La evolución de la vida: de la materia inorgánica a la orgánica y las protocélulas

Hace aproximadamente 4.500 millones de años, el polvo interestelar, el hielo y las rocas que orbitaban alrededor del Sol se reunieron para formar la Tierra. En aquel momento, la temperatura de la Tierra era extremadamente alta, ya que la energía potencial gravitatoria del polvo y las rocas se convirtió en energía cinética molecular durante el proceso de formación, dando lugar a una superficie de magma fundido. Como consecuencia, aún no se había formado el océano líquido y el agua existía en el aire en forma de vapor.

Hace unos 4.000 millones de años, la energía térmica casi se disipó y el entorno de la superficie terrestre se moderó para formar rocas y océanos líquidos. Pero el núcleo de la Tierra seguía caliente y activo, por lo que eran frecuentes los terremotos, las erupciones volcánicas y los relámpagos.

Durante esa época, la atmósfera de la Tierra primitiva carecía de oxígeno, y los gases procedentes de los volcanes enriquecieron la atmósfera con metano, nitrógeno, dióxido de carbono, dióxido de azufre y otros gases. Bajo la influencia de los rayos y las altas temperaturas, estos gases reaccionaron con el agua para generar diversos aminoácidos, bases nitrogenadas, azúcares y lípidos. Se reunieron en el océano primigenio para crear una espesa sopa de materia orgánica. Tras una larga evolución, estos orgánicos generaron gradualmente grandes moléculas biológicas, como péptidos y ácidos nucleicos, bajo las altas temperaturas de los cráteres submarinos y la catálisis de la arena o la arcilla.

El ADN de doble hélice era más complejo y requería enzimas para catalizar su replicación. En cambio, el ARN monocatenario no sólo era más sencillo, sino que también actuaba como catalizador. Por lo tanto, era poco probable que el ADN fuera el material genético primario en el océano primitivo, y el ARN podría ser el mejor candidato. Algunos ARN autorreplicantes con una estructura tridimensional específica aparecieron en el océano primigenio, que estaba lleno de diversos ARN. Compitieron por los bloques de construcción de nucleótidos para replicarse y crear descendientes con la misma capacidad de replicación. Con el tiempo, estas moléculas de ARN autorreplicantes superaron a otras y se extendieron por todo el océano primitivo. Esta era se conoció como el mundo del ARN.

Los lípidos se autoensamblan en vesículas con membranas bicapa bajo la catálisis de la arcilla. Al igual que las membranas celulares, estas bicapas controlan la entrada y salida de sustancias. Su grosor estaba estrechamente relacionado con la estabilidad y permeabilidad de la vesícula. Las membranas finas tenían poca estabilidad, mientras que las gruesas presentaban poca permeabilidad. Las vesículas con un grosor óptimo tenían más probabilidades de sobrevivir. Finalmente, las vesículas compuestas por cadenas de ácidos grasos con 14-24 carbonos se convierten en membranas protocelulares. Estas vesículas pueden fusionarse entre sí o dividirse en otras más pequeñas, de forma similar a la endocitosis y la exocitosis celular.

Las membranas selectivamente permeables absorbían espontáneamente algún compuesto orgánico, y algunas sustancias inorgánicas, como las gravas, quedaban bloqueadas desde el exterior. Estas membranas separaban el interior de la vesícula de su entorno. No sólo aumentaba la concentración interior de compuestos orgánicos, sino que también proporcionaba un entorno estable para las reacciones químicas, facilitando la síntesis de compuestos orgánicos más complejos. Algunas de estas vesículas ingirieron ARN autorreplicable, y esta nueva combinación revolucionó la situación. Las vesículas cuya división y replicación del ARN estaban perfectamente coordinadas serían las beneficiarias finales. Sus descendientes heredarían esta capacidad y seguirían expandiendo sus territorios.

El ADN doble helicoidal, más estable, transportaba más información genética y tenía menos errores de replicación. Si algunas vesículas que contenían ARN se sometieron a la transcripción inversa para producir ADN replicable, se habrían beneficiado de nuevo en la competición. Estas protocélulas portadoras de ADN acabaron evolucionando hasta convertirse en los primeros procariotas. Esta era se conoce como el mundo del ADN.

Este proceso pudo parecer largo e increíble, pero los materiales y entornos necesarios para ello eran abundantes y ocurrieron en los océanos primordiales de forma espontánea. Los primeros rastros de vida descubiertos por los científicos datan de hace aproximadamente 3.800 millones de años, lo que indica que la transición de la materia inorgánica a la vida pudo haber durado sólo 200-300 millones de años. En cambio, la evolución de procariotas a eucariotas llevó más de mil millones de años.

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