PRIMERAS ETAPAS DE LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA

ETAPAS EN EL ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS

La evolución fue un proceso que transcurrió de una manera continua. No obstante, vamos a dividirlo para su estudio en una serie de etapas:

1ª La evolución química. Los primeros organismos.

2ª La evolución de los organismos procarióticos.

3ª Origen de las células eucariotas

4ª Orígenes de la célula vegetal y animal.

5ª Origen y evolución de los organismos pluricelulares.

6ª La evolución en los vegetales.

7ª La evolución en los animales.

PRIMERAS ETAPAS DE LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA

1ª) LA EVOLUCIÓN QUÍMICA

La evolución química de los primeros organismos a partir de la materia inanimada se dio siguiendo los siguientes pasos:

1º Síntesis y concentración de los monómeros biológicos: aminoácidos, azúcares y bases orgánicas.

2º Polimerización de los monómeros y formación de los primeros polímeros: proteínas, polisacáridos y ácidos nucléicos.

3º Segregación a partir de la "sopa de Haldane" de pequeñas gotitas y formación de "protobiontes" diferentes químicamente del medio que les rodeaba y con una identidad propias.

4º Desarrollo de algún tipo de maquinaria reproductora que permitiese a las "células hijas" adquirir las características de las "células paternas".

 

1.1 Síntesis y concentración de los monómeros biológicos.

La experiencia de Miller nos ha permitido demostrar que es posible la formación al azar de los monómeros básicos que constituyen los compuestos de los seres vivos a partir de las sustancias existentes en la Tierra primitiva. La energía necesaria pudo muy bien provenir de las radiaciones o de los rayos producidos por las tormentas. No obstante, las cantidades que se obtienen son muy pequeñas y además enseguida quedarían diluidas en las grandes masas de agua de los mares y lagos. De alguna manera debieron de existir mecanismos que permitieron su concentración. Se han propuesto algunos muy sencillos como la concentración por evaporación o por congelación del agua de los lagos. Otros son más complejos; así, por ejemplo, se ha propuesto que las sustancias pudieron concentrarse al ser absorbidas selectivamente por ciertos minerales.

 

1.2 Polimerización de los monómeros.

Es de destacar que las reacciones de polimerización se encuentran desplazadas normalmente en el sentido de los monómeros. En los seres vivos, la formación de polímeros es posible al encontrarse catalizada por enzimas. Pero las enzimas son también polímeros. ¿Cómo pudieron formarse entonces los polímeros constituyentes de los seres vivos?.

Se ha observado que cuando los adenilaminoácidos quedan absorbidos por ciertos minerales arcillosos, se polimerizan espontáneamente formando cadenas peptídicas de 50 o más elementos. También se ha observado en mezclas secas de aminoácidos una cierta tasa de polimerización espontánea a temperaturas entre los 60^oC y los 130^oC. En ciertas condiciones los polímeros así formados pueden llegar a tener hasta 200 aminoácidos. Muy probablemente se produjo uno de estos mecanismos u otro similar. Los polímeros, una vez formados, pudieron difundirse hacia las disoluciones acuosas e irse concentrando a lo largo de millones de años por un mecanismo similar a los estudiados en el punto anterior.

 

1.3 Formación de los coacervatos

Las células se caracterizan por mantener un medio interno químicamente diferente del medio externo. Esto se consigue por la presencia de una membrana limitante entre ambos medios. Esta membrana impide que los componentes de la célula se diluyan y desaparezcan. Oparin estudió durante muchos años la tendencia a aislarse de las disoluciones acuosas de polímeros para formar coacervatos: pequeñas gotitas ricas en polímeros y separadas del medio acuoso por una membrana.

Existen varias combinaciones de polímeros que dan lugar a la formación de coacervatos. Por ejemplo: las de proteína-hidratos de carbono, las de proteína solas y las de proteína-ácido nucléico.

Las gotitas de coacervatos son no obstante inestables. Tienen tendencia a descender hacia el fondo de la disolución donde forman una capa no acuosa. Oparin descubrió que si dotaba a los coacervatos de moléculas que les permitiesen llevar un cierto metabolismo celular, se hacían más estables. Así, al añadir al medio la enzima fosforilasa, ésta se concentraba en el interior de las gotitas. Si posteriormente se añadía glucosa-1-fosfato, ésta se difundía hacía el interior y la enzima la polimerizaba formando almidón. El almidón se va añadiendo a la membrana de la gotita con lo que aumenta de tamaño. Cuando el coacervato es excesivamente grande se divide espontáneamente dando lugar a varias gotitas "hijas". La energía necesaria proviene del enlace rico en energía de la glucosa-1-fosfato.

Si se le añaden al medio otras enzimas, los coacervatos se van transformando en estructuras con un metabolismo y una individualidad química que realizan intercambios de materiales y energía. Los coacervatos no son seres vivos pero poco les falta para serlo. Podríamos pensar que en el origen de la vida pudo pasar un proceso parecido y que poco a poco las "gotitas de vida" que tuviesen un metabolismo más adecuado "sobrevivirían" más tiempo y pudieron aumentar en tamaño y número.

