ABIOGÉNESIS

 

COMIENZO DE LA BIOLOGÍA

ABIOGÉNESIS (Comienzo de la vida donde no la hay)

QUÍMICA PREBIÓTICA 

  Las fuertes lluvias de meteoritos, liberaron grandes cantidades de Carbono libre en el fondo del océano proveniente del Dióxido de Carbono de la atmósfera.

  El Carbono (C-4) es aproximadamente un 20% de la composición de un ser vivo. Es un material muy adecuado por sus características:

  - Debido a sus 4 enlaces libres tiene gran variabilidad. Pudiendo formar largas cadenas (ADN), o incluso componentes tridimensionales. 

  - Los componentes que forma son de gran estabilidad; pero además, por otro lado, reaccionan fácilmente con su entorno. 

  - Puede formar tanto compuestos sólidos como gaseosos.

  Por otro lado otro componente principal de la Química orgánica, el agua, es abundante. Esta forma aproximadamente un 70% de un ser vivo. 

  - Absorbe bien el calor sin fuertes variaciones de temperatura.

  - Es un buen disolvente para que las moléculas se desplacen o interaccionen entre sí. 

  - Es de fácil disociación: en H+ (que reduce) y OH- (que oxida).

  Finalmente debido a la creciente actividad volcánica de la época abundaban los venteros hidrotermales alcalinos que pudieron ser una ambiente propicio para el origen de la vida.

  - Tienen una temperatura cálida y constante entre 40 y 90 ºC.

  - Alta alcalinidad: abundan H2 y CH4. Es un micromundo donde abunda el Carbono, el Hidrógeno, El Nitrógeno y el Fósforo. 

  - Las sustancias que exudan las fumarolas en contacto con el CO2 disuelto en el agua del mar formando CaCO3 que solidifica formando chimeneas estables con microcavidades. 

  - En aquella época previa a la fotosíntesis no había practicamente O2 libre en la atmósfera por lo que el agua era rica en Hierro (Fe+2) que combinaba con grandes cantidades de tiol (SH-) que salía de las fumarolas, formando pirita (FeS2) y liberando H+ que reaccionaba con el C-4 liberado del CO2 del agua. 

  Este ambiente , a su vez rico en agua y carbono, propició la formación de Biomoléculas que son los constituyentes de los Seres Vivos:

  - AZÚCARES: Lípidos y Glúcidos que almacenan la energía para que se den las reacciones necesarias para la vida.

  - PROTEÍNAS: Formadas por largas cadenas de aminoácidos que son la base física de las estructuras orgánicas. 

  - ÁCIDOS NUCLEICOS (ARN): Que se reunen es largas cadenas de estructura helicoidal (ADN); son la información para poner en funcionamiento al organismo: metabolizar, catalizar, autorrepararse... Son largas cadenas de proteínas formadas por azúcar, bases nitrogenadas e ión fosfato (PO₄³⁻) 

Estas biomoléculas se condensan en las microcavidades de los venteros o fumarolas volcánicas subacuáticas; allí forman grumos de "solución coloidal primitiva" similar al protoplasma celular, que allí protegido no se mezcla con el agua circundante. Esto le permite ir adquiriendo una estructura interna; hasta el punto de ser capaz de absorber sustancias disueltas en el agua circundante sin mezclarse ( permeabilidad) 

  La energía la toman de gradientes de protones y de la energía de enlace de cationes S+. Utilizando para almacenar la energía sustancias abundantes en el medio marino como el acetiltioester ( similar al ATP, pilas de energía celular de las células actuales) 

  Esta capacidad de permeabilidad y de absorción de "nutrientes" disueltos en el agua que les rodea les permite crecer de tamaño hasta un máximo que permite la Física y la Química, a partir del cual se ven obligados a duplicarse. Lo consiguen hacer de forma que la estructura química interior se mantiene. 

  El ambiente reductor de la época, diferente del actual permitió que existiesen distintas químicas biológicas, aunque las mejor adaptadas al medio fueron las que mejor se desenvolvieron para captar nutrientes y fueron las que conquistaron más espacio resultando lo que podríamos llamar la química ganadora. 

