El Origen de la Vida: Primeras Concepciones y Avances Científicos

Primeras Teorías sobre el Origen de la Vida

• Hace 13.000 millones de años (Ma) se originó el universo.
• Hace 4.600 Ma se originaron el Sistema Solar y la Tierra.
• Hace 3.800 Ma se consolidó la corteza sólida de la Tierra y se formaron la atmósfera, los océanos y los mares.
• Hace más de 3.500 Ma se originó la vida sobre la Tierra.

En la antigüedad, Anaximandro de Mileto pensaba que era suficiente el calor para que el barro se convirtiese en materia viva y que los seres vivos podían convertirse en otros sin limitaciones (Teoría de la Generación Espontánea). Aristóteles creía firmemente en la generación espontánea y pensaba que el movimiento era un signo claro de la existencia de la vida. Santo Tomás opinaba que la vida era de origen divino y que, por lo tanto, estaba fuera del alcance del conocimiento humano. En el Renacimiento, la investigación sobre el origen de la vida avanzó por dos hechos importantes:

• Se descubrieron nuevas tierras con animales y plantas desconocidas para Aristóteles.
• A partir de Galileo Galilei, se empezó a utilizar el microscopio, el telescopio y el juego de lentes.

A lo largo de los siglos, el hombre comenzó a pensar que la vida podría no tener un origen espontáneo. Uno de los primeros en cuestionárselo fue Francesco Redi, quien realizó el primer estudio científico aplicando el método científico. Además, planteó una hipótesis y la comprobó.

En tiempos de Redi (siglo XVII), la gente creía en la Generación Espontánea. Redi puso en tres recipientes un trozo de carne. El primero lo dejó destapado, el segundo lo tapó con un pergamino y el tercero con una fina gasa. Después de varios días, observó que solo en el primero aparecían gusanos. Por lo tanto, concluyó que al menos los gusanos no aparecían por Generación Espontánea. Este experimento empezó a poner en duda la teoría de la Generación Espontánea.

Durante el siglo XVIII, aunque la teoría de la Generación Espontánea había sido eliminada para explicar el origen de muchos animales, todavía se pensaba que los microorganismos y algunos insectos aparecían por Generación Espontánea. En el siglo XIX, esta teoría se desechó totalmente con un experimento muy importante realizado por Louis Pasteur, quien descubrió que los causantes del agriamiento del vino y de la cerveza que él estudiaba, así como de ciertas enfermedades, eran los microorganismos que se encontraban en el aire. Para demostrar la existencia de los microorganismos del aire, ideó el siguiente experimento:

En un matraz, puso un líquido nutritivo (agua de levadura de cerveza, jugo de remolacha…) a hervir durante varios minutos. Más tarde, observó que al cabo de un tiempo, si en el matraz había microorganismos, como el cuello no estaba cerrado, el aire volvía a entrar en él y el líquido se contaminaba. Por ello, tomó otro matraz distinto, con el mismo líquido nutritivo, y dobló el cuello formando varios codos. Lo volvió a hervir y lo dejó enfriar de nuevo. Observó que el líquido permanecía inalterado porque los microorganismos quedaban retenidos en los codos. Esto lo repitió con muchos líquidos y siempre observaba lo mismo, lo que le llevó a demostrar totalmente que no existe la Generación Espontánea.

En el siglo XX, Oparin formuló la primera teoría sobre el origen de la vida en la Tierra en 1923:

