Diferencia entre revisiones de «Abiogénesis»
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[[Archivo:Stromatolites.jpg|right|thumbnail|394px| [[Estromatolito]]s del [[precámbrico]] en la '''Formación Siyeh''', [[Parque Nacional de los Glaciares]], [[Estados Unidos]]. En 2002, William Schopf de la [[UCLA]] publicó un artículo en la revista ''[[Nature]]'' defendiendo que este tipo de formaciones [[geología|geológicas]] fueron creadas por [[cianofícea]]s fósiles con una antigüedad de [[Eón Hadeico|3.500 millones de años]].<ref>{{Cita web|url=http://www.abc.net.au/science/news/space/SpaceRepublish_497964.htm|título=Is this life? ABC Science Online|fechaacceso=2007-07-
La cuestión del '''origen de la vida''' en la Tierra ha generado en las [[ciencia]]s de la [[naturaleza]] un campo de estudio especializado cuyo objetivo es dilucidar cómo y cuándo surgió. La opinión más extendida en el ámbito científico establece la [[teoría]] de que la [[vida]] evolucionó de la materia inerte en algún momento entre hace 4.400 millones de años, cuando se dieron las condiciones para que el vapor de [[agua]] pudiera condensarse por primera vez<ref>Simon A. Wilde, John W. Valley, William H. Peck y Colin M. Graham, ''Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago'', [[Nature]] 409, 175-178 (2001) {{doi|10.1038/35051550}}</ref> y 2.700 millones de años, cuando aparecen los primeros indicios de vida, como la proporción entre los [[isótopo]]s estables de [[carbono]] ([[Carbono-12|<sup>12</sup>C]] y <sup>13</sup>C), de [[hierro]] (<sup>56</sup>Fe, <sup>57</sup>Fe y <sup>58</sup>Fe) y de [[azufre]] (<sup>32</sup>S, <sup>33</sup>S, <sup>34</sup>S y <sup>36</sup>S) inducen a pensar en un origen biogénico de los [[mineral]]es y [[sedimento]]s que se produjeron en esa época<ref>{{Cita web|url=http://www.journals.royalsoc.ac.uk/content/01273731t4683245/|título=www.journals.royalsoc.ac.uk/content/01273731t4683245/<!--INSERT TITLE-->|fechaacceso=10/07/2007}}</ref><ref>{{Cita web|url=http://geology.geoscienceworld.org/cgi/content/abstract/34/3/153|título=geology.geoscienceworld.org/cgi/content/abstract/34/3/153<!--INSERT TITLE-->|fechaacceso=10/07/2007}}</ref> y los [[Marcador molecular|biomarcadores moleculares]] indican que ya existía la [[fotosíntesis]].<ref>{{Cita web|url=http://www.journals.royalsoc.ac.uk/content/887701846v502u58/|título=www.journals.royalsoc.ac.uk/content/887701846v502u58/<!--INSERT TITLE-->|fechaacceso=10/07/2007}}</ref><ref>{{Cita web|url=http://www.journals.royalsoc.ac.uk/content/814615517u5757r6/|título=www.journals.royalsoc.ac.uk/content/814615517u5757r6/<!--INSERT TITLE-->|fechaacceso=10/07/2007}}</ref> Además entrarían aquí ideas e hipótesis sobre un posible origen [[La Tierra|extraterrestre]] de la vida ([[panspermia]]), que habría sucedido durante los últimos 13.700 millones de años de evolución del Universo conocido tras el [[Teoría del Big Bang|Big Bang]].<ref>{{Cita web|url=http://map.gsfc.nasa.gov/m_mm/mr_age.html|título=map.gsfc.nasa.gov/m_mm/mr_age.html|fechaacceso=2007-07-10}}</ref>
El cuerpo de estudios sobre el origen de la vida forman un área limitada de investigación, a pesar de su profundo impacto en la [[biología]] y la comprensión humana del mundo natural. En el objetivo de reconstruir el evento se emplean diversos enfoques basados en estudios tanto de campo como de laboratorio:
* Por una parte el ensayo [[química|químico]] en el laboratorio o la observación de procesos [[geoquímica|geoquímicos]] o [[astroquímica|astroquímicos]] que produzcan los constituyentes de la vida en las condiciones en las que se piensa que pudieron suceder en su entorno natural.
*En la tarea de determinar estas condiciones se toman datos de la [[geología]] de la edad oscura de la tierra a partir de análisis [[radiometría|radiométricos]] de rocas antiguas, [[meteorito]]s, [[asteroide]]s y materiales considerados prístinos, así como la observación astronómica de procesos de [[formación estelar]].
*Por otra parte, se intenta hallar las huellas presentes en los actuales seres vivos de aquellos procesos mediante la [[genómica|genómica comparada]] y la búsqueda del genoma mínimo.
*Y por último se trata de verificar las huellas de la presencia de la vida en las rocas, como [[fósil|microfósiles]], desviaciones en la proporción de [[isótopo]]s de origen biogénico y el análisis de entornos, muchas veces extremófilos semejantes a los [[ecosistema|paleoecosistemas]] iniciales.
Los progresos en este área son generalmente lentos y esporádicos, aunque aún atraen la atención de muchos dada la importancia de la cuestión que se investiga. Existe una serie de observaciones que apuntan las condiciones fisicoquímicas en las cuales pudo emerger la vida, pero todavía no se tiene un cuadro razonablemente completo acerca de cómo pudo ser este origen. Se han propuesto varias teorías, siendo las más importantes en cuanto al número y calidad de investigadores que la apoyan la [[hipótesis del mundo de ARN]] y la [[Teoría del mundo de hierro-sulfuro]]<ref>Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts and Walter, ''Molecular Biology of the Cell'', 4ª Edición, Routledge, marzo de 2002, ISBN 0-8153-3218-1.</ref>
Estas explicaciones al ser de caracter científico, no pretenden discernir sobre [[Religión|aspectos religiosos]] que examinan el papel de la [[Divinidad|voluntad divina]] en el origen de la vida ([[creacionismo]]), ni sobre [[Metafísica|aspectos metafísicos]] que ilustren acerca las [[Primigenio|causas primigenias]].