FORMACIÓN DE LA MEMBRANA CELULAR: 

  Los fosfolípidos (molécula de alcohol a la que se unen dos ácidos grasos y un grupo fosfato) son moléculas que abundan en los venteros; por adherencia van formando largas superficies de doble capa (al tener un lado , el graso, apolar e hidrófugo y otro lado, el grupo fosfato polar negativo e hidrófilo que combina con el agua que es bipolar) 

  Si esta superficie llega a cerrarse sobre si misma forma  una membrana que envuelve el protoplasma protegiéndolo como cuando se encuentra en las microcavidades, lo que les permite abandonarlas y tener mayor movimiento

  Además esta membrana es semipermeable a pequeñas moléculas de pequeño tamaño, no polares, o sin carga. Y debido a su composición permite otras funciones necesarias para la vida como las funciones reducción-oxidación o RedOx o el bombeo de protones.

UNIÓN DE NUCLEÓTIDOS EN ARN: 

  El ADN son largas cadenas de proteínas capaces de autorreplicarse completa o parcialmente; estas pequeñas copias se denominan ARN y contienen la información para sintetizar proteínas a través de ribosomas. 

  Estas pequeñas copias hacen que los errores disminuyan al copiarlas. A mayor especialización y complejidad y cadenas de ADN más largas, hace que en un mundo tan básico disminuya la fiabilidad de la copia y se produzcan mutaciones. 

 TEORÍAS DEL ORIGEN:

  - Hiperciclos: reacciones en cadena de protogenes en el que cada enzima es la catalizadora de la reacción que creará la siguiente enzima ; pero para que esta reacción no se pierda en el océano necesita que esté confinado en una célula para que una de la enzimas cierre el ciclo y se reinicie. 

  - Genes Primigenios: que las primeras cadenas de ARN se quedasen grabadas en la arcilla de las paredes de los venteros o fumarolas y a partir de estas huellas comenzasen a realizarse copias, hasta que al aumentar el número pudieron hacerse copias de si mismos. 

  - Cohabitación: primeros polímeros cortos, pero con apariencia funcional de una cadena larga. 

L.U.C.A.

  Una célula que tuviese estos atributos que acabamos de ver sería parecida a una Bacteria Autótrofa Quimiosintética Anaérobica actual (que produce su propia materia orgánica a partir de materia inorgánica a través de reacciones químicas en ausencia de oxígeno); en resumen:

  - Organización del código genético.

  - Selección del ADN.

  - Nucleoide con suficiente metabolismo como para replicarse a sí misma.

  - Fabricación de proteínas a través de ribosomas.

  - Aprovechamiento de la química RedOx de la membrana.

  - Enzima catalizadora de A.T.P. (almacenamiento de energía)

  - Todo ello en un entorno individual y aislado por la membrana.

A partir de aquí los componentes se hacen más complejos; y comienza una selección natural desde el mundo del ARN que da preferencia a aquellos que dan como  resultado una organización interna más eficaz, así como a los que son capaces de acaparar mejor los nutrientes que le son necesarios respecto al ambiente externo que le rodea; ya que son los que pueden crecer y duplicarse más rápidamente. 

  Es probable que hayan existido otras formas de vida diferentes a las que conocemos actualmente e incluso que estas hayan sido más antiguas. Lo que si es seguro que toda la vida conocida actualmente en la Tierra proviene genéticamente de un mismo ancestro; a esta bacteria se la denomina LUCA (Last Universal Common Ancestor) al que se le presupone una antigüedad de -4.250 millones de años; la más eficaz y la que mejor se ha sabido adaptar a las variaciones externas del planeta. 

   Todos los seres vivos actuales tenemos:

  - El mismo material de base, el mismo ARN-ADN, formado por nucleótidos concretos, similares y comunes. 

   - Las mismas herramientas de replicación de esas cadenas.

  - El mismo lenguaje o código de traducción de información en cadenas de aminoácidos. con las mismas cuatro bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina, timina/uracilo)