Todavía no hay una descripción clara de que es la vida y, consiguiente no se puede definirla si no a través de algunas de sus características más aparentes.
Descripción que realizó el ingeniero y poeta chileno Don Arturo Aldunate Philips en su libro "A Horcajadas en la luz", publicado en el año 1976.
Señala Aldunate que las condiciones necesarias y suficientes para que un objeto sea reconocido como un organismo vivo seria lo siguientes:
1º. Debe ser un conjunto de materia distinto o separado, con un límite preciso y bien definido .
2º. Debe experimentar intercambio permanentes de materias con su ambiente y alrededores sin alteración manifiesta de su propiedades, dentro de un corto espacio de tiempo . Esta condición puede asimilarse al proceso metabólico con alteraciones químicas y periódico de las células vivas incluyendo la idea de percepción y intercambio de informaciones con el exterior.
3º. Debe haber tenido su origen en un proceso de división y fraccionamiento de uno o dos objetos de la misma especie a través de una secuencia mantenida. Debe tratarse, por consiguiente, de una propagación o conservación de una especie a través de multiplicaciones resultantes de un proceso permanente de procreación entre individuos semejantes.
4º. Finalmente, a estas condiciones debe agregarse, la peculiarísima de improbabilidad como fenómeno físico., una capacidad de promover una organización de la materia provocando una disminución de la entropía en contradicción con la segunda ley de la termodinámica . Pero el ser vivo es un sistema abierto, por lo que el balance de Entropía entre la interación del ser vivo y el medio ambiente es positivo; considerar al ser vivo como un sistema cerrado es un error, por ello no contradice en absoluto al segundo principio de la Termodinámica. La disminución aparente de Entropía está compensada con el tiempo (El tiempo corre en un ser vivo) y éste está íntimamente ligado con el aumento constante de Entropía en el Universo.(Podríamos decir que un ser vivo es "una burbuja del espacio-tiempo en la que la entropía aumenta a una velocidad más lenta").
Otra definición sobre que es la vida que también ha centrado la atención es la desarrollada por MacGowan y Ordway, que expresan que los atributos que deben ser consideradas al tratar de definirlas son:
1) Reproducción.
2) Muerte.
3) Crecimiento.
4) Mantenimiento de un ambiente circulante específico.
5) Sensibilidad paras las condiciones del mundo que la rodea y reacción frente a tal mundo.
6) Utilización de energía externa.
7) Almacenamiento de energía.
8) Absorción de materiales nutricios del exterior y devolución de los desechos nuevamente al exterior.
Panspermia
Durante mucho tiempo, la investigación de los orígenes de la vida no fue mas que un debate basado en la metafísica y las creencias religiosas.
La teoría de la generación espontánea, según la cual los seres vivos nacen de la tierra o de cualquier otro medio inerte, se difundió durante la edad media hasta el siglo XVII. En la segunda mitad del siglo XVII, demostraron que, al menos para los animales visibles, la idea de la generación espontánea era falsa.
Fue preciso esperar a 1.859, para que se abandonase oficialmente la idea de la generación espontánea. Pasteur, convencido de que todos los seres vivientes, por diminutos que fuesen, procedían de “gérmenes” que flotaban en el aire, realizo una serie de experimentos que dieron un lugar a la técnica de esterilización de medios de cultivo, de donde procede directamente toda la bacteriología moderna.
En el siglo XIX surgió la idea de que la vida tenía un origen extraterrestre: los meteoritos que chocan contra nuestro planeta habrían depositado gérmenes procedentes de otro. En 1906, el químico Svante Arrhenius propuso la hipótesis de que los gérmenes habían sido transportados por la radiación luminosa (Panspermia). Estas teorías fueron refutadas algunos años más tardes y además no explican verdaderamente el origen de la vida.
La cuestión del origen de la Vida no comenzó a avanzar hasta la década de 1.920, cuando empezaron ha precisarse los conocimientos sobre el origen de la Tierra.
