Cómo surgió la vida a partir de un ambiente tóxico e inhóspito en nuestro planeta hace miles de millones de años sigue siendo un profundo misterio. Los investigadores han simulado las condiciones de una Tierra primitiva en tubos de ensayo, incluso confeccionando algunos de los ingredientes básicos de la vida. Pero cómo estos ingredientes se unieron en células vivas, y cómo la vida fue primero capaz de generar energía, sigue siendo desconocido.

Un nuevo estudio dirigido por Laurie Barge del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, ha detectado una forma única de estudiar los orígenes de la vida: las células de combustible.

Las pilas o células de combustible se encuentran en los coches especializados, aviones y naves espaciales de la NASA, tales como el ahora retirado transbordador espacial. Las células son similares a estas pilas en la generación de electricidad y la energía, pero requieren de combustible, como el gas de hidrógeno. En este nuevo estudio, las células de combustible se utilizan para probar las reacciones químicas que se cree que han dado lugar al desarrollo de la vida.

“Algo sobre la Tierra llevó a la vida, y creemos que un factor importante fue que el planeta proporciona energía eléctrica en el fondo del mar”, dijo Barge. “Ahora, gracias a las células de combustible el equipo ha podido probar diferentes materiales y ambientes que podrían haber ayudado al surgimiento de la vida, puede que no directamente en la Tierra, pero si en Marte, en la luna Europa y en otros lugares del Sistema Solar”. investigadora.

Una de las funciones básicas de la vida como se conoce es la capacidad de almacenar y utilizar la energía. En las células, es una forma de metabolismo y consiste en la transferencia de electrones de una molécula a otra. El proceso es igual al que se produce en nuestro propio cuerpo, que nos aporta energía.

Las células de combustible podrían tener la respuesta a cómo surgió la vida. Image Credit: NASA/JPL

Las pilas de combustible son similares a las células biológicas, donde los electrones también se transfieren hacia y desde las moléculas. En ambos casos, esto da como resultado electricidad y energía. Para que una célula de combustible trabaje necesita, combustible, así como gas de hidrógeno, junto con electrodos y catalizadores, que ayudan a la transferencia de los electrones. Los electrones se transfieren desde un donante de electrones (tal como hidrógeno) a un aceptor de electrones (tal como oxígeno), lo que resulta en una corriente. En sus células, las enzimas que contienen metales –los catalizadores biológicos– transfieren electrones y generan energía para la vida.

En los experimentos del equipo, los electrodos de la célula de combustible y los catalizadores están hechos del material geológico primitivo que se cree que ha existido en la Tierra primitiva. Si este material puede ayudar a transferir electrones, los investigadores observarán una corriente eléctrica. Al probar diferentes tipos de materiales, estos experimentos en células de combustible permiten que los caminos se estrechen en la química que podría haber tenido lugar cuando la vida surgió por primera vez en la Tierra.

“Lo que estamos proponiendo aquí es simular procesos energéticos, lo que podría reducir la brecha entre los procesos geológicos de la Tierra primitiva y el surgimiento de la vida biológica en el planeta”, dijo Terry Kee coautor del trabajo de investigación de la Universidad de Leeds, Inglaterra.

“Vamos a volver atrás en el tiempo para probar los minerales específicos, tales como los que contienen hierro y níquel, y que habrían sido comunes en la Tierra primitiva y podrían haber dado lugar a un metabolismo biológico”, dijo Barge.

En JPL, las pilas de combustible no son sólo para el estudio de la vida, sino que también se están desarrollando trabajos para mejorar a largo plazo los viajes espaciales tripulados. Las pilas de combustible de hidrógeno puede producir agua, que se pueden reciclar y se utiliza como combustible de nuevo.

LA NASA

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« Los misterios del Universo

En la aventura que nos contaba Julio Verne en su libro Viaje al centro de la Tierra, el famoso escritor de imaginación desbordante narra la historia de una expedidón al centro de la Tierra. Los exploradores intrépidos y arriesgados aventureros descubren, con asombro, todo un mundo nuevo debajo de la superficie del planeta al que llegan recorriendo galerias sin fin y manatiales de aguas subterráneas que, en alguna ocasión, estaban poblados por extraños seres. Grandes cavernas subterráneas donde habitaban exóticos animales y seres vivos del reino vegetal de enormes dimensiones. Por desgracia, la historia de Verne contradecía la evidencia geológica de su época. Se sabe muy bien que profundidad significa caliente: la temperatura puede aumentar hasta 20 grados Celcius por cada kilómetro que se descienda y la vida, resultaría imposible para la mayoría de los organismos.