• Hace aproximadamente 3.500 Ma, la atmósfera de la Tierra estaba formada por metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua en una atmósfera reductora y anaerobia.
• Estas moléculas sencillas, excitadas con radiaciones solares y descargas eléctricas, se fueron condensando, dando lugar a las biomoléculas y a los compuestos orgánicos sencillos. Cuando la Tierra se enfría, estas moléculas son arrastradas por ríos y agua torrencial hasta que llegan al mar. Por tanto, aparecen azúcares, grasas, aminoácidos unidos formando proteínas, y otros compuestos complejos. Todo queda concentrado en el agua del mar, tanto las moléculas orgánicas como inorgánicas, formando lo que él llamó caldo o sopa primitiva.
• La temperatura de este caldo favorecía las reacciones químicas entre las moléculas que cada vez iban teniendo un mayor grado de complejidad y eran capaces de unirse entre sí, formando coacervados (agregados heterogéneos) que eran capaces de nutrirse, duplicarse o reproducirse, siendo considerados las primeras formas de vida.
• Por último, se supuso que daban lugar a los primeros organismos procariotas. Tras esto, se pensó que los compuestos orgánicos pudieron aparecer en el caldo primitivo, cosa que fue a demostrar la teoría de Miller (1953), quien reprodujo el instrumento con el que realizó su célebre experimento simulando las condiciones iniciales del origen de la vida sobre la Tierra cuando con 23 años era becario de la Universidad de Chicago. En 1953, Miller construyó un dispositivo con el que quiso reproducir las condiciones de la Tierra primitiva. Para ello, en un recipiente con dos electrodos introdujo gases semejantes a los que él pensaba que había en esa época; en otro que comunicaba con el anterior, introdujo agua y la calentó. De esta forma, el vapor de agua se iba incorporando al recipiente de los gases, donde los electrodos producían descargas eléctricas que simulaban tormentas. Los productos formados eran arrastrados por el vapor de agua mediante un sistema de refrigeración que podía condensar el vapor a líquido donde se iban incorporando los productos obtenidos. Más tarde, analizó estos productos y observó que se habían formado compuestos orgánicos como azúcares y aminoácidos. De esta manera, Miller demostró que las primeras etapas que había explicado Oparin eran posibles, aunque esto no era exactamente lo que ocurría.

Primeras Teorías Celulares y la Unidad de la Vida

Se supone que las primeras formas de vida fueron los protobiontes que poseían una membrana que los aislaba del exterior; determinadas enzimas que potenciaban las reacciones químicas internas para obtener materia y energía. También tenían el material genético necesario para reproducirse. A partir de ellos, surgiría la primera célula como unidad estructural y funcional de los seres vivos.

Primero se pensó que apareció la molécula de ARN, y que las primeras células se reproducían a partir de este. Sin embargo, más tarde se formaría el ADN, mucho más estable que el anterior, capaz de dirigir las actividades celulares y de hacer posible la transmisión de los caracteres hereditarios a su descendencia. Según su complejidad, fueron apareciendo las células eucariotas y procariotas.

Teoría Celular

• Todos los organismos son células o están constituidos por ellas.
• Las unidades reproductoras son los gametos y las esporas, y también son células.
• Toda célula proviene siempre de otra célula.
• Existen seres unicelulares y seres pluricelulares.

La Evolución de las Especies: Un Viaje a Través del Tiempo

Teorías del Origen de las Especies

Teorías Fijistas y Creacionistas

En el siglo XVIII, las ideas que había en Europa sobre los seres vivos eran inmutables y no cambiaban con el tiempo. Estas teorías se basaban en las ideas cristianas del Génesis, según las cuales el mundo y todo lo que fue creado en 6 días tendría unos 6.000 años. Decía que Dios creó las especies tal y como son ahora sin sufrir ningún cambio. Dentro de esta teoría, además del fijismo, aparecía el catastrofismo, que pensaba que a lo largo de la historia se habían sucedido grandes catástrofes que habían eliminado lo que había y habían dado origen a muchas nuevas creaciones. Dos importantes científicos fijistas fueron Linneo y Cuvier.

Teorías Evolucionistas Clásicas

Los representantes más importantes fueron Lamarck y Darwin. Para los evolucionistas, los seres vivos cambian a partir de otros con el tiempo, dando lugar a especies nuevas y diferentes, cada vez más complejas. La teoría de Lamarck se basa en los siguientes principios:

• El medio ambiente es cambiante.
• Los seres vivos se adaptan a estos cambios.
• Para ello, los seres vivos utilizan más unos órganos que otros y los que no utilizan se van atrofiando.
• Los órganos más utilizados se desarrollan y pasan de generación en generación.
• Los caracteres adquiridos o perdidos a lo largo de su vida son transmitidos a sus descendientes, lo que se conoce como Herencia de los Caracteres Adquiridos.
• Las modificaciones adquiridas, según Lamarck, no modificaban el ADN.

El ejemplo más típico de Lamarck es la evolución del cuello de las jirafas: Se supone que al escasear la hierba en el suelo, los antepasados de la jirafa estiraron el cuello para poder llegar a las hojas de los árboles, por lo que el cuello les creció y esta modificación pasó a su descendencia, de forma que el cuello se iría alargando generación tras generación.

La teoría de Darwin se basa en que:

• Los seres vivos se caracterizan por su gran variabilidad individual, de modo que incluso dentro de una misma especie, los individuos no son exactamente iguales.
• De cualquier especie nacen más individuos de los que pueden sobrevivir, por lo que se establece una competencia por el espacio y el alimento.
• En un medio determinado, sobreviven los individuos más eficaces por Selección Natural.
• Como los individuos supervivientes son los que se reproducen, las variaciones favorables son las que se transmiten a las sucesivas generaciones.

