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Recuperamos esta popular serie, en la que el Dr. David Morrison del NAI, responde las preguntas de sus lectores. En

Pregúntale a un astrobiólogo
por David Morrison, NAI
ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LA VIDA

Pregunta: Estoy interesado en reproducir el Experimento de Miller/Urey para una feria científica. Pero cuando miro el ajuste, estoy teniendo problemas en encontrar una cámara de cristal en la que pueda insertar electrodos para crear una chispa. ¿Conoce algo que pueda usar en su lugar?.

Respuesta: Las moléculas orgánicas fueron fabricadas en el experimento de Miller en un matraz que contenía los gases – metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua. El matraz de descarga eléctrica que contenía estos gases fue conectado en su parte superior e inferior a uno que contenía agua hirviendo. El recipiente de agua hirviendo generaba vapor de agua que entraba por arriba de la cámara de descarga eléctrica donde se enfriaba y condensaba en agua líquida que recolectaba las moléculas orgánicas formadas por la descarga eléctrica. El agua líquida que contenía las moléculas orgánicas fluía entonces hacia el fondo de la cámara de descarga eléctrica de regreso al recipiente de agua hirviendo en el que se acumulaban las moléculas orgánicas.

11 de Diciembre de 2001

Pregunta: ¿Cuál es la composición de la "sopa primordial"?

Respuesta: El biólogo británico J.B.S. Haldane y el biólogo soviético Alexander Oparin desarrollaron un modelo que caracterizaba los primitivos océanos de la Tierra como un caldo diluido o una "sopa primordial". La teoría es que contiene minerales disueltos, y una miríada de pequeñas moléculas orgánicas (conteniendo carbono) tales como lípidos, ácidos orgánicos, y carbohidratos. En la Tierra primitiva, las reacciones químicas que requieren energía podrían haberla obtenido de muchas fuentes distintas: la magnetosfera del planeta, la radiación ultravioleta del sol, las descargas de rayos, fuentes de calor geotermal localizadas, la desintegración radiactiva, o los impactos de meteoritos. Con estas fuentes de energía disponibles y una abundancia de materiales orgánicos en bruto en un medio fluido y dispersivo, la sopa primordial, la "vida" fue capaz de encontrar una forma de dominar la energía y usarla para trabajar con estos materiales en bruto en pro del crecimiento y la reproducción.

30 de Octubre de 2001

Pregunta: ¿Por qué se cree que la vida se originó bajo la superficie, y no sobre el suelo?.

Respuesta: Debido al constante bombardeo pesado de objetos similares a asteroides que se cree que prevaleció en la superficie de la Tierra hace 4 000 millones de años, aproximadamente el mismo tiempo en que se cree que la vida surgió, las pruebas sugieren que el ancestro común más antiguo de la vida proliferó en el fondo del océano. Aunque la vida intentó surgir en todos los ambientes posibles, la vida originaria de las profundidades marinas como parte de un sistema hidrotermal en el suelo del océano podría haber sido el lugar más seguro para que proliferaran estos pequeños y primitivos organismos.

Formados en su interior, y protegidos en todos los poros y rincones de la roca de las paredes de las chimeneas, estos organismos primitivos estaban bañados por el cálido fluido de la chimenea, que contenía minerales disueltos. Probablemente, los organismos tomarían la energía requerida para sus procesos vitales de la energía liberada cuando elementos químicos tales como el azufre o el hierro (presentes en el fluido caliente y reactivo de las fumarolas) cambian su estado de oxidación química. También podrían estar dispersos en la sopa primordial para encontrar y proliferar en distintos nichos ecológicos.

30 de Octubre de 2001

Pregunta: En las primeras etapas de la vida, ¿cómo evolucionaron los distintos reinos de la vida en relación a la diferenciación?

Respuesta: Esta respuesta fue obtenida de un artículo en la publicación Natural History, "El área de expansión de la vida" (Life's Expanding Realm), de Andrew Knoll, Junio de 1994.

Las relaciones en el árbol de la vida en sus primeras etapas parecían estar definidas por el uso del oxígeno por un organismo. Las ramas más bajas del árbol de la vida están pobladas por organismos que no pueden utilizar el oxígeno en su metabolismo; de hecho, para muchos el oxígeno es tóxico. Las especies más arriba en el árbol, reflejando su evolución tras el gran evento de la oxidación en la historia de la tierra, son capaces de usar la respiración del oxígeno. En los nuevos ambientes creados por la revolución del oxígeno, las bacterias se diversificaron para formar muchos linajes aeróbicos que son ubicuos en la tierra moderna. Los más primitivos, los microbios anaerobios retrocedieron con sus entornos, desde los que continuaron jugando un papel central en el ciclo del carbono y otros elementos a través de los ecosistemas.

