BIOLOGÍA: Evolución prebiótica dónde ocurrio y qué es necesario

El término evolución prebiótica hace referencia a la serie de escenarios hipotéticos que buscan explicar el origen de la vida partiendo de materia no viva en un ambiente bajo condiciones primitivas.

Se ha planteado que las condiciones de la atmósfera primitiva eran fuertemente reductoras, lo que favoreció la formación de moléculas orgánicas, como aminoácidos y péptidos, que son los bloques estructurales de las proteínas; y las purinas y pirimidinas, que forman los ácidos nucleicos – ADN y ARN.

Condiciones primitivas

Imaginarnos cómo surgieron las primeras formas de vidas en la Tierra puede ser una interrogante retadora – y hasta casi imposible – si no nos situamos en el  ambiente primitivo correcto.

Así, la clave para entender la vida a partir de moléculas abióticas suspendidas en el famoso “caldo primitivo” es la atmósfera en dicho ambiente remoto.

Aunque no existe un acuerdo total en cuanto a la composición química de la atmósfera, ya que no existe una manera de confirmarlo por completo, las hipótesis van desde composiciones reductoras (CH4 + N2, NH3 + H2O o bien CO2 + H2 + N2)  hasta ambientes más neutrales (con solamente CO2 + N2 + H2O).

Es generalmente aceptado que la atmósfera carecía de oxígeno (este elemento incrementó su concentración de manera significativa con la llegada de la vida). Para la síntesis eficiente de aminoácidos, purinas, pirimidinas y azúcares es necesario la presencia de un ambiente reductor.

En caso de que la atmósfera real de aquel momento no tuviese estas condiciones químicas prebióticas, los compuestos orgánicos tenían que haber llegado a partir de partículas de polvo u otros cuerpos espaciales como meteoritos.

¿Dónde ocurrió la evolución prebiótica?

Existen varias hipótesis en relación al espacio físico en la Tierra que permitió el desarrollo de las primeras biomoléculas y replicadores.

Una teoría que ha ganado un número importante de seguidores en la formación inicial de biomoléculas en las fuentes hidrotermales del océano. Sin embargo, otros autores lo encuentran improbable y desacreditan a estas regiones como agentes importantes en la síntesis prebiótica.

La teoría propone que la síntesis química ocurrió por medio del paso del agua dentro de un gradiente término desde los 350°C hasta 2°C.

La problemática con esta hipótesis surge porque los compuestos orgánicos se descomponen a temperaturas elevadas (350°C) en vez de ser sintetizados, lo que sugiere ambientes menos extremos. Así que la hipótesis ha perdido apoyo.

¿Qué se necesita para la evolución prebiótica?

Para realizar un estudio relacionado con la evolución prebiótica, es necesario responder una serie de preguntas que permiten entender el surgimiento de la vida.

Debemos cuestionarnos qué tipo de proceso catalítico favoreció el origen de la vida y de dónde fue tomada la energía que favorecieron las primeras reacciones. Al responder estas interrogantes, podemos ir más allá y preguntarnos si las primeras moléculas en aparecer fueron las membranas, los replicadores o los metabolitos.

A continuación responderemos a cada una de estas preguntas para lograr el entendimiento de un posible origen de la vida en un ambiente prebiótico.

Catalizadores

La vida, tal y como la conocemos hoy en día, requiere de una serie de “condiciones moderadas” para desarrollarse. Sabemos que la mayoría de los seres orgánicos existen donde la temperatura, humedad y pH son fisiológicamente aceptables – con excepción de los organismos extremófilos, que, como su nombre lo indica, viven en ambientes extremos.

Una de las características más relevantes de los sistemas vivos es la ubicuidad de los catalizadores. Las reacciones químicas de los seres vivientes son catalizados por enzimas: moléculas complejas de naturaleza proteica que incrementan en varios órdenes de magnitud la velocidad de las reacciones.

Los primeros seres vivientes debieron poseer un sistema análogo, probablemente de ribozimas. En la literatura, existe la pregunta abierta de si la evolución prebiótica pudo ocurrir sin catálisis.

Según la evidencia, en ausencia de un catalizador la evolución biológica hubiese sido muy poco probable – ya que las reacciones hubiesen tomado intervalos de tiempo monumentales en ocurrir. Por ello, se postula la existencia de los mismos durante las primeras etapas de la vida.

Energía

La energía para la síntesis prebiótica tuvo que aparecer de algún lugar. Se propone que ciertas moléculas inorgánicas, como los polifosfatos y los tioesteres, pudieron tener un papel importante en la producción de energía para las reacciones – en tiempos anteriores a la existencia de la famosa “moneda” energética de las células: el ATP.

Energéticamente, la replicación de las moléculas que portan la información genética es un evento muy costoso. Para una bacteria promedio, como E. coli, un solo evento de replicación requiere de 1,7*1010 moléculas de ATP.

Gracias a la existencia de esta cifra extraordinariamente elevada, la presencia de una fuente de energía es una condición incuestionable para crear un escenario probable en el cual se originó la vida.

Igualmente, la existencia de reacciones del tipo “redox” pudieron contribuir a la síntesis abiótica. Con el tiempo, este sistema pudo convertirse en elementos importantes del transporte de electrones en la célula, ligados a la producción de energía.

¿Cuál de los componentes celulares se originó primero?

En una célula existen tres componentes básicos: una membrana, que delimita el espacio celular y la convierte en una unidad discreta; los replicadores, que almacenan información;  y las reacciones metabólicas, que ocurren en el interior de este sistema. La integración funcional de estos tres componentes da lugar a una célula.

Por ello, a la luz de la evolución, es interesante plantear la interrogante de cuáles de los tres surgió primero.

La síntesis de membranas pareciera ser sencilla, ya que los lípidos forman de manera espontánea estructuras vesiculares con la capacidad de crecer y dividirse. La vesícula permite el almacenamiento de los replicadores y mantiene a los metabolitos concentrados.

Ahora bien, el debate se enfoca en el liderazgo de la replicación frente al metabolismo. Los que le dan más peso a la replicación, argumentan que las ribozimas (ARN con poder catalítico) pudieron replicarse a sí misma, y gracias a la aparición de mutaciones pudo surgir un sistema metabólico novedoso.

La visión contraria resalta la importancia de la generación de moléculas simples – como los ácidos orgánicos presentes en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos – a combustión bajo fuentes de calor moderadas. Bajo esta perspectiva, los primeros pasos de la evolución prebiótica involucraron a estos metabolitos.

Referencias

  1. Anderson, P. W. (1983). A suggested model for prebiotic evolution: The use of chaos. Proceedings of the National Academy of Sciences80(11), 3386-3390.
  2. Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Multilevel selection in models of prebiotic evolution: compartments and spatial self-organization. Origins of Life and Evolution of the Biosphere33(4-5), 375-403.
  3. Lazcano, A., & Miller, S. L. (1996). The origin and early evolution of life: prebiotic chemistry, the pre-RNA world, and time. Cell85(6), 793-798.
  4. McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). From prebiotics to probiotics: The evolution and functions of tRNA modifications. Life6(1), 13.
  5. Silvestre, D. A., & Fontanari, J. F. (2008). Package models and the information crisis of prebiotic evolution. Journal of theoretical biology252(2), 326-337.
  6. Wong, J. T. F. (2009). Prebiotic evolution and astrobiology. CRC Press.

Fuente: Lifeder

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