Según Darwin, la evolución del cuello de la jirafa se debía a que entre los antecesores de las jirafas hubo individuos con el cuello más largo que otros, y, por tanto, se alimentarían mejor, sobreviviendo frente a las de cuello corto, que morían. Las de cuello largo se reproducen, transmitiéndolo a la descendencia.

Un año después de publicar Darwin su famoso libro «El origen de las especies», Wallace escribió un manuscrito donde desarrollaba la misma teoría que Darwin. Wallace comunicó sus ideas a Darwin, que se supone que tenía ya escrita su teoría. Darwin y Wallace presentaron, en colaboración, su teoría a la Royal Society de Londres. La Teoría de Darwin-Wallace postula:

• La mayoría de las especies se reproducen en gran número; los recursos son limitados; los individuos de una misma especie no son iguales entre sí, sino que existe cierta variabilidad. Como consecuencia, se produce una lucha por la existencia en la que solo sobreviven los mejor adaptados. Sus descendientes heredan estos caracteres.

En la época de Darwin no se conocían aún las leyes de Mendel ni que existían mutaciones genéticas. Fue por ello por lo que su teoría tiene una importante contradicción, porque, si según él, el mecanismo de la evolución era la selección natural, este proceso con el paso del tiempo eliminaba la variabilidad con la que la evolución se detendría.

Teorías Evolucionistas Modernas y Contemporáneas

A finales del siglo XX aparece esta nueva teoría, que unía las ideas de Darwin con las leyes de Mendel y las de las mutaciones. Esta teoría sigue vigente hoy en día y está representada por Hugo de Vries y Carl Erich. El Neodarwinismo establece:

• Los seres vivos experimentan mutaciones producidas al azar, lo que produce una gran variabilidad.
• Actúa la selección natural y los individuos menos adaptados, como no sobreviven, hacen que se pierdan los genes menos favorecidos.
• Las mutaciones que se producen se acumulan en el ADN y van produciendo cambios progresivos que dan lugar a una población con características nuevas, lo que genera nuevas especies.

Según el Neodarwinismo, las jirafas en un principio tenían el cuello corto y con sucesivas mutaciones aparecen en la herencia el carácter del cuello más largo. Como este carácter favorece la alimentación de las jirafas, estas con este gen se reproducen más y, por tanto, aumenta la población. Con el tiempo, cada vez más jirafas tendrán el cuello largo, lo que no quiere decir que no aparezcan jirafas de cuello corto.

Otro ejemplo muy típico es el de las mariposas de abedul, frecuentes en los bosques europeos. De esta especie existen dos variedades: unas de color claro y otras de color oscuro. Durante el siglo pasado, la variedad clara era muchísimo más abundante porque la corteza de abedul donde se posaban era de color claro, lo que les permitía camuflarse, pero con la revolución industrial la corteza del abedul con la contaminación se volvió oscura y las mariposas de color blanco no podían camuflarse y fueron muriendo. La población de mariposas fue adaptándose, volviéndose de color oscuro para poder camuflarse. Hoy día, la población de mariposas ha vuelto a cambiar, porque la contaminación ha disminuido y la corteza de abedul vuelve a ser clara.

El Neutralismo se basa en que muchas mutaciones ni producen ventajas ni desventajas en la nueva población.

El Equilibrio Puntuado dice que la evolución no ha sido un proceso lento y gradual como dice el Neodarwinismo, sino que ha habido largos períodos con muy pocos cambios seguidos de períodos de muchos cambios. Los cambios que se producen se ven en la población a lo largo de millones de años.

La Teoría Finalista dice que el proceso evolutivo tiene una finalidad, lo que explica la evolución de unos órganos y otros no. Es decir, considera que las mutaciones no se producen al azar, sino que están relacionadas con lo que denominan «un esfuerzo» de los seres vivos para adaptarse al medio.

La Teoría del Gen Egoísta dice que lo único importante son los genes, que los organismos únicamente son un vehículo para conseguir la supervivencia del gen y garantizar su proliferación. Es decir, el objetivo de los organismos es conseguir hacer el mayor número de copias posibles de los genes, a costa de cualquier cosa, incluida la muerte del individuo.

