Astroquímica
Las etapas del origen de la vida van desde las bien comprendidas, como la Tierra habitable y la síntesis abiótica de moléculas simples, hasta las más desconocidas, como la derivación del último ancestro común universal (LUCA) con sus complejas funcionalidades moleculares[1].
En biología, la abiogénesis (de a- ‘no’ + griego bios ‘vida’ + génesis ‘origen’) o el origen de la vida es el proceso natural por el que la vida ha surgido a partir de materia no viva, como los compuestos orgánicos simples. La hipótesis científica predominante es que la transición de entidades no vivas a entidades vivas en la Tierra no fue un acontecimiento único, sino un proceso de complejidad creciente que implicó la formación de un planeta habitable, la síntesis prebiótica de moléculas orgánicas, la autorreplicación molecular, el autoensamblaje, la autocatálisis y la aparición de las membranas celulares. Se han hecho muchas propuestas para las distintas etapas del proceso.
El estudio de la abiogénesis pretende determinar cómo las reacciones químicas anteriores a la vida dieron lugar a la vida en condiciones sorprendentemente diferentes a las de la Tierra actual. Utiliza principalmente herramientas de la biología y la química, y los enfoques más recientes intentan una síntesis de muchas ciencias. La vida funciona gracias a la química especializada del carbono y el agua, y se basa en gran medida en cuatro familias clave de sustancias químicas: los lípidos para las membranas celulares, los hidratos de carbono como los azúcares, los aminoácidos para el metabolismo de las proteínas y los ácidos nucleicos ADN y ARN para los mecanismos de la herencia. Cualquier teoría exitosa de la abiogénesis debe explicar los orígenes y las interacciones de estas clases de moléculas. Muchos enfoques de la abiogénesis investigan cómo llegaron a existir las moléculas autorreplicantes o sus componentes. En general, los investigadores piensan que la vida actual desciende de un mundo de ARN, aunque otras moléculas autorreplicantes pueden haber precedido al ARN.
Evolución química
La historia de la vida en la Tierra traza los procesos por los que evolucionaron los organismos vivos y fósiles, desde la aparición más temprana de la vida hasta nuestros días. La Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años (abreviado como Ga, por gigaannum) y las pruebas sugieren que la vida surgió antes de 3,7 Ga.[1][2][3] Aunque hay algunas pruebas de vida tan tempranas como 4,1 a 4,28 Ga, siguen siendo controvertidas debido a la posible formación no biológica de los supuestos fósiles[1][4][5][6].
Las similitudes entre todas las especies actuales conocidas indican que han divergido a través del proceso de evolución a partir de un ancestro común[7]. Sólo se ha identificado un porcentaje muy pequeño de especies: una estimación afirma que la Tierra puede tener 1 billón de especies[8]. Sin embargo, sólo se han nombrado entre 1,75 y 1,8 millones[9][10] y 1,8 millones están documentadas en una base de datos central[11]. Estas especies actualmente vivas representan menos del uno por ciento de todas las especies que han vivido alguna vez en la Tierra[12][13].
Las primeras evidencias de vida proceden de firmas de carbono biogénico[2][3] y fósiles de estromatolitos[14] descubiertos en rocas metasedimentarias de 3.700 millones de años del oeste de Groenlandia. En 2015, se encontraron posibles “restos de vida biótica” en rocas de 4.100 millones de años en Australia Occidental[15][5] En marzo de 2017, se informó de pruebas putativas de posiblemente las formas de vida más antiguas de la Tierra en forma de microorganismos fosilizados descubiertos en precipitados de respiraderos hidrotermales en el Cinturón Nuvvuagittuq de Quebec, Canadá, que podrían haber vivido hace 4. Hace 28.000 millones de años, poco después de que se formaran los océanos, hace 4.400 millones de años, y poco después de la formación de la Tierra, hace 4.540 millones de años[16][17].
Evolución molecular
En biología, la evolución es el cambio en las características heredables de las poblaciones biológicas a lo largo de generaciones sucesivas[1][2]. Estas características son las expresiones de los genes, que se transmiten de padres a hijos durante la reproducción. La variación tiende a existir dentro de cualquier población como resultado de la mutación y la recombinación genéticas[3]. La evolución se produce cuando procesos evolutivos como la selección natural (incluida la selección sexual) y la deriva genética actúan sobre esta variación, dando lugar a que ciertas características se vuelvan más comunes o más raras dentro de una población[4]. Las presiones evolutivas que determinan si una característica es común o rara dentro de una población cambian constantemente, dando lugar a un cambio en las características heredables que surgen a lo largo de generaciones sucesivas. Este proceso evolutivo ha dado lugar a la biodiversidad en todos los niveles de la organización biológica[5][6].
La teoría de la evolución por selección natural fue concebida de forma independiente por Charles Darwin y Alfred Russel Wallace a mediados del siglo XIX y se expuso detalladamente en el libro de Darwin El origen de las especies[7]. [La evolución por selección natural se basa en hechos observables en los organismos vivos: (1) a menudo se produce más descendencia de la que puede sobrevivir; (2) los rasgos varían entre los individuos en cuanto a su morfología, fisiología y comportamiento (variación fenotípica); (3) los diferentes rasgos confieren diferentes tasas de supervivencia y reproducción (aptitud diferencial); y (4) los rasgos pueden transmitirse de generación en generación (heredabilidad de la aptitud)[8] Por tanto, en generaciones sucesivas, los miembros de una población tienen más probabilidades de ser sustituidos por la descendencia de progenitores con características favorables. A principios del siglo XX, otras ideas competidoras de la evolución, como el mutacionismo y la ortogénesis, fueron refutadas al concluir la síntesis moderna que la evolución darwiniana actúa sobre la base de la variación genética mendeliana[9].
Primero el metabolismo
Alexander Graham Cairns-Smith FRSE (24 de noviembre de 1931 – 26 de agosto de 2016) fue un químico orgánico y biólogo molecular de la Universidad de Glasgow[1]. Estudió en la Universidad de Edimburgo, donde se doctoró en Química (1957)[2]. Fue más famoso por su polémico libro de 1985 Siete pistas sobre el origen de la vida.
El libro popularizó una hipótesis que empezó a desarrollar a mediados de los años 60: que la autorreplicación de cristales de arcilla en solución podría proporcionar un simple paso intermedio entre la materia biológicamente inerte y la vida orgánica. Inspiró otras ideas sobre la evolución química, como el experimento de Miller-Urey y el mundo del ARN, hipótesis que han desempeñado un papel importante en los intentos de comprender el origen de la vida.
La hipótesis de la arcilla sugiere cómo la materia biológicamente inerte ayudó a la evolución de las primeras formas de vida: los minerales de arcilla se forman de forma natural a partir de silicatos en disolución. Los cristales de arcilla, al igual que otros cristales, conservan su disposición formal externa a medida que crecen, se rompen[aclaración necesaria] y siguen creciendo. Las masas de cristales de arcilla de una determinada forma externa pueden afectar a su entorno de manera que influyan en sus posibilidades de replicación posterior. Por ejemplo, un cristal de arcilla “más pegajoso” tiene más probabilidades de ensuciar el lecho de un arroyo, creando un entorno propicio para una mayor sedimentación. Es concebible que tales efectos se extiendan a la creación de zonas llanas susceptibles de quedar expuestas al aire, secarse y convertirse en polvo transportado por el viento, que podría caer aleatoriamente en otros arroyos. Así, por simples procesos físicos inorgánicos, podría existir un entorno de selección para la reproducción de cristales de arcilla de forma “más pegajosa”[5].