Evidencias de la Evolución Prebiológica

M. en C. Rafael Govea Villaseñor

En esta fase de la evolución de la vida se propone que vesículas microscópicas formadas espontáneamente por las moléculas y las macromoléculas producidas por síntesis abióticas (probiontes) se comportaban como sistemas abiertos, es decir, intercambiaban energía y materia con su entorno. Ve la primer figura.

Se sabe que estos sistemas en ciertas condiciones pueden aumentar su orden interno a costa de desordenar su medio. Simultáneamente, esa capacidad de interaccionar con su entorno les permitía poseer cualidades análogas a la de los seres vivos, es decir, presentar un tipo de "crecimiento", de "reproducción", de "metabolismo", "herencia" y otras.

Oparin sostuvo que las propiedades vitales aparecieron gradualmente a lo largo de periodos largos de tiempo gracias a la Selección natural de los probiontes con las mejores características de acuerdo a su ambiente. Como puedes ver en la segunda figura. el hecho de que los probiontes pudieran dividirse y dar lugar a otros probiontes cuyas propiedades fueran semejantes, pero ligeramente diferentes permitió que fuesen seleccionaran los probiontes cuyas modificaciones fueran más adecuadas para seguir "creciendo" y "multiplicándose", en otras palabras, para seguir evolucionando y de ese modo al paso del tiempo los descendientes de los probiontes fueron adquiriendo las características de los seres vivos.

Escribe ¿Cuáles son las cualidades características de los seres vivos? _________________________ __________. ₍₇₈₎

Se han propuesto varios modelos químicos de los hipotéticos probiontes para poder estudiar esta fase de la evolución de la vida. Esos modelos se construyen aprovechando las propiedades físico-químicas de las sustancias, que se cree, fueron producidas por síntesis abiótica, hace más de cuatro mil millones de años. La asociación espontánea de unas moléculas debido a la presencia de cargas positivas con otras cargadas negativamente, o gracias a su polaridad, es lo que Oparin denominó: Autoensamblaje no específico. Este proceso permitió la formación de vesículas microscópicas llamadas probiontes, algunos modelos de ellos se enlistan enseguida

Modelos precelulares (probiontes):

1. Coacervados de Oparin>: Son pequeñas vesículas microscópicas que se forman por la neutralización de dos soluciones coloidales de cargas opuestas de proteínas y polisacáridos, por ejemplo la proteína: grenetina y el polisacárido: goma arábiga. Si se usan proteínas enzimáticas y un medio apropiado, entonces el coacervado puede crecer, dividirse y en cierto sentido evolucionar formando coacervados más eficientes para crecer y dividirse

2. Vesículas de Goldacre: Resultan de la agitación de un lípido en agua, de modo que las interacciones hidrofóbicas permiten la formación de pequeñas vesículas cuyo contenido puede ser diferente que el de su entorno gracias a la presencia de una bicapa de lípidos (o varias capas).

3. Microesferas de protenoides de Fox: Resultan del enfriamiento de soluciones de aminoácidos que han sido puestas a ebullición en ciertas condiciones ya que los aminoácidos reaccionan, con el calor, formando cadenas más o menos parecidas a las de las proteínas (de ahí su nombre de protenoides) y constituyen pequeñas vesículas parecidas a los coacervados.

4. Colpoides y sulfobios de Alfonso L. Herrera: Fueron propuestos por el Biólogo mexicano más importante de principios del siglo XX. Los Colpoides remedan el movimiento de células a modo de amibas macroscópicas usando solamente: aceite de oliva, gasolina blanca, hidróxido de sodio y hematoxilina como colorante. Los Sulfobios se forman al extender una capa delgada de tiocianato de amonio disuelto en formaldehído sobre un portaobjetos, los resultados son sorprendentes pues aparecen estructuras microscópicas que simulan por su apariencia a una amplia variedad de microorganismos. Nota que las sustancias usadas por Herrera pueden encontrarse en muchos lugares del espacio.