La Biodiversidad: Una especie se define como un conjunto de individuos que pueden reproducirse entre sí dando descendencia fértil, lo cual no ocurre con los miembros de otra especie. La evolución ha dado lugar a la biodiversidad que se conoce hoy en día.

Pruebas de la Evolución

Las pruebas en las que se basa la evolución son cinco:

• Pruebas Paleontológicas: Se basan en el estudio de los fósiles y reconstruyen el proceso evolutivo de un organismo. De esta forma, se ven los cambios que experimenta una determinada especie hasta la época actual. Para el estudio se realizan las series filogenéticas. Una muy conocida es el estudio de las extremidades del caballo hasta llegar al actual.
  • Relación antigüedad-complejidad: Los fósiles siempre se encuentran en las rocas cuya disposición en distintos estratos permite esclarecer la edad relativa. Los fósiles siempre indican la edad de las formas más simples a las más complejas.
  • Series filogenéticas.
  • Formas intermedias: Fósiles que demuestran que diferentes grupos de animales provenían de un tronco común. Por ejemplo: el ave y el reptil provenían del Archaeopteryx.
  • Fósiles vivientes: Organismos que han evolucionado muy poco.
• Pruebas Morfológicas: Basadas en los Órganos Vestigiales (piezas atrofiadas sin función y con tamaño reducido). Por ejemplo: la ballena. Órganos Homólogos (con estructura similar y derivados de los esbozos embrionarios que pueden diferir en su aspecto superficial. Evolución divergente o adaptación de un mismo órgano a distintas finalidades y medios). Órganos Análogos (órganos con la misma función pero con origen diferente y, por tanto, con organización diferente. Evolución convergente o adaptación de un mismo órgano a un mismo medio y finalidad). Por ejemplo: el tiburón o el pez espada.
• Pruebas Biogeográficas: Destaca la singularidad que se ve de especies en las islas, de donde Darwin cogió sus argumentos. Las especies que aparecen en las islas se han quedado aisladas del continente y, por tanto, evolucionan de manera diferente. También a nivel molecular existen diferencias en las especies, por eso analizan el ADN y las proteínas que derivan del mismo.
• Pruebas Embriológicas: Basadas en el estudio del desarrollo embrionario de los organismos que refuerzan las pruebas morfológicas.
• Pruebas Bioquímicas: Estudian las características básicas de los seres vivos. Se sabe que a nivel molecular existen importantes diferencias entre las especies, siendo las más importantes las que ocurren a nivel molecular que son las que están en el ADN y en la expresión de las proteínas que derivan de él. También se buscan similitudes entre las especies en su ADN. Tanto las diferencias como las similitudes se encuentran expresadas en las proteínas del ADN.

Los Primates y la Especie Humana: Origen y Evolución

Los primates son mamíferos adaptados a la vida arborícola cuyos rasgos son:

• Las extremidades: Presentan 5 dedos en la mano, lo que incrementa su capacidad de agarre, por lo que tienen una mayor habilidad manual. Suelen tener uñas planas en vez de garras y la posición de los huesos del brazo cambia para permitir la rotación del brazo.
• La visión: Se incrementa la agudeza visual que el olfato, lo que permite calcular distancias con mayor facilidad, además de distinguir colores.
• La posición erguida: Lo que les permite mirar hacia el frente. Esta posición favorece el bipedismo característico solo en los humanos.
• Cuidado de la prole: Las crías maduran lentamente con largas etapas de aprendizaje y se establecen lazos estrechos entre la madre y la descendencia.

Los primates más importantes son los simios y antropoides. Los prosimios vivieron hace de 55 a 38 millones de años. Los antropoides se dividieron en dos grupos, en el que el más importante es el de los homínidos, que se caracterizan por la columna vertebral, la perfección de las destrezas de la mano; y en la mayor capacidad craneal y mayor complejidad cerebral. También cambian el tipo de dieta que tienen.

Géneros y Especies Clave en la Evolución Humana

Australopithecus

• Bípedos pero no erguidos.
• Vivieron de 3 a 1 millón de años.
• Frente nula. Arcos ciliares.
• Omnívoros.
• 1-1,5 m de estatura.
• No conocían técnicas de cazar.
• Capacidad craneal de 450 cm³.
• África oriental y austral.
• Se desplazaban por la sabana en busca de alimentos.

Género Homo

Homo Habilis

• 1,8 a 1,3 Ma.
• Bipedismo perfecto, ya erguidos.
• Capacidad craneal de 750 cm³.
• 1-1,8 m de estatura.
• Utilizaban herramientas y eran cazadores.
• Organizaban el espacio donde vivían, vivían en África.