== Historia del problema en la ciencia ==
=== La cuestión de la generación espontánea: de Aristóteles a Pasteur ===
{{AP|Teoría de la generación espontánea}}
La concepción ''clásica'' de la [[abiogénesis]], que actualmente se conoce más específicamente como [[generación espontánea]], sostenía que los [[ser vivo|organismos vivos]] [[complejidad|complejos]] se generaban por la descomposición de [[compuesto orgánico|sustancias orgánicas]]. Por ejemplo, los [[mus musculus|ratones]] surgían espontáneamente en el grano almacenado o que las [[larva]]s aparecían espontáneamente en la [[carne]]. El término fue acuñado por el [[biología|biólogo]] [[Thomas Huxley]] en su obra "Biogenesis and abiogenesis" en [[1870]].
La [[tesis]] de la generación espontánea fue defendida por [[Aristóteles]], quien afirmaba, por ejemplo que era una verdad patente que los [[Aphididae|pulgones]] surgían del [[rocío]] que cae de las [[Plantae|plantas]], las [[siphonaptera|pulgas]] de la materia en putrefacción, los ratones del [[heno]] sucio, los [[crocodylidae|cocodrilos]] de los troncos en descomposición en el fondo de las masas acuáticas, y así sucesivamente ([[Aristóteles]], ''Generatio Animalium'' e ''Historia Animalium''). Todos ellos surgían merced a una suerte de fuerza vital a la que da el nombre de ''[[Entelequia]]''. El término empleado por Aristóteles y traducido posteriormente por espontáneo es ''αυτοματικóς'', es decir, fabricado por sí mismo.
La [[argumento de autoridad|autoridad]] reconocida durante siglos a Aristóteles hizo que esta opinión prevaleciera durante siglos y fuera admitida por pensadores tan ilustres como [[René Descartes|Descartes]], [[Francis Bacon|Bacon]] o [[Isaac Newton|Newton]]. Por ejemplo, en el [[siglo XVI]], el [[química|químico]] y naturalista [[Jan Baptista van Helmont]], padre de la [[bioquímica]], llega a afirmar en su obra ''Ortus medicinae'' 1648 que: {{Cita|''Los piojos, garrapatas, pulgas y gusanos surgen de nuestras vísceras y excrementos. Si juntamos con trigo la ropa que usamos bajo nuestro atuendo cargada de sudor en un recipiente de boca ancha, al cabo de 21 días cambian los efluvios penetrando a través de los salvados del trigo, y transmutando éstos por ratones. Tales se pueden ver de ambos sexos y cruzar con otros que hayan surgido del modo habitual...''}}
En [[1546]] se posicionó en contra el [[medicina|médico]] [[Girolamo Fracastoro]] estableciendo la [[teoría]] de que las [[epidemia|enfermedades epidémicas]] estaban provocadas por pequeñas partículas diminutas e invisibles o "[[espora]]s", que podrían no ser criaturas vivas, pero no fue aceptada ampliamente. Más tarde [[Robert Hooke]] publicó los primeros dibujos sobre [[microorganismo]]s en [[1665]]. También se le conoce por dar el nombre a la [[célula]], que descubrió observando muestras de [[corcho]].
[[Archivo:Spallanzani.jpg|thumb|200px|[[Lazzaro Spallanzani]], humanista, erudito y científico italiano, llamado el «biólogo de biólogos». Uno de los primeros personajes que se preocupó de buscar una explicación científica al origen de la vida, combatiendo la idea de la [[generación espontánea]].]]
En el [[siglo XVII]] la generación espontanea comienzan a cuestionarse, por ejemplo [[Sir Thomas Browne]] en su ''[[Pseudodoxia Epidemica]]'', subtitulada ''Enquiries into Very many Received Tenets, and Commonly Presumed Truths'' (Indagaciones sobre los principios tantas veces admitidos y las verdades comúnmente supuestas), de 1646, un ataque a las falsas creencias y «errores corrientes». Aunque sus conclusiones no se aceptaron por la mayoría. Por ejemplo, su contemporáneo, [[Alexander Ross]] escribió: {{Cita|''Pues poner en cuestión esto [la generación espontánea] es poner en tela de juicio la razón, los sentidos y la experiencia. Si duda de esto, que se vaya a [[Egipto]] y allí se encontrará con que los campos se plagan de ratones, engendrados del barro del [[Nilo]] para gran calamidad de sus habitantes.''<ref>Balme, D.M. (1962), ''Development of Biology in Aristotle and Theophrastus: Theory of Spontaneous Generation'' (Phronesis: A journal for Ancient Philosophy, Volúmen 7, números 1–2, 1962), pp. 91–104(14)</ref>}}
En 1676 [[Anton van Leeuwenhoek]] descubrió microorganismos, que según sus dibujos y descripciones, podrían tratarse de [[protozoo]]s y [[bacteria]]s. Esto encendió el interés por el mundo microscópico.<ref>Dobell, C. (1960), ''Antony Van Leeuwenhoek and his little animals'' New York (EUA)</ref> El descubrimiento de los microorganismos abre la puerta para que se deseche la posibilidad de que los organismos superiores surjan por generación espontánea, estando reservado este mecanismo para ellos. El primer paso en este sentido lo dio el [[italia]]no [[Francesco Redi]], quien probó en [[1668]] que no aparecía ninguna larva en la carne en descomposición cuando se impedía que las moscas depositaran en ellas sus huevos. Desde el siglo XVII en adelante se ha visto gradualmente que, al menos en el caso de todos los organismos superiores y visibles a simple vista, era falso lo previamente establecido con respecto a la generación espontánea. La alternativa parecía ser el aforismo ''[[omne vivum ex ovo]]'': es decir, que todo lo que vive viene de otro ser vivo preexistente (literalmente, del huevo). Sin embargo, el sacerdote católico inglés [[John Needham]] defiende el supuesto de la abiogénesis para los microorganismos en su obra ''Observations upon the generation, composition and descomposition of animal and vegetable substances'' (Londres, 1749). Para ello realiza un experimento calentando un caldo mixto de pollo y maíz puesto en un frasco de boca ancha. En el que aún aparecieron microbios a pesar de haber sido tapado con un corcho.