Caracol abisal. Todos conocemos de las extrañas criaturas que viven en las profundidades de los océanos y que, no dejan de sorprendernos cada vez que hallamos nuevas y exóticas criaturas cuyas configuraciones morfológicas van siempre, más hallá de lo que nuestra imaginación pudo dibujar en nuestras mentes. Algunos dicen que, el único lugar habitado que sigue siendo un misterio para el ser humano son los océanos abisales. Allí, en la oscuridad perpetua, acaba de ser descubierto un fantástico ecosistema con extraordinarios seres vivos capaces de vivir sin luz, a temperaturas extremadamente elevadas y en un ambiente muy tóxico, por las grandes chimeneas volcánicas que hay en el fondo oceánico. El hallazgo ha tenido lugar en el South West Indian Ridge, en el Océano Índico, a 2.700 metros de profundidad, gracias a la expedición Dragon Vent que (en la que no participó Julio Verne y, sin embargo, participa de alguna manera).

“Nada podría sobrevivir -decían- , por debajo de la “zona fótica” las capas del océano iluminadas por la luz solar. El descubrimiento de ecosistemas en los húmeros megros cambió todo eso.

Existe la hipótesis de que la vida haya surgido precisamente en estos humeros, en vez de en la superficie del océano. Yo pienso que es una posibilidad plausible, ya que es un medio tan activo como el medio superficial de aquel tiempo: hay vulcanismo, contraste de materiales y temperaturas… Hace algunos años nadie hubiera dicho que el fondo oceánico, un medio tan extremo, pudiese albergar semejantes ecosistemas. Pero si algunos supermicrobios pueden vivir varios kilómetros de profundidad najo el mar, ¿no podrían existir también bajo la tierra?

El primer científico en difundir publicamente la opinión de que la vida podría florecer a gran profundidad debajo de la Tierra parece haber sio un geólogo de Chicago llamado Edsom Bastin, allá por los años veinte. Bastín se preguntaba por qué las aguas extraídas de los campos de petróleo contenía sulfuro de hidrógeno. Él sugirió que el gas podría haber sido producido por bacterias reductoras de sulfato que viven a gran profundidad en las bolsas de petróleo.

En 1984 se encontró un meteorito marciano en la Antártida con restos de posible actividad biológica lo cual puso otra vez a esta teoría en consideración. En los lugares ´más insospechados han encontrado moléculas y azúcares que son esenciales para la vida.

Lo cierto es que, por todas partes, están presentes múltiples indicadores de actividad biológica a gran profundidad por debajo de la superficie de la Tierra. Esa hubiera sido la realidad en los tiempos de Verne si los geólogos hubieran sabido buscar de manera adecuada. Hasta los años sesenta no se descubrieron depósitos minerales subterráneios que parecían haber sido precipitados por microbios. Hierro, Azufre, Manganeza, Zinc y otras sustancias que se sabía eran utilizadas por las bacterias, aparecían concentradas en forma sospechosa. De hecho, un estudiante australiano de la Universidad de Londres, Lloyd Hanilton, descubrió formas inequívocas de microbios fósiles en vetas de mineral de jaspe. Él concluyó que éstas eran vestigios de microbios precipitadores de hierro que se habian hecho un hogar en los poros de las rocas.

Martialis heureka, hormiga ciega adaptada a la vida subterránea, de aspecto tan extraño que también es llamada “hormiga marciana”. Foto: Christian Rabelin. No deberíamos sorprendernos al hallar formas extrañas de vida en lugares imposibles y en los que ni podíamos imagfinar que existieran.

A pesar de la evidencia creciente de la vida subterránea,  la opinión dominante de que la corteza de la Tierra es estéril no empezó realmente a cambiar hasta finales de los años sesenta. Los gobiernos trataban de investigar sobre la reducción de los residuos nucleares, cómo eliminarlos. El material radiactivo había sido enterrado en estratos profundos sobre la hipótesis de que nada podría sucederle. Sin embargo, estudios del agua subterránea ya habían sugerido que las bacterias ya podrían aquellos depósitos del subsuelo, y muestras de rocas extraídas de sondeos revelaban señales de tal presencia del mundo bacteriano y, si los microbios podían invadir los acuíferos profundos también podrían entrar en los vertederos nucleares subterráneos y corroer los recipientes contenedores para liberar, con el tiempo, los residuos. Preocupaciones análogas invadieron el mundo del petróleo cuando se descubrió que, de la misma manera, las bacterias también podían onfiltrarse en las reservas de crudo y correonperlos.

Cada ser vivo, dentro de su entorno, busca el medio de cubrir sus necesidades metabólicas y, en algunos casos, lo hacen de la manera más asombrosa que podamos imaginar. Colonias de miles de millones de estos dimunutos “personajillos” proliferan en los lugares más increíbles de la Tierra, los océanos y las profundidas terres…también se han localizado en la atmósfera a respetables alturas. El estudio de lo que cada una de ellas pueden hacer, no sólo es fascinante sino que, en no pocas ocasiones, hacen posible que nosotros, los humanos, podamos estar tan cómodamente instalados en un planeta de cuya atmósfera y medio ambiente, son responsables los diminutos procariotas.

