El origen de la vida en la Tierra: teorías y explicaciones
Tierra primitiva
El origen de la vida en la Tierra es algo muy curioso. De hecho, muchos científicos han dedicado toda su vida a descubrir cómo surgió la vida en la Tierra. Hay algunos experimentos clave que veremos para comprender cómo los científicos han hipotetizado mejor cómo comenzó la vida en la Tierra, pero primero hagamos un viaje en el tiempo, hace unos cuatro mil millones de años.
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La Tierra Primitiva era muy diferente a como son las cosas ahora. Probablemente había muchos océanos y mares con muchos respiraderos calientes en el fondo de estas aguas y bastante actividad volcánica en tierra. Lo más probable es que la atmósfera contenga agua, metano, amoníaco e hidrógeno, a diferencia de nuestra atmósfera actual, que es principalmente nitrógeno y oxígeno.
Etapas de la vida temprana en la Tierra
Ahora que tenemos una idea de cómo podría haber sido la Tierra, echemos un vistazo a los pasos que los científicos han planteado como hipótesis que llevaron a la vida temprana. Los científicos están de acuerdo en que hay cuatro etapas principales en la forma en que la vida proviene de los seres no vivos.
El primer paso es que se fabricaron pequeñas moléculas orgánicas, como los aminoácidos que producen proteínas y los nucleótidos que producen ADN. Si bien estas moléculas orgánicas se encuentran en los seres vivos, en realidad no son seres vivos en sí mismos, sino que son solo combinaciones específicas de elementos.
El segundo paso es que estas pequeñas moléculas orgánicas se unen para formar moléculas más grandes. Las moléculas pequeñas se denominan monómeros porque están formadas por una sola unidad. Sin embargo, cuando se unen, crean polímeros que tienen muchas unidades repetidas. Es posible que pueda recordar esto debido a los prefijos. ‘Mono’ significa ‘uno’, como en las palabras monorraíl y monóculo, mientras que ‘poli’ significa ‘muchos’, como en polígono y polimorfo. También puede pensar en ello como juntar sujetapapeles en una cadena larga. Cada clip individual es un monómero, pero toda la cadena larga de clips es un polímero.
El tercer paso de la vida temprana en la Tierra es cuando las cosas comienzan a ponerse un poco complicadas. Los polímeros que se formaron a partir de los monómeros se agruparon para formar protobiontes . Los protobiontes son muy importantes para comprender la vida temprana. El nombre protobiontes significa literalmente ‘forma de vida temprana’, pero básicamente son pequeñas gotas con membranas que pueden mantener un ambiente interno estable. Son similares a las células con las que estamos familiarizados en que pueden reproducirse, metabolizarse e incluso responder a sus entornos. Muchos experimentos han demostrado que estas estructuras precelulares pueden formarse espontáneamente.
El cuarto paso es que estos simples protobiontes evolucionaron para transmitir información genética. Los protobiontes son capaces de replicarse, es decir, pueden producir nuevos protobiontes. Sin embargo, las células , que son la unidad básica de la vida, son únicas en el sentido de que pueden reproducirse y transmitir información genética de una generación a la siguiente, metabolizar materia y energía y evolucionar. Estas células simples se crearon a partir de moléculas complejas que se crearon a partir de moléculas simples, y luego continuaron evolucionando hacia una amplia variedad de formas de vida.
La hipótesis de Oparin
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Ahora que conocemos los pasos básicos que se hipotetizan para pasar de las sustancias químicas inertes a la vida, es posible que se pregunte cómo sucedió todo esto. Si bien no tenemos un registro completo de lo que realmente sucedió, según la evidencia y la experimentación, los científicos han acordado algunas cosas.
La primera idea ampliamente aceptada fue propuesta por un químico ruso en la década de 1920. AI Oparin propuso que la atmósfera primitiva de la Tierra era muy reactiva y, junto con los rayos y la radiación ultravioleta, podía reducir las sustancias. Ahora bien, cuando los químicos hablan de reducir sustancias, no se refieren a reducirlas como cuando reducimos nuestra deuda. Para los químicos, la reducción significa agregar electrones a las moléculas.
Junto con esta atmósfera altamente reactiva, Oparin pensó que los primeros océanos contenían una solución orgánicamente rica. Esta solución que contiene muchos elementos y compuestos esenciales se conoce comúnmente como sopa primordial . Con base en esto, generalmente consideramos que la hipótesis de Oparin es que la vida temprana en la Tierra se formó a través de una serie de reacciones que hicieron que los compuestos simples fueran gradualmente más complejos.
El experimento Miller-Urey
Si bien la hipótesis de Oparin fue ampliamente aceptada, en realidad no probó la idea. Esto ocurrió más tarde en la década de 1950 cuando dos hombres, Stanley Miller y Harold Urey, crearon un artilugio para probar la idea de una atmósfera reductora y océanos ricos en nutrientes creando vida. Si bien esto puede parecer una tarea simple, el diseño y la implementación del experimento Miller-Urey fueron muy tediosos.