En 1768 [[Lazzaro Spallanzani]] probó que los microbios venían del [[aire]] y se podían eliminar mediante el hervido. Pero no fue hasta [[1861]] que [[Louis Pasteur]] llevó a cabo una serie de cuidadosos experimentos que probaron que los organismos como los [[fungi|hongos]] y [[bacteria]]s no aparecían en los medios ricos en nutrientes por ellos mismos en materiales no vivos, lo cual confirmaba la [[teoría celular]].
=== Darwin ===
En una carta a [[Joseph Dalton Hooker]] del 1 de febrero de [[1871]],<ref>[http://www.windmillministries.org/frames/CH5A.htm First life on Earth] windmillministries.org, Retrieved on [[2008-01-18]]</ref> [[Charles Darwin]] sugirió que la chispa original de la vida pudo haber comenzado en un “pequeño charco cálido, con todo tipo de sales fosfóricas y de [[amonio]], en presencia además de luz, calor, electricidad, etc.; de modo que se formara un compuesto proteico listo para sufrir cambios aún más complejos”. Continuó explicando que “a día de hoy semejante material sería instantáneamente devorado o absorbido, lo cual no habría sido el caso antes de que los seres vivos se hubieran formado”.<ref>“Se dice a menudo que hoy en día estan presentes todas las condiciones para la producción de un organismo vivo, y que pudieron haber estado siempre presentes. Pero si pudiéramos concebir que en algún charquito cálido, encontrando presentes toda suerte de sales fosfóricas y de amonio, luces, calor, electricidad, etc., que un compuesto proteico se formara por medios químicos listo para sufrir cambios aún más complejos, a día de hoy ese tipo de materia sería instantáneamente devorado o absorbido, lo que no hubiera sido el caso antes de que los seres vivos aparecieran.”</ref> En otras palabras, la presencia de la vida misma hace la búsqueda del origen de la vida dependiente de las condiciones de esterilidad que se dan en el laboratorio. Más precisamente, el [[oxígeno]] producido por las diferentes formas de vida es muy activo a escala molecular, lo cual perjudica a cualquier intento de formación de vida.
[[Archivo:Aleksandr Oparin and Andrei Kursanov in enzymology laboratory 1938.jpg|thumb|right|280px|Aleksandr Oparin (derecha) en el laboratorio.]]
=== Primeros planteamientos científicos: Oparin y Haldane ===
{{AP|Aleksandr Oparin|AP2=J.B.S. Haldane}}
Una vez desechada la generación espontánea, la cuestión del origen de la vida se retrotraía hacia el origen de la primera célula. Los conocimientos de la astronomía y el [[formación y evolución del Sistema Solar|origen del sistema solar]] permitían especular sobre las condiciones en que surgió este sistema vivo. Simultáneamente, Oparin y Haldane elaboraron una serie de hipótesis estableciendo, a partir de estas posibles condiciones la secuencia probable de acontecimientos que originarían la vida.
Hasta [[1924]] no se realizó ningún progreso real, cuando [[Aleksandr Ivanovich Oparin]] demostró experimentalmente que el oxígeno atmosférico impedía la síntesis de [[molécula]]s orgánicas que son constituyentes necesarios para el surgimiento de la vida. Según el profesor Loren S. Graham en su ensayo ''Science, philosophy, and human behavior in the Soviet Union. New York: Columbia University Press''.<ref name="lorengraham">Loren R. Graham. Science, philosophy, and human behavior in the Soviet Union. New York: Columbia University Press, 1987</ref> Oparin recibió el impulso para comenzar sus investigaciones de en un intento de demostrar el [[materialismo dialéctico]] en el contexto de la [[guerra fría]] en la antigua [[Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas]].
En su obra ''El origen de la vida en la Tierra'',<ref>Oparin, A. I. (1968), The Origin and Development of Life (NASA TTF-488). Washington: D.C.L GPO,1968 </ref><ref>Oparin, A. I. The Origin of Life. New York: Dover (1952)</ref> Oparin exponía una [[teoría quimiosintética]] en la que una «[[caldo primordial|sopa primitiva]]» de moléculas orgánicas se pudo haber generado en una atmósfera sin oxígeno a través de la acción de la luz solar. Éstas se combinarían de una forma cada vez más compleja hasta quedar disueltas en una gotita de [[coacervado]]. Estas gotitas crecerían por fusión con otras y se [[reproducción|reproducirían]] mediante fisión en gotitas hijas, y de ese modo podrían haber obtenido un [[metabolismo]] primitivo en el que estos factores asegurarían la supervivencia de la "integridad celular" de aquellas que no acabaran extinguiéndose. Muchas teorías modernas del origen de la vida aún toman las ideas de Oparin como punto de partida.