Homo Ergaster

• 1,5 Ma.
• Se cree que poseía con el H. Habilis antepasados comunes.
• Rasgos muy humanos y robustos.
• Capacidad craneal de 800 cm³.

Homo Erectus

• 1 Ma a 100.000 años.
• Esqueleto similar al nuestro pero de frente más pequeña y arcos ciliares muy pronunciados.
• Posición erguida.
• Estatura de aprox. 1,7 m.
• Capacidad craneal de 1000 cm³.
• Utilizaba también herramientas, tallaba piedras.
• Dominaba el fuego.
• África, organizaba el territorio. Se extendió por Europa y Asia.

Homo Antecessor

• Descubierto en 1994 en Atapuerca.
• Antigüedad de 800.000 años.
• Se cree que venía de África y de Asia.
• Muy robustos con capacidad craneal de 1000 cm³.
• Se cree que es el único Homo con 2 líneas evolutivas: el Neanderthalensis y Homo Sapiens.

Homo Heidelbergensis

• Restos encontrados en Atapuerca y el resto de Europa.
• Antigüedad de 500.000 años.
• Muy robustos y capacidad craneal de 1300 cm³.

Homo Neanderthalensis

• Fue descubierto en ese valle.
• Capacidad craneal de 1500 cm³.
• Antigüedad de 300.000 años.
• Vivió durante la última glaciación del Cuaternario.
• Su modo de andar es muy parecido al nuestro.
• Altura aprox. de 1,5 m.
• Fabricaba sus propias herramientas.
• Se cree que tenía sentido religioso porque enterraba a sus seres queridos.
• Se cree que vestían pieles y lo importante es que se piensa que coexistieron con el Homo Sapiens.

Homo Sapiens

• Antigüedad de 195.000 años.
• Se cree que es el único Homo que ha llegado a la actualidad.
• Medían 1,75 m antiguamente.
• Capacidad craneal de 1400 cm³.
• Fabrican útiles de caza y de decoración doméstica.

Figuras Clave en la Historia de la Biología Evolutiva

Francesco Redi

Fue naturalista y fisiólogo italiano nacido en Arezzo en 1626 y falleció en Pisa en 1698. Demostró que los insectos no nacían por Generación Espontánea. Realizó el estudio sobre el veneno de las víboras, y escribió «Observaciones en torno a las víboras». Fue también poeta, y perteneció a la Academia de la Crusca, cultivando el género humorístico.

Louis Pasteur

Químico y biólogo francés. Hijo de un curtidor, nació en Dole en 1822, y creció en la pequeña ciudad de Arbois. En 1847 obtuvo el doctorado en física y química. Fundó la ciencia de la microbiología. Demostró la teoría de los gérmenes como causantes de las enfermedades. Desarrolló vacunas contra varias enfermedades, incluida la rabia.

Alexander Ivanovich Oparin

Bioquímico ruso, pionero en el desarrollo de teorías bioquímicas acerca del origen de la vida en la Tierra. Se graduó en la Universidad de Moscú donde fue nombrado catedrático de bioquímica en 1927 y desde 1946 hasta su muerte fue director del Instituto de Bioquímica A.N. Bach de Moscú.

Linneo

Famoso científico, botánico sueco, creador del sistema de clasificación natural y de la nomenclatura binomial.

Georges Cuvier

Padre de la paleontología. Por sus observaciones se dio cuenta que antiguamente habían existido faunas y floras diferentes a las actuales. Esto le llevó a plantear la Teoría Catastrófica.

Lamarck

Profesor del Museo de Historia Natural de París. En 1800 pronuncia una conferencia en la que expone una teoría coherente sobre la transformación de los seres vivos. Admite la existencia de una evolución de las especies y trata de darle una explicación racional.

Darwin

Nacido en 1809 en Shrewsbury. Después de realizar estudios en diferentes universidades, en 1831 se enroló en el barco de reconocimiento HMS Beagle como naturalista sin paga para emprender una expedición científica alrededor del mundo. En este viaje realizó importantes observaciones geológicas y biológicas. En 1836, tras volver a Inglaterra, se dedicó a reunir sus ideas acerca del cambio de las especies. En 1859 publicó su teoría «El origen de las especies por medio de la selección natural» que causó una gran controversia y supuso una enorme revolución en el pensamiento humano. Falleció en 1882 y está enterrado en la Abadía de Westminster.