Por ejemplo, la presencia de bacterias fósiles, organismos rudimentarios rudimentarios procariotas y unicelulares. Estas pruebas se han obtenido mediante el análisis de restos de materia orgánica que no se encontraban en forma de fósiles identificables.
La Geología ha demostrado que las condiciones de vida en esa época eran muy diferentes de las actuales. La actividad volcánica era intensa y los gases liberados por las erupciones eran la fuente de la atmósfera primitiva, compuesta sobre todo de vapor de agua, dióxido de carbono, nitrógeno, amoniaco, sulfuro de hidrógeno y metano. El enfriamiento paulatino determinó la condensación del vapor y la formanción de un océano primitivo que recubría gran parte del planeta.
La primera teoría coherente que explicaba el origen de la vida la propuso en 1.924 el bioquímico ruso Alexandr Oparín. Oparín postuló que, gracias a la energía aportada primordialmente por la radiación ultravioleta procedente del sol y a las descargas eléctricas de las constantes tormentas, la pequeña molécula de los gases atmosféricos dieron lugar a una molécula orgánicas llamadas prebióticas. Estas moléculas, cada vez mas complejas, eran aminoácidos y ácidos nucleicos. Según Oparín, estas primeras moléculas quedarían atrapadas en las charcas de aguas poco profundas formadas en el litoral del océano primitivo. Al concertrarse, continuaron evolucionando y diversificándose.
Esta hipótesis inspiró las experiencias realizadas a principios de la década de los cincuenta por el estadounidense Stanley Miller, quien creó en un balón de vidrio la supuesta atmósfera terrestre. Sometio la mezcla a descargas electricas que simulaban tormentas.
Después de apenas una semana, Miller identificó en el balón varios compuestos orgánicos, en particular diversos aminoácidos, urea, ácido acético, formol, ácido cianhidrico y hasta azúcares, lípidos y alcoholes, moléculas completas similares a aquellas cuya existencia había postulado Oparín.
Estas células contienen los ácidos nucleicos ADN y ARN. Pueden formarse membranas lipídicas en ausencia de la vida. Esto ya lo demostró Oparín, quien, en efecto obtuvo en el curso de sus experimentos unas pequeñas gotas. Esas gotitas a las que llamo coacervatos, recuerdan a células rudimentarias. La teoría de Oparín se vio reforzada por los descubrimientos de un paleontólogo francés.
Fuentes hidrotermales como origen de la Vida
En el océano pacífico se han descubierto fuentes hidrotermales de agua de numerosas sustancias, entre ellas sulfuro de hidrógeno y otros compuestos de azufre. Los seres vivos que allí viven no pueden realizar la fotosíntesis, pero realizan la quimiosíntesis y hay un verdadero ecosistema basado en ella. Se ha supuesto que los primeros seres vivos eran similares.
Evolución de la Atmósfera
Fuese cual fuese el lugar en que surgió la vida, es seguro que los primeros seres vivos eran bacterias anaeróbicas, es decir, capaces de vivir en ausencia de oxígeno. "Inventaron" la Fotosíntesis y esta nueva función permitió a tales bacterias fijar el dióxido de carbono abundante en la atmósfera y liberar oxígeno. Su concentración fue aumentando y en las capas altas de la atmósfera se transformó en ozono.
Teoría de Oparin
Hasta muy recientemente los organismos fósiles que se conocían databan hasta 600 millones de años, y durante largo tiempo después de la publicación del Origen de las especies , los biólogos consideraban que los acontecimientos mas tempranos en la historia de la vida quedarían cerrados por siempre a la investigación científica.
Sin embargo, dos avances han mejorado en gran medida el alcance de nuestra vision.El primero fue la formulación de una hipótesis verificable acerca de los acontecimientos que precedieron a los orígenes de la vida. Esta hipótesis generó preguntas cuyas respuestas podrían ser buscadas experimentalmente. Los resultados de las pruebas experimentales iniciales llevaron a la formulación de nuevas hipótesis y a experimentos adicionales, proceso que continua actualmente mientras los científicos exploran en muchos laboratorios el problema de los orígenes de la vida. El segundo avance fue el descubrimiento de células fosilizadas de mas de 3.000 millones de años de edad.