El mismo año [[J.B.S. Haldane]] también sugirió que los océanos pre-bióticos de la tierra, muy diferentes de sus correspondientes actuales, habrían formado una «sopa caliente diluida» en la cual se podrían haber formado los compuestos orgánicos, los constituyentes elementales de la vida. Esta idea se llamó ''biopoesis'', es decir, el proceso por el cual la materia viva surge de moléculas autorreplicantes pero no vivas.<ref>Bryson, Bill (2003) A Short History of Nearly Everything pp. 300–302; ISBN 0-552-99704-8</ref>
== Condiciones iniciales ==
El conocimiento de las condiciones iniciales es de extremada importancia para el estudio del origen de la vida. Para ello se emplea la teoría geoquímica en el estudio de las rocas antiguas y se efectúan simulaciones de laboratorio e ''in silico''. Uno de los puntos centrales es determinar la disponibilidad de elementos y moléculas esenciales, en especial metales, puesto que son indispensables como [[cofactor]]es en la bioquímica actual, así como su estado [[redox]] en las distintas localizaciones.<ref name="NRC">{{cita libro| apellidos = Committee on Grand Research Questions in the Solid-Earth Sciences, National Research Council | nombre = | título = Origin and Evolution of Earth: Research Questions for a Changing Planet| año =2008 | editorial = The national academies press (Prepub) | id =ISBN 0-309-11886-7 }}</ref> Asimismo, es esencial datar las primeras manifestaciones de la vida para aproximar el lapso de tiempo en el que estamos buscando. Según las evidencias actuales, aunque están sujetas a controversia, la vida debió aparecer tras el enfriamiento del planeta que siguió al [[intenso bombardeo tardío]], hace unos 4.000 millones de años. Aunque todos los seres vivos actuales parecen provenir de un [[Último antepasado común universal|único organismo ancestral]], en este apartado cabe preguntarse si hubo varias apariciones "fortuitas" de formas de vida tras la que sólo sobrevivió una, o si bien esas formas de vida aún sobreviven porque no sabemos buscarlas, tal vez en ambientes extremos como en las profundidades de la [[corteza continental]] o el [[manto terrestre|manto]].<ref name="NRC" />
=== Primeras evidencias directas de aparición de la vida ===
[[Archivo:Early magma ocean.jpg|thumb|right|300px|Representación artística del "océano de magma" que se cree que existió en la [[tierra]] tras [[Historia de la tierra|su formación]], y posiblemente tras el [[hipótesis del gran impacto|impacto]] que formó la [[Luna]]. Se observan pequeñas islas de roca en estado sólido, que formarían la [[corteza terrestre|corteza]] primigenia.]]
Una de las formas de verificar la actividad biológica es una curiosa propiedad de los sistemas celulares, como la [[fotosíntesis]] que incorporan CO<sub>2</sub> de diversas fuentes para organificarlo. Existen dos [[isótopo]]s estables del [[carbono]], C<sup>12</sup> y C<sup>13</sup>, siendo sus abundancias relativas fijas en la [[atmósfera]]. Cuando se incorpora CO<sub>2</sub> por un sistema biológico, este prefiere ligerísimamente el isótopo más ligero, enriqueciendo las rocas carbonatadas en el otro isótopo.<ref name="Mojzsis"> Mojzsis, SJ y otros: Evidence for life on earth before 3,800 million years ago. ''[[Nature]]'' ''''384''': 55-59; 1996</ref>
La prueba de una aparición temprana de la vida viene del [[cinturón supracortical de Isua]] en [[Groenlandia]] occidental y formaciones similares en las cercanas islas de [[Akilia]]. El [[carbono]] que forma parte de las formaciones rocosas tiene una concentración de δ<sup>13</sup>C [[elemento químico|elemental]] de aproximadamente −5.5, lo que debido a que en ambiente biótico se suele preferir el [[isótopo]] más ligero del carbono,<sup>12</sup>C, la biomasa tiene una δ<sup>
=== Composición hadeica de la atmósfera, los océanos y la corteza terrestre ===
La [[acreción]] y formación de la Tierra tuvo que haber tenido lugar en algún momento hace 4.500 - 4.600 millones de año, según diferentes métodos [[radiometría|radiométricos]].<ref name=inicio>[http://wrgis.wr.usgs.gov/docs/parks/gtime/ageofearth.html US Geological Survey: División de geología isotópica, Menlo Park</ref> La diferenciación del manto terrestre, a partir de análisis de la serie [[samario]]/[[neodimio]] en rocas de [[Cinturón supracortical de Isua|Isua]], [[Groenlandia]], pudo haber sido bastante veloz, tal vez en menos de 100 millones de años.<ref name=rapido>{{cita publicación| autor =Caro G, Bourdon B, Birck JL, Moorbath S: | título =146Sm-142Nd evidence from Isua metamorphosed sediments for early differentiation of the Earth's mantle | año = 22 de Mayo de 2003 | publicación = [[Nature]] | volumen =423 | número =6938 | id =PMID 12761546 | url = }}</ref> Posteriores estudios confirman esta formación temprana de las capas de silicatos terrestres.<ref name=bario>{{cita publicación| autor =Carlson RW, Boyet M, Horan M: | título =Chondrite barium, neodymium, and samarium isotopic heterogeneity and early Earth differentiation | año =2007 | publicación = [[Science]] | volumen =316 | número =5828 | id =PMID 17525335 | url = }}</ref>