Los primeros organismos fueron procariotas – criaturas unicelulares cuyos genes no residen en un núcleo cerrado por una membrana. Pero en algún punto, otros tipos de organismos evolucionaron. Estos organismos eucariotas (nucleados) evolucionaron antes de que tuviera lugar la revolución del oxígeno, pero fueron probablemente una parte mínima de las comunidades primitivas. El oxígeno colocó a las eucariotas en el camino a la preeminencia ecológica, no porque hubieran evolucionado por el camino de la respiración, sino porque podían consumir las bacterias que lo tenían. Algunas bacterias aerobias llegaron a incorporarse simbióticamente en células nucleadas, evolucionando con el tiempo a mitocondrias.

30 de Octubre de 2001

Pregunta: ¿Mantiene todavía la comunidad de la astrobiología el sistema de clasificación en 5 reinos, o han sido introducidos y discutidos otros reinos?

Respuesta: Esta es una excelente pregunta que se centra en una de las áreas más activas de la investigación biológica y bioquímica de hoy día. La respuesta breve es que el antiguo esquema de clasificación en cinco Reinos ha sido reemplazado por una clasificación en tres "Dominios": Eubacterias, Eucariotas y Archaea, con varios de los llamados "reinos" en cada dominio. Las Eubacterias (bacterias verdaderas) son procariotas – organismos unicelulares sin un núcleo protegido. Las Archaea son también procariotas pero difieren radicalmente de las bacterias en sus procesos metabólicos. Las Eucariotas pueden ser uni o pluricelulares, pero están marcadas por la presencia de un núcleo protegido, rodeado por una membrana. Este dominio incluye cosas desde los mohos del fango a las diatomeas o a los familiares hongos, plantas, y animales. La nueva clasificación comenzó a mediados de los 70, aproximadamente a la vez que los organismos llamados "extremófilos" fueron identificados por primera vez en las chimeneas oceánicas y otros lugares en los que las condiciones ambientales extremas (calor, presión, salinidad, pH) sugerirían que ninguna forma de vida podría existir allí. Cuando las secuencias de ADN de alguno de estos extremófilos fueron analizadas y comparadas con secuencias de otros reinos, se encontró que había coincidencias con las bacterias y alguna de las plantas superiores y animales (Eucariotas), pero que tenían algunas características celulares y moleculares por las que eran completamente únicos en todo el mundo viviente. Estos se convirtieron en los Archaea.

Los astrobiólogos están interesados en los Archaea (especialmente) porque crecen y proliferan en entornos de la tierra que son análogos a los entornos que actualmente existen o anteriormente existieron en otros planetas o lunas de nuestro sistema solar.

Para una mayor información, NAI sugiere: Woese, C.R. Microbiology Review. 51: 221 (1987) para un temprano desarrollo y defensa de la clasificación en tres Dominios, y Doolittle, W.F. Phylogenetic Classification and the Universal Tree. Science. 284: 2124-2128 (25 Junio, 1999) para un resumen moderno de "filogenética molecular" y del árbol de la vida

30 Octubre de 2001

Pregunta: ¿Cómo pudo la vida originarse múltiples veces y después diversificarse rápidamente en tan corto espacio de tiempo?

Respuesta: Hace apenas 600 millones de años, alguna combinación de circunstancias condujo a un repentino incremento en la distribución, número y variedad de los organismos. Los fósiles de estos organismos marcan el comienzo de lo que los geólogos llaman la era del Cámbrico. Esta era debe haber seguido a un largo periodo de evolución gradual de organismos de cuerpo blando a partir de eucariotas unicelulares. Esta evolución produjo criaturas muy parecidas a las medusas de hoy, que florecieron sólo 50 o 100 millones de años antes del comienzo del Cámbrico. Hay pruebas de que esta transición de organismos unicelulares a pluricelulares ocurrió independientemente varias veces; los organismos modernos no surgieron a partir de un único ancestro pluricelular.

El Cámbrico trajo una importante aceleración en la tasa de diversificación evolutiva. Casi cuatro mil millones de años transcurrieron desde el origen de la Tierra hasta la aparición de los trilobites. Unos escasos 600 millones de años después de la aparición de estos parientes lejanos del escorpión, los homínidos simiescos se trasladaron desde las selvas de la vieja África a las llanuras abiertas.

La diversificación no se refleja solamente en la morfología (la apariencia de una criatura), sino también en el nivel genético. A medida que las condiciones ambientales de la Tierra cambiaban a lo largo de este periodo, la reserva genética de las poblaciones se expandió, es decir, aparecieron nuevas versiones de genes existentes (unos mejores y otros peores) como resultado de mutaciones acumuladas impuestas por el entorno. Con el paso del tiempo, la producción de nuevos genes en este camino, confiriendo nuevas capacidades a los organismos, que a su vez enfrentaban nuevas y cambiantes condiciones ambientales, resultó en diferentes tipos de organismos con un rango diverso de características y habilidades, y por lo tanto, morfologías. Son estas diferentes morfologías las que pueden ser observadas en el registro fósil, a partir del cual hemos teorizado sobre la explosión del Cámbrico.

30 de Octubre de 2001

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Traducido por Francisco Pulido Pastor para

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