La hipótesis verificable fue ofrecida por el Bioquímico ruso A.I. Oparin. Según Oparin, la aparición de la vida fue precedida por un largo periodo de lo que a veces se denomina evolución química. La identidad de las sustancias, en especial gases presentes en la atmósfera primitiva y en los mares durante este periodo, es un tema controvertido. Hay acuerdo general, sin embargo, en dos aspectos críticos: 1) había muy poco o nada de oxigeno presente y 2) los cuatro elementos ( hidrogeno, oxigeno, carbono, y nitrógeno) que constituyen mas del 95% de los tejidos vivos, estaban disponibles en alguna forma en la atmósfera y en las aguas de la tierra primitiva.
Además de estos materiales simples, la energía abundaba en el joven planeta. Había energía térmica, calor de ebullición (húmedo) y calor de cocción (seco). El vapor de agua era arrojado al aire por los mares primitivos, se enfriaba en las capas superiores de la atmósfera, formaba nubes, volvía a caer como lluvia sobre la corteza terrestre y nuevamente se transformaba en vapor. Violentas tempestades eran acompañadas de rayos, que suministraban energía eléctrica. El sol bombardeaba la superficie terrestre con partículas de alta energía y luz ultravioleta (otra forma de energía). Los elementos radiactivos del interior de la Tierra descargaban su energía en la atmósfera. Oparin formulo la hipótesis que, en dichas condiciones, se formarían partículas orgánicas a partir de los gases atmosféricos y se reunirían formando un caldo diluido en los mares y lagos de la Tierra. Dado que no habría oxigeno libre para reaccionar con estas moléculas orgánicas y degradarlas a sustancias simples, como el dióxido de carbono ( tal como ocurriría hoy en día), ellas tenderían a persistir. Algunas de estas moléculas podrían haber quedado mas concentradas en ciertos parajes por la desecación de un lago o por la adhesión a superficies sólidas. Oparin publico su hipótesis en 1922, pero en ese momento los científicos estaban tan convencidos por la demostración de Pasteur refutando la generación espontanea que la comunidad científica ignoró sus ideas. La primera verificación de la hipótesis de Oparin fue hecha en la década de los 50 por Stanley Miller, quien por esa entonces era alumno de la escuela de graduados de La Universidad de Chicago. Experimentos de esta clase, que hoy son de frecuente repetición, han mostrado que casi cualquier fuente de energía: rayos, radiación ultravioleta, o ceniza volcánica caliente, habría convertido las moléculas que se cree estaban presentes sobre la superficie terrestre, en una variedad de compuestos orgánicos complejos. Con varias modificaciones en las condiciones experimentales y en la mezcla de gases colocada en el vaso de reacción, fue posible producir casi todos los aminoácidos comunes, así como los nucleotidos que son componentes esenciales del ADN y ARN.
En los sistemas modernos, ya sea en el laboratorio o en el organismo vivo, las moléculas y los agregados mas estables tienden a sobrevivir, y las menos estables son transitorias. De igual modo los compuestos y agregados que poseían mayor estabilidad química en las condiciones prevalecientes en la tierra primitiva, habrían tendido a sobrevivir. Así, una forma de selección natural desempeñó su papel, tanto en la evolución química como en la evolución biológica, la cual describiremos a continuación.
Desde una perspectiva bioquímica, tres características distinguen a las células vivas de otros sistemas químicos: 1) La capacidad de duplicarse generación tras generación; 2) la presencia de enzimas, las proteínas complejas que son esenciales para las reacciones químicas de las que dependen la vida; y 3) una membrana que separa la célula del ambiente circundante y le permite mantener una identidad química distinta. ¿Cual de estas características apareció primero e hizo posible el desarrollo de otras? Esta continua siendo una cuestión discutible. Sin embargo, funciones del ARN recientemente descubiertas sugieren que el punto de partida bien puede haber sido el autoensamble de las moléculas de ARN a partir de nucleotidos producidos por evolución química.
