Si se prescinde de los virus, cuya situación es difícil de definir, todos los seres vivientes están formados por células, cada una de ellas encerrada por una




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FORMAS PRECELULARES.

Modelos Precelulares

Si se prescinde de los virus, cuya situación es difícil de definir, todos los seres vivientes están formados por células, cada una de ellas encerrada por una membrana rica en unos lípidos especiales que la aísla del medio externo. Estas células contienen los ácidos nucleicos ADN y ARN, que contienen la información genética y controlan la síntesis de proteínas.


Pueden formarse membranas lipídicas en ausencia de vida. Esto ya lo demostró Oparin, quien obtuvo en el curso de sus experimentos unas pequeñas gotas ricas en moléculas biológicas y separadas del medio acuoso por una membrana. Estas gotitas, a las que llamó coacervados, recuerdan a células rudimentarias. Otros investigadores han obtenido también estructuras similares. La teoría de Oparin se vio reforzada por los descubrimientos de un paleontólogo francés que identificó estructuras de este tipo con una antigüedad de 3.000 millones de años; se llaman cocoides, y se consideran antepasados de las bacterias.


Es más difícil de explicar la formación de las proteínas celulares. La cuestión es la siguiente: ¿qué moléculas surgieron en primer lugar: los ácidos nucleicos, indispensables para la síntesis de proteínas, o las proteínas, cuya actividad enzimática a su vez es indispensable para sintetizar aquéllas a partir de los ácidos nucleicos? El descubrimiento de partículas de ARN permite resolver la cuestión. Estas moléculas, llamadas ribosomas, son capaces de transmitir la información necesaria para la síntesis de las proteínas y, a su vez, despliegan una actividad enzimática que les permite sintetizar proteínas.

Así, la primera forma de vida terrestre probablemente fue una célula simple que encerraba un ácido nucleico similar al ARN dentro de una membrana rudimentaria capaz de reproducirse por división.

Evolución Química

Condiciones que permitieron la vida

Hace aproximadamente 4.500 millones de años se formo la Tierra, junto con el resto del sistema solar. Los materiales de polvo y gas cósmico que rodeaban al Sol fueron fusionándose y solidificándose para formar todos los planetas.
Cuando la Tierra se condenso, su superficie estaba expuesta a los rayos solares, al choque de meteoritos y a la radiación de elementos como el torio y el uranio. Estos procesos provocaron que la temperatura fuera muy elevada.
La atmósfera primitiva contenía vapor de agua (H2O), metano (CH4), amoniaco (NH3), ácido cianhídrico (HCN) y otros compuestos, los cuales estaban sometidos al calor desprendido de los volcanes y a la radiación ultravioleta proveniente del sol. Otra característica de esta atmósfera es que carecía de oxigeno libre necesario para la respiración.
Como en ese tiempo tampoco existía la capa formada por ozono, que se encuentra en las partes superiores de la atmósfera y que sirven para filtrar el paso de las radiaciones ultravioletas del sol, estas podían llegar en forma directa a la superficie de la Tierra.

También había gran cantidad de rayos cósmicos provenientes del espacio exterior, así como actividad eléctrica y radiactiva, que eran grandes fuentes de energía. Con el enfriamiento paulatino de la Tierra, el vapor de agua se condensó y se precipito sobre el planeta en forma de lluvias torrenciales, que al acumularse dieron origen al océano primitivo, cuyas características definieran al actual.

La Teoría de Oparin

Con el transcurso de los años y habiendo sido rechazada la generación espontánea, fue propuesta la teoría del origen físico-químico de la vida, conocida como Teoría de Oparin.

La teoría de Oparin se basa en las condiciones físicas y químicas que existieron en la Tierra primitiva y que permitieron el desarrollo de la vida.

De acuerdo con esta teoría, en la Tierra primitiva existieron determinadas condiciones de temperatura, así como radiaciones del Sol que afectaron las sustancias que existían entonces en los mares primitivos. Dichas sustancias se combinaron de tal manera que dieron origen a los seres vivos.

En 1924, el bioquímico Alexander I. Oparin publico "el origen de la vida", obra en que sugería que recién formada la Tierra y cuando todavía no había aparecido los primeros organismos, la atmósfera era muy diferente a la actual, según Oparin, esta atmósfera primitiva carecía de oxigeno libre, pero había sustancias como el hidrógeno, metano y amoniaco. Estos reaccionaron entre sí debido a la energía de la radiación solar, la actividad eléctrica de la atmósfera y a la de los volcanes, dando origen a los primeros seres vivos.

¿Cómo fueron los primeros organismos?

Los elementos que se encontraban en la atmósfera y los mares primitivos se combinaron para formar compuestos, como carbohidratos, las proteínas y los aminoácidos. Conforme se iban formando estas sustancias, se fueron acumulando en los mares, y al unirse constituyeron sistemas microscópicos esferoides delimitados por una membrana, que en su interior tenían agua y sustancias disueltas.