Morse y MacKenzie han sugerido que los océanos podrían haber aparecido en el [[eón Hadeico]] tan temprano como 200 millones de años después de la formación de la Tierra,<ref>Morse, J.W. and MacKenzie, F.T. (1998). "Hadean Ocean Carbonate chemistry." In: ''Aquatic Geochemistry'' '''4''': 301–319</ref> en un ambiente caliente (100ºC) y [[reducción-oxidación|reductor]] y con un [[pH]] inicial de 5.8 que subió rápidamente hacia la neutralidad. Esta idea ha sido apoyada por Wilde<ref>Wilde, S.A. et al (2001), ''Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans 4.4 Gyr ago'', ''"Nature"''409 pp.175–178</ref> quien elevó la datación de los cristales de [[zircón]] encontrados en [[cuarcita]]s [[metamorfismo|metamorfizadas]] del ''[[Terrane]]'' de [[gneis]] del Monte Narryer, en [[Australia]] occidental, del que previamente se pensaba que era de 4.100 - 4.200 millones de años a 4.402 millones de años. Otros estudios realizados más recientemente en el cinturón de [[basalto]] de Nuvvuagittuq, al norte de [[Quebec]], empleando [[neodimio]]-142 confirman, estudiando rocas del tipo [[faux-anfibolita]], la existencia muy temprana de una corteza, con una datación de 4.360 millones de años.<ref name=Neodimio>{{cita publicación| autor = Jonathan O'Neil, Richard W. Carlson, Don Francis y Ross K. Stevenson | título =Neodymium-142 Evidence for Hadean Mafic Crust | año =2008 | publicación = [[Science]] | volumen =321 | número =5897 | id =DOI: 10.1126/science.1161925 | url =http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/sci;321/5897/1828?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&fulltext=faux+amphibolite&searchid=1&FIRSTINDEX=0&resourcetype=HWCIT }}</ref> Esto significa que los océanos y la [[corteza continental]] existieron dentro de los 150 primeros millones de años tras la formación de la Tierra. A pesar de esto, el ambiente hadeico era enormemente hostil para la vida. Se habrían dado frecuentes colisiones con grandes objetos cósmicos, incluso de más de 500 kilómetros de [[diámetro]], suficientes para vaporizar el océano durante meses tras el impacto, lo que formaría nubes de vapor de agua mezclado con polvo de rocas elevándose a elevadas altitudes que cubrirían todo el planeta. Tras unos cuantos meses la altitud de esas nubes comenzaría a disminuir, pero la base de la nube continuaría aún estando elevada probablemente durante los siguientes mil años, tras lo cual comenzaría a llover a una altitud más baja. Durante 2.000 años las lluvias consumirían lentamente las nubes, devolviendo los océanos a su profundidad original sólo 3.000 años tras el impacto.<ref>Sleep, N.H. et al (1989) "Annihilation of ecosystems by large asteroid impacts on early Earth" ''"Nature"''342, pp139–142</ref> El posible [[Intenso bombardeo tardío|bombardeo intenso tardío]] provocado probablemente por los movimientos posicionales de los [[planeta]]s gaseosos gigantes, que acribillaron la [[Luna]] y otros planetas interiores ([[Mercurio (planeta)|Mercurio]], [[Marte (planeta)|Marte]] y posiblemente la Tierra y [[Venus (planeta)|Venus]]) hace entre 3.800 y 4.100 millones de años probablemente habrían esterilizado el planeta si la vida ya hubiera aparecido en ese periodo.
=== Biogénesis en ambiente cálido contra frío ===
Si se examinan los periodos libres de cataclismos producidos por impactos de meteoros que impedirían el establecimiento de protoorganismos autoreplicantes, la vida pudo haberse desarrollado en diferentes ambientes primitivos. El estudio llevado a cabo por Maher y Stephenson<ref>Maher, Kevin A. and Stephenson, David J (1980 "Impact frustration of the origin of life" (Nature. Vol. 331, pp. 612–614. 18 Feb. 1988)</ref> muestra que si los sistemas hidrotermales marinos profundos propician un lugar aceptable para el origen de la vida, la abiogénesis pudo haber sucedido en fechas tan tempranas como entre hace 4.000 y 4.200 millones de años, mientras que si hubiera sucedido en la superficie de la Tierra la abiogénesis sólo podría haber ocurrido hace entre 3.700 y 4.000 millones de años.
Otros trabajos de investigación sugieren un comienzo de la vida más frío. Los trabajos de [[Stanley Miller]] mostraron que los ingredientes de la vida [[adenina]] y [[guanina]] requieren condiciones de congelación para su síntesis, mientras que la [[citosina]] y el [[uracilo]] precisan temperaturas de ebullición.<ref>Michael P. Robertson and Stanley L. Miller, "An Efficient Prebiotic Synthesis of Cytosine and Uracil," ''Nature 375'' (1995), pp. 772–774</ref> Basándose en estas investigaciones sugirió que el origen de la vida implicaría condiciones de congelación y meteoritos impactando.<ref>J.L. Bada, C. Bigham, and S.L. Miller, "Impact Melting of Frozen Oceans on the Early Earth: Implications for the Origin of Life," ''Proceedings of the National Academy of Sciences'', USA 91 (Febrero de 1994), pp. 1248–1250</ref>
Un nuevo artículo de la publicación ''[[:en:Discover (magazine)|Discover Magazine]]'' señala hacia la investigación de Stanley Miller indicando que se pueden formar siete [[aminoácido]]s diferentes y 11 tipos de [[base nitrogenada|nucleobases]] en [[hielo]], como cuando se dejó [[amoníaco]] y [[cianuro]] en el hielo [[antártida|antártico]] entre 1972 y 1997,<ref>{{cita publicación|apellido=Levy |nombre=M |coautores=Miller SL, Brinton K, Bada JL. |año=2000 |mes=June |título=Prebiotic synthesis of adenine and amino acids under Europa-like conditions |revista=Icarus |volumen=145 |número=2 |páginas=609–13 |pmid=11543508 |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez |fechaaceso= 2008-02-11 |quote=
| doi = 10.1006/icar.2000.6365 <!--Sacado de Yahoo! por DOI bot-->}}</ref> y una investigación llevada a cabo por Hauke Trinks mostrando la formación de moléculas de [[ARN]] de 400 [[base nitrogenada|bases]] de longitud en condiciones de congelación utilizando un molde de [[ARN]] (una cadena sencilla de ARN que guía la formación de una nueva cadena). A medida que la nueva cadena de ARN crecía, los nuevos [[nucleótido]]s se iba adhiriendo al molde.<ref>{{cita publicación|apellido=Trinks |nombre=Hauke |coautores=Schröder, Wolfgang; Biebricher, Christof