 

1.4 Adquisición de la maquinaria genética.

Se trata de algo para lo que no disponemos de modelos de laboratorio. Además, la complejidad del material genético y su gran diversidad no nos dan muchas pistas acerca de como pudo suceder el proceso. Es posible que los primeros coacervatos estuviesen constituidos por ADN u otros polinucleótidos que fuesen capaces de autoduplicarse y de traducirse a proteínas. Aunque la secuencia primaria de ésta fuese al azar, pudieron formar una membrana protectora que envolviese al ADN. Se pudo establecer así una relación mutua: el ADN se traducía a proteínas y éstas protegían al ADN formando una membrana a su alrededor. A partir de aquí ambas sustancias pudieron seguir una evolución conjunta. Esta hipótesis presenta la dificultad de que la traducción de las proteínas necesita en la actualidad de una compleja maquinaria química: varios tipos de ARN, ribosomas, enzimas, etc.

 

Esto es, se necesitan proteínas para sintetizar el ADN y ADN para sintetizar las proteínas. Esta moderna versión de la paradoja del "huevo y de la gallina" puede resolverse contestando que la maquinaria genética debió de evolucionar conjuntamente a partir de mecanismos más simples que no existen en la actualidad, al haber sido eliminados por competencia con otros más perfeccionados.

En resumidas cuentas, en algún momento se formó una asociación ADN, codificador de una proteína, que a su vez catalizaba la formación de un ácido nucléico y ambos evolucionaron conjuntamente.

 

2ª) LA EVOLUCIÓN DE LOS ORGANISMOS PROCARIÓTICOS

Los distintos pasos descritos hasta ahora debieron de dar lugar a los primeros seres vivos. Posiblemente se trató de organismos similares a las bacterias fermentadoras, como las actuales del género Clostridium, aunque naturalmente su maquinaria bioquímica sería mucho más simple.

Estos organismos debieron de sobrevivir a base de fermentar los componentes orgánicos que se habían formado a lo largo de millones de años de evolución química. La disminución de la cantidad de materia orgánica, como consecuencia de los propios procesos de fermentación, debió de estimular el desarrollo de los primeros organismos fotosintéticos.

 

Parece ser que la fotosíntesis basada en el SH₂ como fuente de hidrógeno y electrones, como lo hacen en la actualidad las bacterias del azufre, es anterior a la fotosíntesis basada en el H₂O. Esta hipótesis se fundamenta en el hecho de que la atmósfera primitiva de la Tierra era rica en SH₂. Además, la maquinaria bioquímica que se necesita para la fotosíntesis basada en el SH₂ es menos compleja que la fotosíntesis basada en la fotolisis del H₂O.

 

No obstante, la abundancia de H₂O trajo este tipo de fotosíntesis. Los primeros organismos en dar este gran paso debieron ser similares a las cianobacterias, llamadas también algas verde-azuladas. Las cianobacterias actuales, como las del género nostoc, son organismos procariotas que forman colonias multicelulares de aspecto filamentoso.

 

Durante los 2000 millones de años siguientes (hasta hace 1500 millones de años) estos organismos revolucionaron la composición química de la atmósfera. La producción de oxígeno transformó la atmósfera reductora en una atmósfera oxidante y se formó además una capa de ozono (O₃) que filtró considerablemente los rayos ultravioleta.

 

El oxígeno comenzó a concentrarse en la atmósfera en un porcentaje superior al 1% hace unos 2000 millones de años. Esto se sabe porque los granos del mineral de uranio llamado uraninita se oxidan rápidamente si la concentración de oxígeno es superior al 1%. El óxido de uranio así formado se disuelve en el agua y es arrastrado hacia los mares donde se mantiene en disolución. Efectivamente, sólo encontramos depósitos de uraninita en sedimentos que tiene una antigüedad superior a los 2000 millones de años y no se encuentran cuando los estratos son más jóvenes. Un resultado similar lo proporcionan los estudios basados en la formación de los depósitos de óxido de hierro.

 

3ª) EL ORIGEN DE LOS EUCARIOTAS

 

Es difícil distinguir entre los microfósiles de hace miles de millones de años si son procariotas o eucariotas. Sabemos que ambos tipos de células se diferencian en su aspecto, tamaño, morfología, bioquímica, etc.

Los eucariotas, tal y como los conocemos ahora, no pudieron aparecer antes de hace 1500 millones de años (3500 millones de años después del origen de la Tierra). Con los eucariotas apareció la reproducción sexual. No olvidemos que las principales características de los eucariotas son la presencia de un núcleo separado del citoplasma y la estructuración del ADN en cromosomas. Todo esto se desarrolló posiblemente para poder intercambiar más fácilmente el material genético. Es cierto que los procariotas actuales pueden también intercambiarlo, pero en ellos priman sobre todo los mecanismos de reproducción asexual sobre los de reproducción sexual.

 

La reproducción sexual fue lo que permitió la diversificación de los seres vivos, la aparición de los organismos megascópicos y que estos alcanzasen la gran complejidad que tiene en la actualidad.

 

Según la Teoría de la Simbiogénesis (Lynn Margulis. Chicago 1938) las células eucariotas serían el resultado de la simbiosis de diferentes organismos procariotas. Esto se basa en el hecho de que muchos orgánulos y estructuras celulares (mitocondrias y plastos,) poseen su propio ADN, e incluso sus propios ribosomas, ambos de tipo bacteriano.