas más modernas de la teoría del mundo de ARN proponen que una simple molécula era capaz de autorreplicación (que otro "Mundo" por tanto evolucionó con el tiempo hasta producir el mundo de ARN). En este momento, no obstante, las distintas hipóteis tienen insuficientes pruebas que lo apoyen. Muchas de estas pueden ser simuladas y probadas en el laboratorio, pero la ausencia de rocas sedimentarias sin alterar de un momento tan temprano en la historia de la tierra nos deja pocas oportunidades de probar robustamente esta hipótesis.

Modelos "Metabolism first": El mundo de hierro-sulfuro y otros

Algunos modelos rechazan la idea de la autorreplicación de un "gen desnudo" y postulan la emergencia de un metabolismo primitivo que pudo proporcionar un ambiente para la posterior emergencia de la replicación del ARN. Una de las más tempranas encarnaciones de esta idea fue presentada en 1924 por la noción de Alexander Oparin de primitivas vesículas autorreplicantes que precedieron al descubrimiento de la estructura del ADN. Las variantes más recientes de los años 1980 y 1990 incluyen la teoría del mundo de hierro-sulfuro de Günter Wächstershäuser y modelos presentados por Christian de Duve basados en la química de los tioésteres.

Entre algunos modelos más abstractos y teóricos de la plausibilidad de la emergencia del metabolismo sin la presencia de genes se incluye un modelo matemático presentado por Freeman Dyson a principios de los años 1980 y la noción de Stuart Kauffman de conjuntos colectivamente autocatalíticos, discutidos ya avanzada la década. Sin embargo, la idea de que un ciclo metabólico cerrado, como el ciclo reductor del ácido cítrico propuesto por Günter Wächstershäuser, pudo formarse espontáneamente, aún permanece sin pruebas. De acuerdo con Leslie Orgel, un líder en los estudios sobre el origen de la vida durante algunas de las pasadas décadas, hay razones para creer que la afirmación permanecerá así. En un artículo titulado "Self-Organizing Biochemichal Cycles" (PNAS, vol. 97 no.23, Noviembre 7, 2000, p12503-12507), Orgel resume su análisis de la propuesta estipulando que "Por ahora no existe razón para esperar que ciclos de múltiples pasos como el ciclo reductor del ácido cítrico pudiera autoorganizarse en la superficie de FeS/FeS2 o de algún otro mineral." Es posible que otro tipo de ruta metabólica fuera usada en los comienzos de la vida. Por ejemplo, en lugar del ciclo reductivo del ácido cítrico, la ruta "abierta de la acetil-CoA (otro de loas cuatro vías reconocidas de fijación de dióxido de carbono en la naturaleza actualmente) podría ser más compatible con la idea de autoorganización en una superficie de sulfuro metálico. La enzima clave de esta vía, monóxido de carbono deshidrogenasa/acetil-CoA tiene anclados grupos mixtos de sulfuro de hierro y niquel en sus centros de reacción y cataliza la formación de acetil-CoA (que podría ser recordado como una forma moderna de acetilo-tiol)en un único paso.

Teoría de la burbuja

Las olas que rompen en las costas crean una delicada espuma compuesta por burbujas. Los vientos que barren el océano tienen tendencia a llevar cosas a la costa, de forma similar a la madera que se junta a la deriva en una playa. Es posible que las moléculas orgánicas se pudieran concentrar en los bordes costeros de un modo parecido. Las aguas costeras más someras también tienden a ser más cálidas, concentrando más tarde las moléculas orgánicas por evaporación. Mientra las burbujas formadas mayormente por agua estallan rápidamente, sucede que las burbujas de grasas son mucho más estables, dándole más tiempo a cada burbuja en particular para llevar a cabo estos cruciales experimentos.

Los fosfolípidos son un buen ejemplo de un compuesto graso que se cree que fue prevalente en los mares prebióticos. Debido a que los fosfolípidos contienen una cabeza hidrofóbica en un extremo y una cola hidrofílica en el otro, tienen tendencia a formar espontáneamente bicapas lipídicas en agua. Una burbuja de monocapa lipídica solo puede contener grasa y una burbuja de bicapa liídica solo puede contener agua y fue un probable precursor de las modernas membranas celulares. Si una proteína acaba incrementando la integridad de su burbuja nodriza, entonces la burbuja tiene una gran ventaja y acaba situándose en la cúspide de la selección natural esperando en la lista. La primitiva reproducción se podría visualizar cuando las burbujas estallaban, liberando el resultado del experimento en su medio circundante. Una vez que se libera una cantidad suficiente del "material correcto", el desarrollo de los primeros procariotas, eucariotas y organismos multicelulares se podía lograr. Esta teoría está ampliada del libro La célula: Evolución del primer organismo de Joseph Panno Ph.D.