Es poco lo que sabemos acerca de esta fase de la biogénesis (proceso que generó a la vida). En la actualidad se piensa que la posibilidad de formar pequeñas vesículas separadas de su entorno por un tipo de membrana semipermeable que les permita intercambiar masa y energía con su medio a partir de la asociación espontánea de pequeñas moléculas hidrocarbonadas y cortas cadenas (oligómeros) de proteínas, ácidos nucleicos y otras sustancias es factible.

Ello es importante porque los sistemas termodinámicamente abiertos (que intercambian masa y energía con su entorno) debió de ser fundamental para la aparición de la vida porque se tiene la propuesta teórica y cierta evidencia experimental de que cuando dichos sistemas son alejados de sus condiciones de equilibrio por un suministro de energía son capaces de aumentar su orden interno a costa de desorganizar su entorno y eso es precisamente lo que tuvo que ocurrir antes de que la primera célula surgiera.

Fíjate que la propiedad de desordenar el medio es propia de todo lo vivo, por ejemplo, en que hoy al regresar a tu casa, encuentras tu recámara limpia y en orden; después de pasar la noche en ella ¿cómo está de arreglado tu cuarto? ¿Quién lo desordenó? _______________________________________. ₍₇₉₎

La secuencia de hechos propuesta por Oparin en su último artículo antes de morir se muestra en la tercer figura. Lo revolucionario de la propuesta es que sugiere que los mecanismos de evolución biológica pueden extenderse tiempo antes de la propia aparición de la vida.

De modo que con el paso del tiempo la selección de los probiontes (complejos multimoleculares derivados de la asociación espontánea de compuestos químicos hidrocarbonados de alto y bajo peso molecular) con las mejores características de acuerdo a su entorno permitió el desarrollo (la evolución) de los procesos que consideramos propios de la vida y la aparición de las estructuras que los llevan a cabo.

Probiontes sencillos -->-->--> Probiontes complejos -->-->--> Eubiontes

La cantidad de problemas para investigar es enorme y su solución es necesaria para pasar del esquema general de la hipótesis de Oparin a un escenario no sólo plausible sino también demostrado de la evolución prebiológica. En detalle casi no sabemos nada acerca de esta fase

Así que en estos años se han propuesto un número grande de hipótesis acerca de los detalles de la evolución: se ha sugerido la participación de arcillas (A. G. Cairns-Smith) o de pirita (Günter Wächtershäuser) para la formación inicial de probiontes; también que los probiontes aparecieron en las lagunas intermariales del océano primitivo o en las chimeneas hidrotermales del fondo marino, como las que se encuentran al sur de la península de Baja California; o que el primer material donde se almacenó información genética fue ARN en vez de ADN (“Mundo del ARN”), etc.

Definir, en estos momentos, la validez de cada una de las propuestas sobre la antagónica es imposible, pero entre muchos investigadores del tema se tiene la impresión de que esa ebullición intelectual está preparando el terreno a avances importantes en este campo.

La aparición del Eubionte (eu- = verdadero, -onte = ser), se supone ocurrió hace aproximadamente tres mil quinientos millones de años (3.5 x 10⁹) basados en la presencia de unas rocas llamadas estromatolitos que son el resultado de la fosilización de comunidades microbianas que crecen en aguas tranquilas y poco profundas y cuya datación, por procedimientos radiactivos, parece indicar esa enorme antigüedad.

Debes entender que no es posible establecer una distinción neta entre lo vivo y lo no vivo. Suele pensarse que hubo un momento "mágico" en el cual surgió la Vida, pero ese instante nunca existió. De hecho todas y cada una de las características de los seres vivos son el resultado de un largo proceso de cambio y selección natural.