Estos tipos de sistemas precelulares, podemos estudiarlos a partir de modelos parecidos a los COACERVAROS. Estos son mezclas de soluciones orgánicas complejas, semejantes a las proteínas y a los azúcares. Oparin demostró que en el interior de un coacervado ocurren reacciones químicas que dan lugar a la formación de sistemas y que cada vez adquieren mayor complejidad. Las propiedades y características de los coacervados hacen suponer que los primeros sistemas precelulares se les parecían mucho.



. Formación de Coacervados

Los sistemas precelulares similares a los coacervados sostienen un intercambio de materia y energía en el medio que los rodea. Este tipo de funciones también las realizan las células actuales a través de las membranas celulares.
Debido a que esos sistemas precelulares tenían intercambio con su medio, cada vez se iban haciendo más complejos, hasta la aparición de los seres vivos.

Esos sistemas o macromoléculas, a los que Oparin llamo PROTOBIONTES, estaban expuestos a las condiciones a veces adversas del medio, por lo que no todos permanecieron en la Tierra primitiva, pues las diferencias existentes entre cada sistema permitían que solo los más resistentes subsistieran, mientras aquellos que no lo lograban se disolvían en el mar primitivo, el cual ha sido también llamado SOPA PRIMITIVA.

Después, cuando los protobiontes evolucionaron, dieron lugar a lo que Oparin llamo EUBIONTES, que ya eran células y, por lo tanto, tenían vida. Según la teoría de Oparin - Haldane, así surgieron los primeros seres vivos.
Estos primeros seres vivos eran muy sencillos, pero muy desarrollados para su época, pues tenían capacidad para crecer al tomar sustancias del medio (eran organismo heterótrofos y anaerobios), y cuando llegaban a cierto tamaño se fragmentaban en otros más pequeños, a los que podemos llamar descendientes, estos conservaban muchas características de sus progenitores.

Conforme avanzaba la evolución, se formaron bacterias primitivas, quienes realizaban procesos fotosintéticos (organismos autótrofos). Con la aparición de la fotosíntesis, se produce oxígeno, (transforma la atmósfera), y favoreció la aparición de los organismos aerobios, con procesos metabólicos más complejos, como síntesis de ATP.

El Experimento de Miller

En 1953, Stanley Miller, un joven estudiante de la Universidad de Chicago, hace un experimento que revoluciona a la comunidad científica, y satisface especialmente a aquellos científicos que trataban de buscar en la ciencia una explicación alternativa a los orígenes de la existencia.

Stanley Miller les dio la respuesta que buscaban. Hizo un experimento, una experiencia de laboratorio para demostrar cómo había aparecido la vida, a partir de circunstancias aleatorias. Miller tomó un poco de agua destilada, junto con gases de amoníaco, metano e hidrógeno y aplicó flashes de descargas eléctricas durante dos días y medio, casi tres. Más tarde analizó el contenido del agua y detectó aminoácidos. Los aminoácidos son los elementos primordiales para las proteínas, que son los ladrillos de la vida. Por lo tanto, había quedado demostrado, científicamente, que la vida puede aparecer por azar.



Figura 2. Formación de Moléculas Orgánicas (experimento de Miller)

El origen de la vida por quimiosintesis: las evidencias geológicas sugieren que la atmósfera primitiva de la tierra pudo haber estado formada por vapor de agua, metano, amoníaco e hidrógeno libre. Estos compuestos fueron fuentes de elementos encontrados hoy en los organismos vivientes: carbono, oxígeno y nitrógeno.

Las fuentes de energías existentes en la tierra primitiva eran las radiaciones ultravioleta (provenientes del sol), las descargas electricas (de los relámpagos), los rayos cósmicos (proveniente del espacio) y el calor volcánico. Según la teoría quimiosintética, éstas tuvieron un papel importante en la formación de compuestos orgánicos como proteínas, carbohidratos, grasas y ácidos nucleico a partir del metano, el amoníaco, el agua y el hidrógeno presentes en la atmósfera primitiva. Estos compuestos orgánicos se fueron combinando y dando origen a otros más complejos que hicieron posible el origen de la vida.

¿Qué evidencia hay de que ocurrieran estas fases iniciales en el origen de la vida?: HAROLD UREY  sugirió la existencia de una atmósfera primitiva reductora, formada por metano, amoniaco, agua e hidrógeno, y que los compuestos orgánicos podrían formarse bajo estas condiciones. UREY sostenía que la luz ultravioleta de las radiaciones solares, las radiaciones cósmicas y la radiactividad son fuentes necesarias para que ocurrieran las reacciones entre los gases  de la atmósfera primigenia.

Basándose en esta suposición, STANLEY MILLER, uno de los alumnos en la universidad de chicago, arrojó un poco de luz sobre el oscurecimiento en que se encontraba el origen de la vida.