De modo similar, las burbujas formadas completamente por moléculas similares a proteínas, llamadas microesferas, se formarían espontáneamente bajo las condiciones adecuadas. Pero no hay precursores probables de las modernas membranas celulares, puesto que las membranas celulares están compuestas primariamente de componentes lipídicos más que de componentes aminoacídicos.

Modelos híbridos

Una creciente comprensión de la inadecuación de modelos puramente "genes first" o "metabolism-first", está llevando a tendencias hacia modelos que incorporan aspectos de ambos.

Otros modelos

Autocatálisis

El etólogo británico Richard Dawkins escribió sobre la autocatálisis como una explicación potencial para el origen de la vida en su libro el 2004 La historia del antepasado. Los autocatalizadores son substancias que catalizan su propia producción y por tanto la propiedad de ser un replicador molecular simple. En este libro, Dawkins cita experimentos llevados a cabo por Julius Rebek y colaboradores en el Sripps research Institute de California en el que combinan amino adenosina y ester de pentafluorofenilo con el autocatalizador éster triacído de amino adenosina (AATE). Un sistema del experimento contenía variantes de AATE que catalizaban su propia síntesis. Este experimento demostraba la posibilidad de la autocatalisis podía mostrar competición entre una población de entidades con herencia, que podía ser interpretada como una forma rudimentaria de selección natural.

Teoría de la arcilla

Graham Cairns-Smith de la universidad de Glasgow presentó una hipótesis sobre el origen de la vida en 1985 basada en la arcilla y fue adoptada como una ilustración plausible por solo un puñado de otros científicos (incluyendo a Richard Dawkins). La teoría de la arcilla postula que las moléculas orgánicas complejas crecieron gradualmente en una plataforma de replicación no orgánica preexistente -cristales de silicato en disolución-. La complejidad de las moléculas acompañantes que se desarrollaba como una función de las presiones de selección en tipos de cristales de arcilla es entonces extraída para servir a la replicación de moléculas orgánicas independientemente de su "pista de despegue" en su silicato.

Cairns-Smith es un firme crítico de otros modelos de evolución química (véase Genetic Takeover:And the Mineral Origins of Life ISBN 0-521-23312-7). No obstante, él admite que, como muchos modelos del origen de la vida, el suyo también tiene defectos (Horgan 1991). Es verdaderamente, "sacar la vida debajo de las piedras".

Peggy Rigou del Instituto Nacional de Investigación Agronómica de USA (INRA), en Jouy-en-Josas, Francia, publica en la edición del 11 de Febrero de Science News que los priones son capaces de unirse a partículas de arcilla y abandonar estas partículas cuando la arcilla se carga negativamente. Mientras no se hace ninguna referencia en el apartado de implicaciones para las teorías del origen de la vida, esta investigación podría sugerir que los priones son una ruta probable hacia las primeras moléculas reproductoras.

Modelo de Gold de "Biosfera profunda y caliente"

El descubrimiento de los nanobes (estructuras filamentosas más pequeñas que las bacterias que contienen ADN) en rocas profundas, llevó a una teoría controvertida presentada por Thomas Gold a principios de los años 1990 en la que se exponía que la vida se desarrolló al principio no en la superficie de la Tierra, sino varios kilómetros bajo la superficie. Ahora se sabe que la vida microbiana es abundante a más de cinco kilómetros bajo la superficie de la Tierra en forma de arqueotas, que se considera que se originaron o antes o aproximadamente al mismo tiempo que las eubacterias, muchas de las cuales viven en la superficie incluyendo los océanos. Se ha afirmado que el descubrimiento de vida microbiana bajo la superficie de otro cuerpo del Sistema Solar daría un crédito significativo a esta teoría. También decía que un suministro de nutrientes de una fuente profunda e inalcanzable promovería la supervivencia porque la vida que surge en un montón de materia orgánica probablemente consumiría todo su alimento y acabaría extinguiéndose.

Vida extraterreste "primitiva"

Una alternativa a la biogénesis terrícola es la hipótesis de que la vida primitiva pudo haberse formado originalmente fuera de la Tierra (adviértase que exogénesis está relaccionado, pero no es lo mismo que la noción de panspermia). Se supone que una lluvia de material procedente de cometas que se precipitó sobre la Tierra primitiva pudo haber traído cantidades significativas de moléculas orgánicas complejas y, quizá, la misma vida primitiva formada en el espacio y fue traída a la Tierra por material cometario o asteroides de otros sistemas estelares.