También suele entenderse erróneamente el proceso evolutivo. Se cree que la evolución es un cambio lineal de lo simple a lo complejo y se establecen escalas falsas y completamente erradas como la que sigue:

Pez --> Rana --> Lagartija --> ave --> mamífero --> hombre

En realidad la evolución tiene más parecido al ramaje de un árbol y todos los seres nombrados arriba sólo son la punta de sus propias líneas evolutivas. Del mismo modo la evolución de los probiontes si­guió muchas líneas distintas; todas ellas, excepto una, terminaron por extinguirse. Algunas dejaron descendientes por cierto tiempo con más o menor éxito. Una de ellas tiene como descendientes a todos los seres que hoy vivimos en la Tierra.

Pero nuestra existencia ahora, no es garantía para la eternidad. Debemos tener cuidado, pues nosotros y nuestros parientes, desde las simples bacterias, los protozoarios, las algas, los hongos, las plantas y los demás animales nos podemos extinguir.

El siguiente esquema puede darnos idea del verdadero patrón que sigue la evolución de los seres vivos. El esquema fue redibujado a partir otro incluido en un trabajo de Cairns-Smith se muestra en la cuarta figura. Nota que el tiempo transcurre hacia arriba.

Con forme pasa el tiempo hay más especies. El número de especies vivas en un momento dado lo sabemos trazando una línea horizontal. Cada bifurcación representa el surgimiento de dos especies a partir de una especie ancestral. Y cada extremo representa la extinción de esa línea.

Las principales características hipotéticas del EUBIONTE parecen haber sido del siguiente modo, el eubionte fue:

• Unicelular: El eubionte fue un organismo formado por una sola célula. Lo sabemos porque los microfósiles más antiguos conocidos son células aisladas (encontrados en rocas de Onverwacht y Fig Tree en Sudáfrica y en Warrawoona, Australia). Por otro lado es obvio que el eubionte debió de ser muy sencillo. Observa un microfosil antiguo en la figura siguiente. Se le ha dado el nombre de Eobacterium isolatum que quiere decir solitaria bacteria del alba, sus dimensiones son de 0.75 mm de largo por 0.25 mm de grosor (dimensiones típicas de una pequeña bacteria) y tiene una antigüedad de cerca de 3.2 x10⁹ años.

• Con membrana celular, citosol, ribosomas simples (70S) y ADN circular pequeño: Decimos esto porque son las únicas estructuras que nunca faltan en un célula y teóricamente son las estructuras imprescindibles para cualquier ser vivo. Es decir las primeras células eran procarióticas.

• Heterótrofo: Es decir, que comía ala materia orgánica de otros, porque pensamos que es más sencillo tomar los compuestos hidrocarbonados ya hechos, que fabricarlos.

• Fermentador: Es decir, que obtenía su energía a partir de la oxido-reducción interna de compuestos orgánicos parecidos a la glucosa. Se piensa esto porque la fermentación parece ser el método más antiguo para producir energía utilizable por la célula, es sencillo y prácticamente todas las células son capaces de fermentar a menos que secundariamente hayan perdido esa capacidad.

• Anaerobio: Que vive en un medio sin oxígeno molecular (O₂). Porque la atmósfera primitiva casi no tenía de oxígeno, porque en la mayoría de las reacciones bioquímicas de las células no es necesario y además, porque hay organismos que no necesitan ese gas e incluso los envenena.

• Acuático: Es decir, que vivía en el agua. Porque todas las células viven en un entorno acuoso.

• Bentónico: Que vivía cerca del fondo de los ríos, lagos, charcas. Porque la atmósfera cuando aparecieron los eubiontes era reductora y no tenía oxígeno molecular. Y como una atmósfera sin oxígeno deja pasar a los letales rayos ultravioleta; sólo una gruesa capa de agua podría proteger al eubionte de sus efectos dañinos.

• Termófilo: Es decir, que tenía afinidad por los ambientes cálidos. Porque parece ser que la temperatura del océano primitivo fue probablemente más alta y se intuye más probable la aparición inicial de seres adaptados a altas temperaturas que el esquema inverso.