La hipótesis de las proteínas primero supone que las enzimas proteicas surgieron antes de la formación de
Las etapas del origen de la vida van desde las bien comprendidas, como la Tierra habitable y la síntesis abiótica de moléculas simples, hasta las más desconocidas, como la derivación del último ancestro común universal (LUCA) con sus complejas funcionalidades moleculares[1].
En biología, la abiogénesis o el origen de la vida es el proceso natural por el que la vida ha surgido a partir de materia no viva, como los compuestos orgánicos simples. La hipótesis científica predominante es que la transición de entidades no vivas a entidades vivas no fue un evento único, sino un proceso evolutivo de complejidad creciente que implicó la formación de un planeta habitable, la síntesis prebiótica de moléculas orgánicas, la autorreplicación molecular, el autoensamblaje, la autocatálisis y la aparición de las membranas celulares. Se han hecho muchas propuestas para las diferentes etapas del proceso.
El estudio de la abiogénesis tiene como objetivo determinar cómo las reacciones químicas previas a la vida dieron lugar a ésta en condiciones sorprendentemente diferentes a las de la Tierra actual. Utiliza principalmente herramientas de la biología y la química, y los enfoques más recientes intentan una síntesis de muchas ciencias. La vida funciona gracias a la química especializada del carbono y el agua, y se basa en gran medida en cuatro familias clave de sustancias químicas: los lípidos para las membranas celulares, los hidratos de carbono como los azúcares, los aminoácidos para el metabolismo de las proteínas y los ácidos nucleicos, el ADN y el ARN para los mecanismos de la herencia. Cualquier teoría exitosa de la abiogénesis debe explicar los orígenes y las interacciones de estas clases de moléculas. Muchos enfoques de la abiogénesis investigan cómo llegaron a existir las moléculas autorreplicantes, o sus componentes. Los investigadores suelen pensar que la vida actual desciende de un mundo de ARN, aunque otras moléculas autorreplicantes pueden haber precedido al ARN.
Hipótesis del mundo del ARN
La evolución química describe los cambios químicos en la Tierra primitiva que dieron lugar a las primeras formas de vida. Los primeros seres vivos de la Tierra fueron procariotas con un tipo de célula similar a las bacterias actuales. Se han encontrado fósiles de procariotas en rocas de 3,4 millones de años en el sur de África y en rocas aún más antiguas en Australia, incluyendo algunos que parecen ser fotosintéticos. Se cree que todas las formas de vida evolucionaron a partir de los procariotas originales, probablemente hace entre 3.500 y 4.000 millones de años.
En la primera etapa de la evolución química, las moléculas del entorno primitivo formaron sustancias orgánicas simples, como los aminoácidos. Este concepto se propuso por primera vez en 1936 en un libro titulado “El origen de la vida en la Tierra”, escrito por el científico ruso Aleksandr Ivanovich Oparin. Consideró que el hidrógeno, el amoníaco, el vapor de agua y el metano eran componentes de la atmósfera primitiva. El oxígeno faltaba en este entorno químicamente reducido. Afirmó que la radiación ultravioleta del Sol proporcionaba la energía para la transformación de estas sustancias en moléculas orgánicas. Los científicos actuales afirman que esa síntesis espontánea sólo se produjo en el medio primitivo. La abiogénesis se hizo imposible cuando las células fotosintéticas añadieron oxígeno a la atmósfera. El oxígeno de la atmósfera dio lugar a la capa de ozono, que entonces protegió a la Tierra de la radiación ultravioleta. Las versiones más recientes de esta hipótesis sostienen que la atmósfera primitiva también contenía monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno, sulfuro de hidrógeno e hidrógeno. Los volcanes actuales emiten estas sustancias.
La primera vida en la Tierra
ImprimirLos polímeros se forman por dos vías principales llamadas polimerización por adición y por condensación. En la polimerización por adición, un iniciador (o catalizador) reacciona con un monómero de partida. El resultado de esta reacción de iniciación es un monómero unido al iniciador con un enlace insatisfecho. El enlace insatisfecho queda libre para reaccionar con otro monómero, añadiéndose así a la cadena. El proceso se repite una y otra vez hasta que dos cadenas se combinan o hasta que otro iniciador se une al final de la cadena, y ambos terminan la cadena. En la polimerización por condensación, un monómero con un átomo de H (hidrógeno) expuesto se une a un monómero con átomos de OH (oxígeno-hidrógeno) expuestos. Durante la reacción, el agua se libera (se compensa) cuando el H y el OH se combinan para formar H2O (agua). En el siguiente vídeo de 4 minutos se habla de la polimerización por adición y por condensación.
A diferencia de los polímeros de adición, en los que los monómeros reaccionan para formar un único producto, en una reacción de polimerización por condensación no sólo se forma el polímero, sino que también se elimina o se pierde una pequeña molécula, normalmente agua. Los poliésteres y las poliamidas son los dos tipos de polímeros de condensación que estudiaremos.
Cómo se forman y descomponen los polímeros
Los investigadores analizaron una gran variedad de compuestos orgánicos simples para ver si podían formar polímeros en las primeras condiciones de la Tierra, y descubrieron que muchos se polimerizaban con más facilidad que los compuestos biológicos y que algunos incluso formaban espontáneamente compartimentos similares a las células.
Un nuevo estudio realizado por investigadores del Instituto de Ciencias de la Tierra y la Vida del Instituto de Tecnología de Tokio ha demostrado que las sustancias químicas no biológicas producen polímeros y estructuras similares a las de las células en condiciones similares a las de la Tierra.
Entender cómo empezó la vida en la Tierra es una de las cuestiones más difíciles que la ciencia moderna intenta explicar. En la actualidad, los científicos estudian los organismos modernos e intentan ver qué aspectos de su bioquímica son universales y, por tanto, probablemente estaban presentes en los organismos de los que descienden. La mejor estimación es que la vida ha prosperado en la Tierra durante al menos 3.500 millones de los 4.500 millones de años de historia de la Tierra desde que se formó el planeta, y la mayoría de los científicos dirían que la vida probablemente comenzó antes de que hubiera buenas pruebas de su existencia. El problema es que, dado que la superficie de la Tierra es dinámica, los primeros rastros de vida en la Tierra no se han conservado en el registro geológico. Sin embargo, las primeras evidencias de vida en la Tierra nos dicen poco sobre de qué estaban hechos los primeros organismos o qué ocurría dentro de sus células. “Está claro que queda mucho por aprender de la química prebiótica sobre cómo pudo surgir la vida”, afirma Jim Cleaves, coautor del estudio.