Los componentes orgánicos son relativamente comunes en el espacio, especialmente en el Sistema Solar exterior donde las sustancias volátiles no son evaporadas por el calentamiento solar. En los cometas se encuentran incrustaciones de capas externas de material oscuro que, se piensa, son sustancias bituminosas compuestas por material orgánico complejo formado por compuestos de carbono simple tras reacciones iniciadas mayormente por irradiación por luz ultravioleta.

Una hipotesis relaccionada con ésta es que la vida se formó en primer lugar en el Marte primigenio y fue transportada a la Tierra cuando material de su corteza fue expulsada de Marte por un asteroide e impactos cometarios para más tarde alcanzar la Tierra. Es difícil encontrar evidencias para ambas hipótesis y puede que haya que esperar a que se traigan muestras de cometas y de Marte para su estudio. Ninguna de ellas responde realmente a la cuestión de como se originó por primera vez la vida, sino que meramente traslada este origen a otro planeta o cometa. No obstante, esta hipótesis extiende tremendamente el abanico de condiciones bajo el cual se pudo haber formado la vida, desde las posibles condiciones primitivas de la Tierra a literalmente las condiciones de todo el Universo.

La ventaja de la hipótesis de un origen extraterrestre de la vida primitiva es que incrementa el campo de probabilidad para que la vida se desarrolle. No se requiere que se desarrolle en cada planeta en el cual se halle, sino más bien en una sola localización y posteriormente se extiende por la galaxia hacia otros sistemas estelares a través del material cometario. Esta idea ha recibido impulsos debido a recientes descubrimientos sobre microbios muy resistentes. [1]

El mundo de lípidos

Una teoría adscribe el primer objeto autorreplicante a algo similar a un lípido. Para más información ver [2]

El modelo del polifosfato

El problema con muchos de los modelos de abiogénesis es que el equilibrio termodinámico favorece a los aminoácidos dispersos antes que a sus polímeros, los polipéptidos; es decir, que la polimerización es endotérmica. Lo que hace falta es una causa que promueva la polimerización. Una solución al problema puede encontrarse en las propiedades de los polifosfatos. [3] [4] . Los polifosfatos se forman por la polimerización de los iones ordinarios de monofosfato (PO₄^-3) bajo la acción de la radiación ultravioleta. Los polifosfatos pueden catalizar la polimerización de los aminoácidos a polipéptidos, reduciendo la barrera de energía y haciendo así factible el proceso.

El modelo de la ecopoiesis

El modelo de la ecopoiesis [5] propone que los ciclos geoquímicos de los elementos biogénicos, dirigidos por una atmósfera primordial rica en oxígeno, pudieron ser la base de un metabolismo planetario de carácter espacialmente continuo, que habría precedido y condicionado la aparición gradual de una vida como la actual, organizada en organismos discontinuos (individualizados).

Historia del concepto

Aristóteles

Desde su primera formulación por Aristóteles en el siglo IV AC, se sostenía por creencia común o ilustrada en europa, que los organismos vivos complejos surgían espontáneamente en todo momento de la materia inerte. Las moscas y los ratones adultos salían de la ropa sucia y las parvas de trigo, las larvas de mosca y sus adultos de la carne podrida, los áfidos de las gotas de rocío. En pocas palabras, que la vida surgía continuamente por generación espontánea o abiogénesis.

Pasteur

Los primeros biólogos del siglo XVIII comenzaron a abrir huecos en la doctrina aristotélica. En 1862, los meticulosos experimentos de Louis Pasteur finalmente establecieron que un medio verdaderamente estéril permanecería siempre estéril y que los organismos vivientes complejos sólo venían de otros organismos similares. La "Ley de la Biogénesis" (omne vivum ex ovo o "todo lo vivo sale del huevo") basado en su obra es ahora una piedra angular de la moderna biología.

Darwin

La moderna ciencia de la abiogénesis se plantea una cuestión fundamentalmente diferente: el origen último de la vida misma. Pasteur había probado que la abiogénesis era imposible para organismos complejos. La teoría de la evolución de Charles Darwin presenta un mecanismo por el cual tales organismos pueden evolucionar a lo largo de milenios desde formas simples, pero no aborda la chispa original, por la cual surgieron incluso los organismos más simples. Darwin se preocupó del problema. en una carta a Joseph Dalton Hooker del 1 de Febrero de 1871, sugirió que la vida había comenzado en "un pequeño estanque caliente, en el que estaba presente todo tipo de sales de amoniaco y fosfóricas, luz, calor, electricidad de modo que se formó un compuesto proteínico listo para sufrir aún cambios más complejos". Siguió explicando que "a día de hoy tal materia sería instantáneamente devorada o absorbida, el cual no sería el caso antes de que se formaran los seres vivos". En otras palabras, la presencia de la vida misma impide en la Tierra actual la generación espontánea de compuestos orgánicos simples, circustancia que hace la búsqueda de las primeras formas de vida dependiente del laboratorio.

