Formación de las primeras células
Célula, unidad básica de la vida. La célula es la estructura más pequeña capaz de realizar por sí misma las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. Todos los organismos vivos están formados por células. Algunos organismos microscópicos, como las bacterias y los protozoos, son unicelulares, lo que significa que están formados por una sola célula.
Las plantas, los animales y los hongos son organismos pluricelulares, es decir, están formados por numerosas células que actúan de forma coordinada. La célula representa un diseño extraordinario y eficaz con independencia de si es la única célula que forma una bacteria o si es una de los billones de células que componen el cuerpo humano.
La célula lleva a cabo miles de reacciones bioquímicas cada minuto y origina células nuevas que perpetúan la vida. El tamaño de las células es muy variable. La célula más pequeña, un tipo de bacteria denominada micoplasma, mide menos de una micra de diámetro (10.000 micoplasmas puestos en fila tienen el mismo diámetro que un cabello humano).
Entre las células de mayor tamaño destacan las células nerviosas que descienden por el cuello de una jirafa, que pueden alcanzar más de 3 m de longitud.
Las células humanas presentan también una amplia variedad de tamaños, desde los pequeños glóbulos rojos (hematíes) que miden 0,00076 mm hasta las células hepáticas que pueden alcanzar un tamaño diez veces mayor. Aproximadamente 10.000 células humanas de tamaño medio tienen el mismo tamaño que la cabeza de un alfiler.
Además de estas diferencias de tamaño, las células presentan una amplia variedad de formas. Algunas, como la bacteria Escherichia coli, tienen forma de bastón.
El paramecio, un tipo de protozoo, tiene forma de zapatilla y la ameba, otro protozoo, tiene una forma irregular que cambia conforme se mueve. Las células de las plantas tienen, por lo general, forma poligonal.
En los seres humanos, las células de las capas más superficiales de la piel son planas, mientras que las células musculares son largas y delgadas. Algunas células nerviosas, con sus prolongaciones delgadas en forma de tentáculos, recuerdan a un pulpo.
En los organismos pluricelulares la forma de la célula está adaptada, por lo general, a su función. Por ejemplo, las células planas de la piel forman una capa compacta que protege a los tejidos subyacentes de la invasión de bacterias.
Las células musculares, delgadas y largas, se contraen rápidamente para mover los huesos. Las numerosas extensiones de una célula nerviosa le permiten conectar con otras células nerviosas para enviar y recibir mensajes con rapidez y eficacia.
Toda célula es, en sí misma, un modelo de independencia. Igual que una ciudad amurallada en miniatura que estuviese permanentemente en hora punta, la célula debe soportar constantemente el tráfico, transportando moléculas esenciales de un lugar a otro con el fin de mantener las funciones vitales.
Sin embargo, a pesar de su individualidad, las células poseen además una capacidad notable para unirse, comunicarse y coordinarse con otras células. Por ejemplo, el cuerpo humano está formado por unos 60 billones de células. Docenas de distintos tipos de células están organizadas en grupos especializados denominados tejidos.
Los tendones y los huesos, por ejemplo, están formados por tejido conjuntivo, mientras que la piel y las membranas mucosas están formadas por tejido epitelial. Los distintos tipos de tejidos se unen para formar órganos, que son estructuras especializadas en funciones específicas.
Algunos ejemplos de estos órganos son el corazón, el estómago o el cerebro. Los órganos, a su vez, se constituyen en sistemas como el sistema nervioso, el digestivo o el circulatorio. Todos estos sistemas de órganos se unen para formar el cuerpo humano.
Los componentes de las células son moléculas, estructuras sin vida propia formadas por la unión de átomos. Las moléculas de pequeño tamaño sirven como piezas elementales que se combinan para formar moléculas de mayor tamaño. Las proteínas, los ácidos nucleicos, los carbohidratos o hidratos de carbono y los lípidos (grasas y aceites) son los cuatro tipos principales de moléculas que forman la estructura celular y participan en las funciones celulares.
Por ejemplo, una disposición muy organizada de lípidos, proteínas y compuestos de proteínas y azúcares, forman la membrana plasmática, o límite externo, de ciertas células. Los orgánulos, compartimentos rodeados por una membrana, presentes en el interior de las células, están formados principalmente por proteínas.
Las reacciones bioquímicas en las células están dirigidas por enzimas, proteínas especializadas que aceleran las reacciones químicas. El ácido desoxirribonucleico (ADN) contiene la información hereditaria de las células y otro ácido nucleico, el ácido ribonucleico (ARN), actúa junto al ADN para producir las miles de proteínas que la célula necesita.
Síntesis prebiológica de compuestos orgánicos
La tierra primitiva
Si bien es cierto que la Tierra se formó, junto con el resto del Sistema Solar, de una nube densa de material interestelar que contenía una gran cantidad de compuestos orgánicos, es poco probable que estas moléculas hayan podido sobrevivir a las altas temperaturas que se generaron en las partes internas de la nebulosa solar durante su colapso.
El experimento de Miller-Urey
uno de los primeros experimentos que vino a demostrar que los procesos de evolución química que antecedieron a la vida pudieron haber ocurrido en la Tierra primitiva, fue el que realizó en 1953 Stanley L. Miller, trabajando bajo la dirección del profesor Harold C. Urey.
Para llevarlo a cabo intentaron simular en el laboratorio las posibles condiciones de la atmósfera secundaria de la Tierra. Colocaron una mezcla de hidrógeno, metano y amoniaco en un matraz, al que le llegaba constantemente vapor de agua y en el cual se colocaron electrodos que produjeron descargas eléctricas durante una semana; al cabo de ésta, se analizó el agua que se había condensado al enfriarse y que tenía disueltos los productos de las reacciones químicas.