|año=2005 |mes=October |título=Ice And The Origin Of Life |revista=Origins of Life and Evolution of the Biosphere |volumen=35 |número=5 |páginas=429–445 |doi=10.1007 |url=http://www.ingentaconnect.com/content/klu/orig/2005/00000035/00000005/00005009#aff_1 |fechaaceso= 2008-02-11 |quote= }}</ref> La explicación dada para la inusitada velocidad de estas reacciones a semejante temperatura es que se trataba de una [[Eutéctico|congelación eutéctica]]. A medida que se forman cristales de hielo, éste permanece puro: sólo las moléculas de agua se unen al cristal en crecimiento, mientras que las impurezas como la sal o el [[cianuro]] quedan excluidas. Estas impurezas acaban apiñadas en bolsillos microscópicos de líquido entre el hielo, y es esta concentración lo que hace que las moléculas choquen entre sí con más frecuencia.<ref>[http://discovermagazine.com/2008/feb/did-life-evolve-in-ice/article_view?b_start:int=0&-C= Discover Magazine: ''Did Life Evolve in Ice?'' publicación de febrero de 2008]</ref>
== La evolución y su relación con los modelos actuales del origen de la vida ==
Se ha discutido si el origen de la vida y el origen del proceso de evolución surgieron a la vez. Se ha postulado que de forma equivalente a como actúa el proceso de [[evolución biológica]] en los seres vivos, también actuarían los mecanismos evolutivos en compuestos químicos antes de que hubiese vida. En este sentido científicos
== Modelos actuales ==
No existe un [[modelo]] del origen de la vida generalizado. Los modelos actualmente más aceptados se construyen de uno u otro modo sobre cierto número de descubrimientos acerca del origen de los componentes celulares y moleculares de la vida, enumerados en el orden más o menos aproximado en el que se postula su emergencia:
#Las posibles condiciones prebióticas terminaron con la creación de ciertas [[molécula]]s pequeñas básicas ([[monómero]]s) de la vida, como los [[aminoácido]]s. Esto fue demostrado en el experimento Urey-Miller llevado a cabo por [[Stanley Miller|Stanley L. Miller]] y [[Harold Urey|Harold C. Urey]] en 1953.
# Los [[fosfolípido]]s (de una longitud adecuada) pueden formar espontáneamente [[bicapa lipídica|bicapas lipídicas]], uno de los dos componentes básicos de la membrana celular.
#La [[polimerización]] de los [[nucleótido]]s en moléculas de [[ARN]] al [[azar]] pudo haber dado lugar a [[ribozima]]s autorreplicantes ([[hipótesis del mundo de ARN]]).
#Las presiones de [[selección natural|selección]] para una eficiencia catalítica y una diversidad mayor terminaron en ribozimas que catalizaban la transferencia de [[péptido]]s (y por ende la formación de pequeñas [[proteína]]s), ya que los [[oligopéptido]]s formaban complejos con el ARN para formar mejores [[catalizador]]es. De ese modo surgió el primer [[ribosoma]] y la [[síntesis]] de proteínas se hizo más prevalente.
#Las proteínas superan a las
El origen de las [[biomoléculas]] básicas, aunque aún no se ha establecido, es menos controvertido que el significado y orden de los pasos 2 y 3. Los reactivos químicos inorgánicos básicos a partir de los cuales se formó la vida son el [[metano]], [[amoníaco]], [[agua]], [[sulfuro de hidrógeno]] (H<sub>2</sub>S), [[dióxido de carbono]] y anión [[fosfato]].
Aún nadie ha sintetizado una protocélula utilizando los componentes básicos que tenga las propiedades necesarias para la vida (el llamado enfoque "de abajo a arriba"). Sin esta prueba de principio, las explicaciones tienden a quedarse cortas. No obstante, algunos investigadores están trabajando en este campo, en especial [[Jack Szostak]] de la [[Universidad Harvard]]. Otros autores han argumentado que un enfoque "de arriba a abajo" sería más asequible. Uno de estos intentos fue realizado por [[Craig Venter]] y colaboradores en el ''Institute for Genomic Research''. Utilizaba [[ingeniería genética]] con células [[procariota]]s existentes con una cantidad de [[gen]]es progresivamente menor, intentando discernir en qué punto se alcanzaban los requisitos mínimos para la vida. El biólogo [[John Desmon Bernal]] acuñó el término biopoiesis para este proceso, y sugirió que había un número de "estadios" claramente definidos que se podían reconocer a la hora de explicar el origen de la vida:
*Estadio 1: El origen de los monómeros biológicos.
*Estadio 2: El origen de los polímeros biológicos.
*Estadio 3: La evolución desde lo molecular a la célula.
Bernal sugirió que la evolución darwiniana pudo haber comenzado temprano, en algún momento entre el estadio 1 y 2.
=== Origen de las moléculas orgánicas ===
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{{AP|Experimento de Miller y Urey}}
Los experimentos, que comenzaron en [[1953]], fueron llevados a cabo por [[Stanley Miller]], bajo condiciones simuladas que recordaban aquéllas que se pensaba que habían existido poco después de que la Tierra comenzara su [[acreción]] a partir de la [[nebulosa]] solar primordial. Los experimentos se llamaron "experimentos de Miller". El experimento original de 1953 fue realizado por Miller cuando era estudiante de licenciatura y su profesor [[Harold Urey]]. El experimento usaba una mezcla altamente reducida de gases ([[metano]], [[amoniaco]] e [[hidrógeno]]). No obstante la composición de la [[atmósfera terrestre]] prebiótica aún resulta materia de debate. Otros gases menos [[reductor]]es proporcionan una producción y variedad menores. En
Por otra parte, la formación espontánea de polímeros complejos a partir de los [[monómero]]s generados [[abiótico|abióticamente]] bajo esas condiciones no es un proceso tan sencillo. Además de los monómeros orgánicos básicos necesarios, durante los experimentos también se formaron en altas concentraciones compuestos que podrían haber impedido la formación de la vida.