CALVIN sostuvo que los aminoácidos se unieron por sus terminaciones para formar péptidos, mientras que la glucosa y otras unidades de carbohidratos pequeños se unieron para formar compuestos más complejos y moléculas de almidón.

MELVIN CALVIN, junto con otros investigadores, realizó experimentos con rayos ultravioleta, los cuales aplicó durante una hora a los componentes supuestos de la atmósfera primigenia, y obtuvo un compuesto de cinco átomos de carbono, cinco de hidrógeno y cinco de nitrógeno y adenina, la primera de las cuatro bases del adn, a partir de la cual se genera la vida.

SIDNEY W.FOX, de la universidad de florida, realizó una serie de experimentos similares a los de CALVIN, pero con una fuente de calor de mil grados centígrados. Su experimento se basó en la idea de que el calor podría haber proporcionado la energía necesaria para que se reunieran las moléculas simples formando macromoléculas más complejas.

FOX mezcló un gran número de aminoácidos por períodos variables y observó que se producían dipéptidos y péptidos de cadenas largas. 

¿Qué es un aminoácido?: es una molécula orgánica constituida por carbono, oxígeno, hidrogéno y nitrogéno. Está formado por un grupo amino y un radical ácido o grupo carbono.

los aminoácidos son las unidades de construcción de las proteínas y los constituyentes básicos de los organismos vivientes.

Modelo de coacervados: para que la vida fuera posible en las condiciones de la tierra primitiva, fue necesario que se formaran compuestos complejos de carbono o proteínas, precursores de las primeras estructuras semejantes a las células vivas o formas precelulares.

En 1938 el bioquímico ALEJANDRO I. OPARÍN elaboró, con proteínas (goma arábiga9, agua y ácidos, unas sustancias precursoras de protoplasma celular, a las cuales llamó coacervados. Éstos constituyen un modelo de forma precelular para explicar su teoría de la coacervación.

Hipótesis acerca del origen de las formas precelulares. Formación de membranas: de acuerdo con la teoría de OPARÍN, podríamos decir que, aunque la vida ahora no puede surgir espontáneamente, pudo haber surgido de esa manera bajo las condiciones que había en la tierra primitiva. Según esta teoría, en el caldo primitivo había una abundante cantidad de partículas coloidades de materia orgánica, las cuales se separaron del agua en forma de minúsculas gotas de suspensión; estas gotas coloidades o coacervados pudieron disolver o absorver muchos compuestos orgánicos, en cuyo interior se produjeron importantes síntesis prebióticas, que originaron moléculas orgánicas o compuestos prebióticos.
La presenciade oxígeno en la atmósfera primitiva permitió la evolución de las formas primitivas que dieron origen a los heterótrofos aeróbicos, es decir, a aquellos organismos que obtienen su energía mediante un proceso muy eficiente llamado reapiración celular.

Procariotas quimitosintéticos: los procariotas quimioautótrofos son organismos primitivos, capaces de efectuar fotosíntesis a partir de sulfuro de hidrogéno (H2S), dióxido de carbono (CO2) y luz solar. En la oscuridad obtienen energía mediante la fermentación de moléculas orgánicas, no pudieron vivir en presencia del oxígeno.

 Procariotas fotosintéticos: probablemente a partir de estas bacterias primitivas, capaces de realizar fotosíntesis a partir de H2S, surgieron otras formas fotosintetizadoras que utilizaron el agua como fuente de hidrógeno requerido en la reducción de CO2 a carbohidratos. Gracias a este tipo de bacteria, se pudo haber liberado oxígeno que fue a la atmósfera. Esto permitió crear las condiciones adecuadas para la evolución de los organismos aeróbicos, los cuales pudieron llevar a efecto la respiración celular.

Organismos AutóTrofos Y HeteróTrofos

La nutrición de los seres vivos: diversidad y adaptación
Para subsistir, los seres vivos deben realizar una de las funciones básicas: la nutrición.

  1. Comparación de organismos heterótrofos y autótrofosde acuerdo con su forma de nutrirse, los seres vivos se clasifican en heterótrofos y autótrofos.

  2. .
    Los autótrofos utilizan la
    energía del sol o la
    que contienen alguna
    sustancias químicas
    como
    el dióxido de carbono
    para elaborar su propio
    Alimento.

  3. Los heterótrofos son los que se alimentan de otros organismos.

  4. Desde el principio de la vida la evolución siguió dos caminos: los autótrofos evolucionaron para dar origen a las actuales plantas, algas y bacterias y fotosintéticas; y los heterótrofos derivaron en los animales, protistas y hongos actuales.
    Autótrofos heterótrofos

  5. Existen otros organismos autótrofos capaces de utilizar sustancias como CO2
    Y compuestos de azufre y de nitrógeno
    Para obtener energía y elaborar sus alimentos; reciben el nombre de quimioautótrofos o quimiosintéticos.
    Al proceso que realizan para obtener sus alimentos se le conoce como quimiosíntesis, y sólo se presentan en algunas bacterias.

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