Oparin

La respuesta a la cuestión de Darwin estaba más allá del alcance de la ciencia experimental de su tiempo y no se hizo ningún progreso real durante el siglo XIX. En 1936 Aleksandr Ivanovich Oparin, en su libro El origen de la vida en la Tierra, demostró que era la presencia del oxígeno atmosférico y otras formas más sofisticadas de vida las que impedían la cadena de acontecimientos que podían conducir al desarrollo de la vida. Oparin argumentaba que una "sopa jardinera" de moléculas orgánicas podía haber sido creada en una atmósfera sin oxígeno a través de la acción de la luz solar. Esta se combinaría de una forma aún más compleja hasta que acabaría disuelta en una gota de coacervado. Estas gotas "crecerían" por fusión con otras gotas y se "reproducirían" por fisión en gotitas hijas y de ese modo tendrían un metabolismo primitivo en el cual esos factores promoverían la supervivencia de la "integridad celular", que es la que tendrían las que no acabaran extinguidas. Muchas de las modernas teorías sobre el origen de la vida todavía toman las ideas de Oparin como punto de partida.

Campos relevantes

• La Astrobiología es un campo que puede arrojar luz sobre la naturaleza de la vida en general, y no solo sobre la vida que se conoce en la Tierra, además de proporcionar pistas sobre cómo se originó la vida.
• Sistemas complejos

Véase también

• Abiogénesis
• Principio antrópico
• Astroquímica
• Ecuación de Drake
• Historia de la tierra
• Panespermia
• LUCA
• Zeolita
• Stuart Kauffman
• Creacionismo
• El origen del hombre

Referencias

• Brooks.J; Shaw, G. (1973). Origins and Development of Living Systems. (Academic Press edición). ISBN 0-12-135740-6. 
• De Duve, Christian (Jan de 1996). Vital Dust: The Origin and Evolution of Life on Earth (Basic Books edición). ISBN 0-465-09045-1. 
• Horgan, J (1991). «In the beginning». Scientific American 264: 100-109.  (Cited on p. 108).
• Huber, C. and Wächterhäuser, G., (1998). «Peptides by activation of amino acids with CO on (Ni, Fe)S surfaces: implications for the origin of life». Science 281: 670-672.  (Cited on p. 108).
• Martin, W. and Russell M.J. (2002). «On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells». Philosophical Transactions of the Royal Society: Biological sciences 358: 59-85. 
• JW Schopf et al. (2002). «Laser-Raman imagery of Earth's earliest fossils.». Nature 416: 73-76. PMID 11882894. 
• Maynard Smith, John; Szathmary, Eors (16 de marzo de 2000). The Origins of Life: From the Birth of Life to the Origin of Language (Oxford Paperbacks edición). ISBN 0-19-286209-X. 
• Hazen, Robert M. (Dec de 2005). Genesis: The Scientific Quest for Life's Origins (Joseph Henry Press edición). ISBN 0-309-09432-1. 
• Freeman J. Dyson, Los orígenes de la vida, Cambridge University Press (1999). ISBN 978-84-8323-097-8 El notable físico y excelente comunicador F.J. Dyson ofrece modelos alternativos para el origen de los primeros sistemas vivientes. No es un resumen del conocimiento sobre el tema, sino una perspectiva excéntrica pero bien fundada y muy sugestiva.

Enlaces externos

• Astrobiology and the origins of life
• Martin M Hanczyc and Jack W Szostak. Replicating vesicles as models of primitive cell growth and division. Current Opinion in Chemical Biology 2004, 8:660–664.
• "SELF-REPLICATION: Even peptides do it" by Stuart A. Kauffman
• Cairns Smith illustration of a possible solution using crystalline behaviors of clays
• Model of origin of life involving zeolite, press release for PNAS paper
• Freeview vídeo 'The Origin of Life by John Maynard-Smith' A Royal Institution Discourse by the Vega Science Trust
• Origins of Life website including papers, resources, by Dr. Michael Russell at the U. of Glasgow
• Possible Connections Between Interstellar Chemistry and the Origin of Life on the Earth
• Scientists Find Clues That Life Began in Deep Space — NASA Astrobiology Institute
• The Deep Hot Biosphere Theory (Thomas Gold)
• Self-organizing biochemical cycles — by Leslie Orgel
• Evolution Education Wiki
• It's alive - isn't it?
• How Life Began: New Research Suggests Simple Approach