Se ha postulado otras fuentes de moléculas complejas, incluyendo fuentes de origen extraterrestres, estelares o interestelares. Por ejemplo, a partir de [[análisis espectral]]es, se sabe que las moléculas orgánicas están presentes en [[meteorito]]s y [[cometa]]s. En el [[2004]], un equipo detectó trazas de [[hidrocarburo aromático policíclico|hidrocarburos aromáticos policíclicos]] (PAH's) en una [[nebulosa]], la [[molécula]] más compleja hasta la fecha encontrada en el espacio. El uso de PAH's también ha sido propuesto como un precursor del mundo de ARN en la hipótesis del mundo de PAH's (PAH world).
[[Archivo:SidneyWFox .jpg|200px|right|thumb|[[Sidney W. Fox]].]]
Se puede argumentar que el cambio más crucial que aún sigue sin recibir respuesta por esta teoría es cómo estos "ladrillos" orgánicos relativamente simples [[polímero|polimerizan]] y forman estructuras más complejas, interactuando de modo consistente para formar una protocélula. Por ejemplo, en un ambiente acuoso, la [[hidrólisis]] de oligómeros/[[polímero]]s en sus constituyentes monoméricos está energéticamente favorecida sobre la [[condensación]] de monómeros individuales en polímeros. Además, el [[Experimento de Miller y Urey|experimento de Miller]] produce muchas substancias que acabarían dando reacciones cruzadas con los [[aminoácido]]s o terminando la [[polipéptido|cadena peptídica]].
==== Experimentos de Fox ====
Entre las décadas de los [[años 1950|50]] y los [[1960|60]], [[Sidney W. Fox]] estudiaba la formación espontánea de estructuras peptídicas bajo condiciones que posiblemente pudieran haber existido tempranamente en la historia de la Tierra. Demostró que los aminoácidos podían formar espontáneamente pequeños péptidos. Estos aminoácidos y pequeños [[péptido]]s podían haber sido estimulados para formar membranas esféricas cerradas, llamadas microesferas. Fox describió este tipo de formaciones como «protocélulas», esferas de proteínas que podían crecer y reproducirse.
==== Experimentos de Joan Oró. Bases nitrogenadas ====
[[Joan Oró]] fue un español que obtuvo en sus experimentos sobre el origen de la vida [[base nitrogenada|bases nitrogenadas]], que son los elementos fundamentales del [[ADN]].
En 1961 Juan Oró, añadió [[ácido cianhídrico]] al [[caldo primigenio]] y obtuvo algunas [[purina]]s. En 1962, en otro experimento, añadió [[formaldehído]] y consiguió la síntesis de dos [[azúcar]]es, [[ribosa]] y [[desoxirribosa]], componentes de soporte de los [[ácido nucléico|ácidos nucléicos]] en el [[ADN]] y [[ARN]].
==== Hipótesis de Eigen ====
A principios de los años 1970 se organizó una gran ofensiva al problema del origen de la vida por un equipo de científicos reunidos en torno a [[Manfred Eigen]] del [[instituto Max Planck]]. Intentaron examinar los estados transitorios entre el caos molecular de una sopa prebiótica y los estados transitorios de un [[hiperciclo]] de [[replicación]], entre el caos molecular en una sopa prebiótica y sistemas macromoleculares autorreproductores simples.
En un hiperciclo, el sistema de almacenamiento de información (posiblemente [[ARN]]) produce una [[enzima]], que [[catalizador|cataliza]] la formación de otro sistema de información en secuencia hasta que el producto del último ayuda a la formación del primer sistema de información. Con un tratamiento matemático, los hiperciclos pueden crear cuasiespecies, que a través de selección natural entraron en una forma de [[Darwinismo|evolución darwiniana]]. Un impulso a la teoría del hiperciclo fue el descubrimiento de que el ARN, en ciertas circunstancias se transforma en [[ribozima]]s, una forma de [[enzima]] de ARN.
==== Hipótesis de Wächstershäuser ====
[[Archivo:Brothers blacksmoker hires.jpg|thumb|300px|right|[[Fumarola negra|Fumarolas negras]]. Algunas teorías afirman que la vida surgió en las proximidades algún tipo de [[fuente hidrotermal]] submarina.]]
{{AP|Teoría del mundo de hierro-sulfuro}}
Otra posible respuesta a este misterio de la [[polímero|polimerización]] fue propuesta por [[Günter Wächtershäuser]] en [[1980]], en su teoría del [[hierro]]-[[sulfuro]]. En esta teoría, postuló la evolución de las rutas (bio) químicas como el fundamento de la evolución de la vida. Incluso presentó un sistema consistente para rastrear las huellas de la actual [[bioquímica]] desde las reacciones ancestrales que proporcionaban rutas alternativas para la síntesis de «ladrillos orgánicos» a partir de componentes gaseosos simples.
Al contrario que los experimentos clásicos de Miller, que dependían de fuentes externas de energía (como [[relámpago]]s simulados o irradiación [[ultravioleta|UV]]), los «sistemas de Wächstershäuser» vienen con una fuente de energía incorporada, los [[sulfuro]]s de hierro y otros [[mineral]]es (por ejemplo la [[pirita]]). La energía liberada a partir de las reacciones [[redox]] de esos [[Sulfuro|sulfuros metálicos]], no sólo estaba disponible para la síntesis de moléculas orgánicas, sino también para la formación de [[oligómero]]s y [[polímero]]s. Se lanza por ello la hipótesis de que tales [[sistema]]s podrían ser capaces de evolucionar hasta formar conjuntos autocatalíticos de entidades autorreplicantes [[metabolismo|metabólicamente]] activas que serían los precursores de las actuales formas de vida.