Simulando la tierra primitiva
Usando diferentes fuentes de energía y mezclas de gases, los investigadores rápidamente llegaron a una conclusión: siempre que no existiese oxígeno libre en los dispositivos experimentales donde se simulaba la atmósfera primitiva, se podían formar compuestos orgánicos complejos..
Los experimentos posteriores, si bien estaban basados en los principios generales del de Miller-Urey, se fueron haciendo cada vez más complicados.
Ya no solamente se simulaba la atmósfera primitiva sino, como lo hizo Ponnamperuma, también la hidrosfera, colocando un matraz en el que el agua se vaporizaba y acumulaba todos los productos de la reacción de una atmósfera reductora que en contacto directo con ella, formaba una “sopa primitiva”.
Las reacciones de condesación
El siguiente paso trascendental en la evolución prebiológica era la aparición de los enlaces cóvalentes que permitiría la formación de moléculas tales como los nucleótidos, los péptidos y los lípidos, y la posterior aparición de polímeros como los polisacáridos, los polinucleótidos y los polipéptidos.
Sin embargo, para que éstos polímeros se puedan formar, es necesario que ocurran las llamadas reacciones de condensación, que implican la formación de moléculas de agua a partir de grupos químicos presentes en los movimientos que se unirán entre sí por medio de enlaces covalentes.
El problema de la asimetría
Estamos habituados a considerar algunos objetos que existen en la naturaleza como imágenes especularas de otros. Por ejemplo, la mano derecha es en cierta forma la imagen especular de la mano izquierda aun cuando su forma sea básicamente la misma, el hecho de que la una sea la imagen al espejo de la otra, impide que podamos utilizar un guante izquierdo para una mano derecha, y análogamente, no podemos superponer una mano izquierda a una derecha.
Con las moléculas, sobre todo con las más complicadas, sucede lo mismo: existen dos formas, una de ellas orientada hacia la derecha, que se designa anteponiendo la letra D al nombre de la molécula y otra, que puede ser químicamente idéntica, que es la imagen especular orientada hacia la izquierda, y que se designa anteponiendo la letra L.
La hipótesis de Wegener
Lo que Wegener quería demostrar era que todos los continentes de la Tierra habían estado unidos en algún momento en un único ‘supercontinente’ al que llamó Pangea; que Pangea se había escindido en fragmentos en algún momento del pasado; y que estos grandes fragmentos —los actuales continentes— fueran alejándose poco a poco de sus posiciones de partida hasta alcanzar las que ahora ocupan.
La mayor parte de los geólogos de la época, y del medio siglo siguiente, rechazaron esta idea. Hasta entonces, siempre se había supuesto que los continentes ocupaban posiciones fijas, y resultaba inaceptable pensar que esa hipótesis fuese errónea. Además, argumentaban los geólogos, ¿cómo podían las masas de tierra continentales moverse sobre el fondo oceánico? No había en la Tierra ninguna fuerza capaz de semejante cosa.
La derivada continental
La deriva continental es el desplazamiento de las masas continentales unas respecto a otras. Esta hipótesis fue desarrollada en 1912 por el alemán Alfred Wegener a partir de diversas observaciones empíricas, pero no fue hasta los años 60, con el desarrollo de la tectónica de placas, cuando pudo explicarse de manera adecuada el movimiento de los continentes.
Pruebas de la deriva continental
El meteorólogo alemán Alfred Wegener reunió en su tesis original pruebas convincentes de que los continentes se hallaban en continuo movimiento. Las más importantes eran las siguientes.
Pruebas de la geografía
Wegener sospechó que los continentes podrían haber estado unidos en tiempos pasados al observar una gran coincidencia entre la forma de las costas de los continentes, especialmente entre Sudamérica y África.
Si en el pasado estos continentes hubieran estado unidos formando solo uno (Pangea), es lógico que los fragmentos encajen. La coincidencia es aún mayor si se tienen en cuenta no las costas actuales, sino los límites de las plataformas continentales.
Pruebas de la geología
Se basaban en los descubrimientos a partir de esta ciencia. Cuando Wegener reunió todos los continentes en Pangea, descubrió que existían cordilleras con la misma edad y misma clase de rocas en distintos continentes que según él, habían estado unidos. Estos accidentes se prolongaban a una edad que se pudo saber calculando la antigüedad de los orógenos.
Pruebas de la paleontología
Wegener también descubrió otro indicio sorprendente. En distintos continentes alejados mediante océanos, encontró fósiles de las mismas especies, es decir, habitaron ambos lugares durante el periodo de su existencia.
Y lo que es más, entre estos organismos se encontraban algunos terrestres, como reptiles o plantas, incapaces de haber atravesado océanos por lo que dedujo que durante el periodo de vida de estas especies Pangea había existido.
Pruebas de la paleoclimatología
Esta ciencia pretende descubrir cómo era el clima pasado de las diversas regiones del planeta a través del estudio de rocas como el carbón o la existencia de morrenas como las dejadas por los glaciares. Wegener encontró aquí otra prueba que respaldaba su hipótesis.
En su mapa de Pangea, las regiones ecuatoriales contenían en los años 60 morrenas de carbón, consecuencia inevitable de una antigua selva. Gracias a esto, se comprobó el movimiento de estos continentes desde que Pangea fue destruído. Actualmente, estos continentes se hallan cerca de los polos.