En otros estudios, que simulaban las condiciones existentes durante los primeros millones de años de la Tierra, Sidney W. Fox y sus colaboradores en la Universidad de Miami han producido estructuras proteicas limitadas por membrana, las que pueden llevar a cabo algunas reacciones químicas análogas a las de las células vivas. Estas estructuras son producidas mediante una serie de reacciones químicas, comenzando con mezclas secas de aminoácidos. Cuando las mezclas se calientan a temperaturas moderadas, se forman polímeros ( conocidos como proteinoides térmicos), cada uno de los cuales puede contener hasta 200 monómeros de aminoácidos. Cuando estos polímeros se colocan en una solución salina acuosa y se mantienen en condiciones adecuadas, forman espontáneamente microesferas proteinoides. Las microesferas crecen lentamente mediante la adición del material proteinoide en solución y , finalmente, forman por gemación microesferas mas pequeñas. Estas microesferas no son células vivas, pero su formación sugiere los tipos de procesos que podrían haber dado origen a identidades protéicas con mantenimiento autónomo, distintas de su ambiente y capaces de llevar a cabo las reacciones químicas necesarias para mantener su integridad física y química..
1.- La Vida surge en el planeta Tierra hace 3.500 a 4.000 millones de años. Tiene el planeta, entonces, una atmósfera reductora (así pues el oxígeno es posterior y de procedencia biológica).
2.- La atmósfera esta compuesta de metano, formaldehido, cianhídrico (y sus derivados simples, radicales simples, etc.), amoníaco, ácido sulfhídrico, vapor de agua, etc.-
3.- Estos compuestos reaccionan entre sí, gracias a la energía de la luz ultravioleta, de los rayos de las tormentas, y otras fuentes energéticas naturales, dando compuestos complejos del carbono que permanecen en la atmósfera del planeta.
4.- Llueve y se forman mares. En ellos están disueltos estos compuestos primigenios formando una "sopa diluida". En ella interaccionan los compuestos simples dando compuestos cada vez más complejos (gracias a la energía de las fuentes naturales). (Por tanto el saldo entrópico es positivo). Algunos de estos compuestos tienen más probabilidad de "vida" que otros, por lo que permanecen más tiempo.
5.- Los compuestos complejos (pequeños o grandes péptidos formados por aminoácidos, ácidos nucléicos primitivos formados por nucleótidos, etc.), se rodean de una capa lipídica hidrófoba que aisla un "interior" de un exterior (medio ambiente), creando dos sistemas bien diferenciados. Lo que ocurre dentro de la membrana es distinto de lo que ocurre fuera. A esto lo llama Oparín y Haldane "Coacervatos".
6.- Estos "coacervatos" tienen un inicio de "metabolismo" propio, que cada vez es más fino y complejo. Pueden crecer y romperse ( por medios físicos, por ejemplo) dando nuevas gotitas de coacervatos con las mismas propiedades que de las que proceden.
7.- Con el paso del tiempo (mucho, mucho tiempo), estos "coacervatos" adquieren propiedades propias de la Vida (Metabolismo, autorregulación, autorreparación, autorreproducción, y evolución).
Hay, pues :
a.- Una evolución química
b.- Una evolución prebiótica
c.- Una evolución biótica
En la década de 1950, S. Miller concibió este aparato.(Ver figura adjunta). Lo hizo funcionar continuamente durante 1 ó 2 semanas e investigó lo que se había formado. Descubrió aminoácidos (como la Glicocola y otros ), ácidos grasos, alcoholes, bases purínicas y pirimidínicas y otros derivados que son los pilares básicos de la Vida.