El experimento tal y como fue llevado a cabo rindió una producción relativamente pequeña de dipéptidos (del 0,4% al 12,5 %) y una producción inferior de tripéptidos (0,003%) y los autores advirtieron que «''bajo estas mismas condiciones los [[dipéptido]]s se [[hidrólisis|hidrolizaban]] rápidamente.''»<ref>Huber, C. and Wächterhäuser, G., (1998). "Peptides by activation of amino acids with CO on (Ni,Fe)S surfaces: implications for the origin of life". Science 281: 670–672.</ref> Otra crítica del resultado es que el experimento no incluía ninguna organomolécula que pudiera con mayor probabilidad dar reacciones cruzadas o terminar la cadena (Huber y Wächsterhäuser, 1998).
La última modificación de la hipótesis del hierro-sulfuro fue propuesta por [[William Martin]] y [[Michael Russell]] en [[2002]].<ref>Martin, W. and Russell M.J. ([[2002]]). "On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells". Philosophical Transactions of the Royal Society: Biological sciences 358: 59-85.</ref> De acuerdo con su escenario, las primeras formas celulares de vida pudieron haber evolucionado dentro de las llamadas «[[fuente hidrotermal|chimeneas negras]]» en las profundidades donde se encuentran las zonas de expansión del fondo oceánico. Estas estructuras consisten en cavernas a microescala que están revestidas por delgadas paredes membranosas de [[sulfuro|sulfuros metálicos]]. Por tanto, estas estructuras resolverían varios puntos críticos de los sistemas de Wächstershäuser «puros» de una sola vez:
#Las microcavernas proporcionan medios para concentrar las moléculas recién sintetizadas, por tanto aumentando la posibilidad de formar oligómeros.
#Los abruptos gradientes de temperatura que se encuentran dentro de una [[fuente hidrotermal|chimenea negra]] permiten establecer «zonas óptimas» de reacciones parciales en diferentes regiones de la misma (por ejemplo la síntesis de [[monómero]]s en las zonas más calientes, y la oligomerización en las zonas más frías).
#El flujo de agua [[hidrotermal]] a través de la estructura proporciona una fuente constante de «ladrillos» y energía (sulfuros metálicos recién precipitados).
#El modelo permite una sucesión de diferentes pasos de evolución celular (química prebiótica, síntesis de monómeros y oligómeros, síntesis de [[péptido]]s y [[proteína]]s, mundo de ARN, ensamblaje de [[ribonucleoproteína]]s y mundo de [[ADN]]) en una única estructura, facilitando el intercambio entre todos los estadios de desarrollo.
#La síntesis de [[lípido]]s como medio de «aislar» las células del medio ambiente no es necesaria hasta que básicamente estén todas las funciones celulares desarrolladas.
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Otro asunto sin resolver en la evolución química es el origen de la [[homoquiralidad]], por ejemplo todos los monómeros tienen la misma "mano dominante" (los aminoácidos son zurdos y los ácidos nucleicos y azúcares son diestros). La homoquiralidad es esencial para la formación de [[ribozima]]s funcionales (y probablemente también de proteínas). El origen de la homoquiralidad podría explicarse simplemente por una asimetría inicial por casualidad seguida de una descendencia común.
Los trabajos llevados a cabo en [[2003]] por científicos de [[Universidad de Purdue|Purdue]] identificaron el [[aminoácido]] [[serina]] como la probable raíz que provoca la homoquiralidad de las moléculas. La serina produce enlaces particularmente fuertes con los aminoácidos de la misma quiralidad, lo cual resulta en un grupo de ocho moléculas que podrían todas ella ser diestras o zurdas. Esta propiedad se contrapone a la de otros aminoácidos que son capaces de formar enlaces débiles con los aminoácidos de quiralidad opuesta. Aunque el misterio de por qué acabó siendo dominante la serina zurda aún está sin resolver, los resultados sugieren una respuesta a la cuestión de la transmisión quiral: el cómo las moléculas orgánicas de una quiralidad mantienen la dominancia una vez que se establece la asimetría.
==== Teoría de la playa radioactiva ==== Zachary Adam<ref>Dartnell, Lewis "Life's a beach on planet Earth" en ''[[New Scientist]]'' 12 de enero de [[2008]]</ref> de la [[Universidad de Washington]] en [[Seattle]] afirma que procesos [[marea]]les mayores que los actuales, producidos por una luna situada a una distancia mucho menor podrían haber concentrado partículas radiactivas de [[uranio]] y otros elementos radiactivos en la marea alta en las playas primordiales donde debieron haber sido los responsables de generar los componentes elementales de la vida. De acuerdo con los modelos de computación publicados en ''Astrobiology''<ref>''Astrobiology'', vol 7 p. 852</ref> un depósito de tales materiales radiactivos podría haber mostrado la misma reacción nuclear autosostenida que se encuentra en el yacimiento de Uranio de [[Oklo]], en [[Gabón]]. Esta arena radiactiva proporciona suficiente energía para generar moléculas orgánicas, como [[aminoácido]]s y [[azúcar]]es a partir de [[acetonitrilo]] procedente del agua. La [[monazita]] radiactiva también libera [[fosfato]]s solubles en las regiones que se encuentran entre los granos de arena, haciéndolos biológicamente accesibles. Así pues los aminoácidos, azúcares y fosfatos solubles pueden ser producidos simultáneamente, de acuerdo con Adam. Los [[actínido]]s radiactivos, que entonces se encontraban en mayores concentraciones, pudieron haber formado parte de complejos órgano-metálicos. Estos complejos pudieron haber sido importantes como primeros [[catalizador]]es en los procesos de la vida. John Parnell de la Universidad de [[Aberdeen]] sugiere que tales procesos formaron parte del «crisol de la vida» en los comienzos de cualquier planeta rocoso hasta que éste fuera lo suficientemente grande para generar un sistema de [[tectónica de placas]] que aportara minerales radiactivos a la superficie. Puesto que se cree que la Tierra en sus orígenes estaba formada por muchas «microplacas», se darían condiciones favorables para este tipo de procesos.
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