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Primero, los científicos necesitaban decidir cómo crear un artilugio que simulara las condiciones de la Tierra primitiva mientras se mantenía autónoma. Se decidieron por una estructura que se parece a la imagen de la derecha. Podemos ver que hay áreas para la atmósfera simulada y para la sopa primordial rica en nutrientes. Había varias válvulas selladas incluidas en su diseño para permitir la colocación de gases para la atmósfera, así como lugares para recolectar los gases y sustancias creadas.
En segundo lugar, Miller y Urey tuvieron que decidir qué poner en su artilugio. Basándose en la evidencia y la especulación, decidieron incluir hidrógeno (H2), metano (CH4), amoníaco (NH3) y vapor de agua (H2O) para la atmósfera. No incluyeron oxígeno puro, ya que se acepta que la Tierra primitiva no tenía mucho oxígeno. Incluían hidrógeno, ya que es el elemento más simple. El metano contenía el carbono, un elemento esencial para la vida, y es un producto común de cosas como las erupciones volcánicas, que probablemente eran comunes en la Tierra primitiva. El amoníaco también es un producto común de las erupciones volcánicas y contiene nitrógeno, que es esencial para las proteínas y el ADN. El vapor de agua proporcionó el elemento oxígeno, que necesitamos de por vida.
Junto con estas cuatro sustancias, Miller y Urey decidieron usar chispas para simular un rayo. Recuerde que Oparin propuso que los rayos y la radiación ultravioleta proporcionaban la energía necesaria para que estas sustancias simples reaccionen y formen compuestos más complejos.
El aspecto más importante del experimento de Miller-Urey son los resultados. Si bien no se produjeron células vivas en sus experimentos, sí encontraron moléculas orgánicas. Específicamente, se formaron aminoácidos e hidrocarburos aceitosos. Los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas, mientras que los hidrocarburos contienen principalmente hidrógeno y carbono. Los hidrocarburos , como el petróleo, se utilizan generalmente como energía. Los resultados del experimento de Miller-Urey indican que las condiciones hipotetizadas por Oparin pueden haber producido formas de vida tempranas.
Experimentos adicionales con ligeras variaciones de las condiciones de la Tierra primitiva dieron como resultado la producción de ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos. Nuevamente, si bien estas sustancias no son seres vivos en sí mismos, son esenciales para la vida: los ácidos nucleicos contienen nuestra información genética, los carbohidratos, como azúcares y almidones, son una fuente principal de energía y los lípidos son grasas.
Resumen de la lección
Los científicos generalmente están de acuerdo en algunos pasos clave con respecto a la formación de vida a partir de seres no vivos en la Tierra primitiva. Primero repasamos estos cuatro pasos esenciales antes de explorar el trabajo de Oparin y el experimento de Miller-Urey.
La Tierra primitiva era un lugar muy diferente de lo que es hoy. Para que se haya formado la vida, los científicos aceptan que deben haber ocurrido varios pasos esenciales. Primero, se produjeron pequeñas moléculas orgánicas, como los aminoácidos, que producen proteínas, y los nucleótidos, que producen ADN. En segundo lugar, estos pequeños monómeros se combinaron para formar polímeros más grandes y complejos. En tercer lugar, estos polímeros se agruparon y se formaron protobiontes. Recuerda que los protobiontes son pequeñas gotas con membranas que son capaces de mantener un ambiente interno estable y son básicamente precursores de las células. El cuarto paso es que estos simples protobiontes evolucionaron para transmitir información genética. Las moléculas que se replican y que transmiten información genética fueron las primeras células, que luego evolucionaron hacia otras innumerables formas de vida.
En la década de 1920, Oparin planteó la hipótesis de las condiciones de la Tierra primitiva necesarias para crear vida temprana. La hipótesis de Oparin básicamente dice que la vida temprana en la Tierra se formó a través de una serie de reacciones que hicieron que los compuestos simples fueran gradualmente más complejos. Oparin dijo que la atmósfera se estaba reduciendo, lo que significa que agregó electrones a los átomos. La energía necesaria para hacer esto fue proporcionada por rayos y radiación ultravioleta. Además, en la Tierra primitiva eran esenciales los océanos ricos en materia orgánica, que comúnmente se denominan sopa primordial .
En la década de 1950, Miller y Urey probaron la hipótesis de Oparin. Crearon un dispositivo para ver si se puede crear vida a partir de cosas no vivas. En su dispositivo, utilizaron chispas para simular un rayo y crearon una atmósfera que contiene hidrógeno, metano, amoníaco y vapor de agua para parecerse a la de la Tierra primitiva. El experimento de Miller-Urey resultó en la creación de moléculas orgánicas, como aminoácidos e hidrocarburos.
Si bien no estábamos allí cuando se formó la vida en la Tierra primitiva, seguimos aprendiendo más sobre la historia de la vida en la Tierra a través de la evidencia y la experimentación.
Los resultados del aprendizaje
Después de completar esta lección, debería poder:
- Describe las etapas de la vida temprana en la Tierra.
- Definir moléculas orgánicas clave de la Tierra primitiva, como monómeros, protobiontes y células.
- Explica la hipótesis de Oparin
- Interpretar los resultados del experimento de Miller-Urey