No hay evidencia de que el caldo pre-biótico haya existido
Un cuerpo creciente de evidencias indican que la atmósfera terrestre primitiva tenia oxígeno y por lo tanto no pudo estar compuesta por los materiales que proponen Oparin, Haldane , y otros. El oxígeno destruiría estos químicos pre-bióticos al reaccionar con ellos. Los Drs. Thaxton , Bradley y Olsen han sumarizado este problema de la siguiente manera:
“... en la atmósfera y en los varios lagos acuáticos de la vida primitiva ,la existencia de interacciones destructivas (la presencia de oxígeno en la atmósfera) hubieran disminuido considerablemente , de no haber consumido completamente , los químicos precursores esenciales (para la vida) , y por consiguiente las "ratios" de evolución química hubieran sido INSIGNIFICANTES .Tal sopa hubiera estado MUY DILUIDA para que la polimeración directa ocurriera. Aún charcos más concentrados se hubiera tropezado con este mismo problema. Además, NO HAY EVIDENCIAS GEOLÓGICAS QUE INDIQUENQUE EXISTIO TAL SOPA ORGÁNICA en este planeta , ni siquiera en un pequeño charco. Hoy en día se está haciendo evidente que si la vida empezó en este planeta la noción concebida que emergió de un caldo de químicos orgánicos es una HIPÓTESIS MUY VEROSÍMIL. Podemos con justicia llamar a este escenario EL MITO DEL CALDO PRE-BIÓTICO.”
Debe agregarse que la razón por la cual el caldo pre-biótico en un clima de muy poco oxigeno fue seleccionado como el escenario plausible para la iniciación de la evolución química de la materia viva , fue solamente porque se pensaba que era posible que en tal caldo se produjeran los ingredientes químicos esenciales para tal evolución. Los geólogos de los 1920 (la década de Oparin y Holdane) NO encontrara fósiles que sugieran un caldo pre-biótico. Sin embargo esto no detuvo a los científicos en tratar de “verificar” la posible evolución química. Esta INFERENCIA DEDUCE una atmósfera con muy poco oxigeno, o sin oxigeno, para permitir que los químicos necesarios y frágiles no fueran reducidos(el oxigeno es un químico de alta reactividad o poder reductivo). Después de 45 años de experimentación el Dr. Miller ha declarado que ninguno de sus experimentos ha producido materia orgánica o biomoléculas de ningún tipo (¿?). El ensamblaje espontáneo de sistemas biológicos de organización, producción, grabación e interpretación de información de la genética, la cual se encuentra complejamente sintetizada en el ADN sigue siendo el más grande de los enigmas de la vida, y en especial su origen. Las biomoléculas con capacidad de autorreplicación se pueden considerar como el primer eslabón perdido. Este enigma es tan dramático que en 1973 el Dr. Francis publicó “Directed Panspermia “en el cual presentó sus inquietudes acerca de le teoría de la evolución. En su opinión, las moléculas son tan complicadísimas que Crick concluye que tuvo que haber una inteligencia detrás de ellos. Crick argumenta que ni siquiera ha transcurrido suficiente tiempo desde la formación de la Tierra (-5 Giga- años) para que estas proteínas se ensamblaran en complejos bioquímicos con la capacidad de auto-replicación, lo cual es imprescindible para la sobrevivencia.
Convencido de que hay cierta inteligencia detrás del magnifico DISEÑO de la vida, el Dr. Crick postuló en su célebre artículo científico que los primeros complejos bioquímicos con ARN y ADN fueron traídos por viajeros intergalácticos y “sembrados en la tierra”. Con esta hipótesis el Dr. Crick no se encuentra sólo con su hipótesis de viajeros intergalácticos; lo acompaña el famoso científico británico Fred Hoyle. El Dr. Hoyle también cree que la vida fue traída por seres extraterrestres. Hay que mantener en mente que aún si se asume como esta hipótesis, todavía permanece la incógnita del origen de la vida en otra parte del universo. Sin embargo, con esta hipótesis, los Drs. Crick y Hoyle ofrecen una explicación alterna a la imposibilidad de que en el caldo pre-biótico se originaran todos los seres vivientes de la tierra. Claro que tal hipótesis es difícil de aceptar ya que presupone que el origen de la vida y su evolución ya han ocurrido en otras partes del universo.
Recalcamos, no hay evidencia que soporten que la hipótesis de que en realidad existió un caldo pre-biótico. Todos los datos tanto geólogos como los obtenidos en experimentos bajo control humano, indican que tal caldo es en realidad un mito de la ciencia .
Cuando recurrimos a estudiar la Tierra para intentar conocer como es que la vida se embrionó en ella, la geofísica nos muestra cuan estrecho es el margen dentro del cual ésta es habitable---La absorción de energía solar por la atmósfera terrestre es: ---
T= S (t-a)/ 4
Donde:
T: temperatura.
S:energia solar interceptada por la tierra.
:Constante de Stefan-Boltmann.
La teoría de la evolución estelar sostiene que el Sol en sus comienzos emitía un flujo S menor que el actual del orden de un 25%, en consecuencias, si la Tierra hubiese indicado su existencia con una capa de hielo en vez de atmósfera gaseosa, habría siempre devuelto la mayor parte de la energía solar por reflexión al espacio ya que el albedo "a" del hielo es muy alto, lo que habría implicado una Tierra de terreno blanco.
Desde ese razonamiento científico extraemos que, en los comienzos de la existencia de nuestro planeta, jugaron un rol fundamental los dos gases de mayor distinción para la generación del efecto invernadero: el dióxido de carbono y el agua en forma de vapor. Esos gases transmiten el calor solar al ser transparente a la luz visible, en longitudes en ondas mas cortas que una micra pero son opacos a la radiación infrarroja, mayor de tres micras, e impiden que la superficie ( cerca de diez micras) pierda la energía enviada por el sol.
¿Hasta que punto el tipo de vida terrestre que conocemos es capaz de subsistir? Los factores ambientales reducen a límites muy estrechos la difusión de la vida (al menos la que conocemos ). La temperatura por ejemplo es un factor importante. Si hace demasiado frío mueren los seres vivos o se detienen sus procesos vitales quedando aletargado , por el contrario si la temperatura es demasiado elevada, mueren rápidamente. La mayor parte de la vida existe entre los 0 y los 40 grados Celsius . Además de la temperatura, la presión , el flujo de radiación solar , la abundancia de oxígeno , el campo magnético del planeta, entre otros, son también factores relevantes .
Sin embargo , biólogos, microbiólogos y otros científicos han descubierto en estas ultimas décadas que la vida en la tierra no es en absoluto ni remotamente lo frágil ni particular como se había supuesto anteriormente. Desde los desiertos antárticos helados hasta las aguas sulfurosas de un manantial caliente, los organismos terrestres crecen y prosperan en ambientes que según los estandares convencionales, parecen tan perjudiciales como los que existen en otros planetas y lunas del Sistema Solar.
Varios Km por debajo del océano, en la oscuridad absoluta (características similares a las zonas por debajo del hielo de Europa, una de las lunas de Júpiter), es posible y se han encontrado ciertos tipos de vida. Colonias de microbios en el interior de las rocas frías y secas, siguen siendo un argumento a favor de una posibilidad similar de vida en Marte. Así mismo, criaturas especializadas de las profundidades marinas de la tierra , soportan presiones increíbles. Adaptaciones como estas, abren la puerta a la posibilidad de que algún tipo de criatura pueda dominar las condiciones de la densa atmósfera de Júpiter, donde las presiones en ciertas zonas se parecen a las de las profundidades oceánicas de la Tierra.
Sin embargo y a pesar de todo, nos hemos referido a la vida en nivel muy primitivo, primordial, al nivel celular, sin embargo, sabemos que la vida puede evolucionar, llegando en algún momento a convertirse en vida inteligente, pero ¿es posible vida inteligente mas allá de la Tierra?.
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