Todos recordareis aquellos que, bautizados como Bacillus infernus, fueron encontrados en profundos pozos de más de 3 km de profundidad en los sedimentos del Triásico en la cuenca Taylorsville en Virginia, Estados Unidos. Descubrieron hipertermófilos únicos en forma de bastón, entre los que se incluían los antes nombrados.

                                             Nanobacterias halladas en las nubes

Está claro a partir de todos los descubrimientos llevados a cabo que,  la Tierra posee un submundo viviente generalizado cuya basta extensión sólo ahora se está revelando. Si las bacterias proliferan a una profundidad de medio kilómetro o más, como los exámenes sugieren, entonces, sumando sobre todo el planeta, ellas darían parte del diez por ciento de toda la biomasa de la Tierra. Y, la estimación podría ser mayor, ya que, se sospecha que, a mayior profundidad también podrían estar presentes estos “seres diminutos” que aguantan temperaturas de más de 110 grados Celcius (en unos 4 kilómetros de profundidad).

Desde la especulación infomal de Darwin de que la vida empezó en alguna pequela charca caliente, la sabiduría convencional ha consistido en que la vida es y siempre fue un fenómeno de superficie. El descubrimiento de la Biosfera profunda y caliente ha alterado espectacularmente esta visión. Si la vida puede florecer muy por debajo de la superficvie de la Tierra, quizá deberíamos mirar hacia abajo en busca el crisol en el que se forjó el primer ser vivo.

¿Os acordáis cuando salió aquella noticia? “Unas raras criaturas aparecen varios kilómetros bajo la superficie de la Tierra. Las especies, entre ellas una jamás vista antes, soportan temperaturas de hasta 48 grados en las profundidades donde no se creía posible que existiera la vida compleja. Desde su descubrimiento hace más de dos décadas, la biosfera del subsuelo profundo ha sido considerada como el reino de los organismos unicelulares, un reino que se extiende más de tres kilómetros bajo la corteza de la Tierra. Las limitaciones de temperatura, energía, oxígeno y el espacio parecían excluir la posibilidad de una vida más compleja. Los científicos no creían que organismos multicelulares podrían vivir en esas profundidades, pero se equivocaban.

Según los expertos, parecen que son varias las razones por las que un lugar en el subsuelo marino -o, mejor aún, en los sedimentos rocosos bajo el mismo- parece el emplazamiento natural más prometedor para el origen y la evolución temprana de la vida. La más obvia concierne a la continua amenaza de impactos cósmicos que proliferan en aquellos primeros momentos cuando la Tierra era joven. La violencia del intenso bombardeo habría esterilizado efectivamente la superficie de la Tierra una y otra vez. Con rocas vaporizadas haciendo hervir los océanos y fundiendo la Tierra, las condiciones habrían sido letales al menos hasta una profundidad de decenas de metros. Sin embargo, a más profundidad, los organismos habrían podido soportar incluso los mayores impactos.

Así, de alguna manera, Julio Verne se salía con la suya aunque, de una manera menos deslumbrante y con escenarios muy diferentes a los que el nos ofrecía en sus magnificos relatos.

Al final resulta que, el visionario Verne, podía llevar razón y, la Vida, sí estaba presente en las profundidades de la Tierra aunque, con menos fantasía de la que el volvó en sus historia. Seguramente, le habría encantado poder ver alguna de esas películas que han proliferado para hacernos disfrutar con sus historias “hechas realidad” en el cine.

¡La Vida! Según la entiendo,  se abrirá paso en cualquier medio que le de la más mínima oportunidad.

emilio silvera

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Así es cómo apareció la vida en la Tierra

¿Cuál es el origen de la vida? El comienzo de todo lo que conocemos tuvo lugar hace miles de millones de años. Y aunque es difícil de desentrañar, cada día tenemos más y más detalles claros de cómo empezó.

                  La Tierra primitiva comenzó a enfriarse y surgieron lasa condiciones necesarias para la Vida

Fuente: Gerald Prins

Imaginad una tierra roja y árida, caliente. Con géiseres escupiendo a un cielo oscuro y plomizo en las zonas más frías. En las más calientes solo existe la lava. No hay nada que se parezca a una planta. Ni tan siquiera musgo o verdín. Por supuesto que no, porque la vida todavía no existe. Solo hay cosas. Minerales, moléculas, materia inerte… En una charca cercana, junto a una roca parda, algo se mueve en su interior. Pero no podemos verlo porque son moléculas, tan pequeñas que son indistinguibles del líquido donde están. De pronto, el calor, el movimiento, otras moléculas o la mezcla de todo esto, junto con un poco de suerte, marcan el inicio de algo completamente nuevo: el primer germen del origen de la vida está creciendo.

5 hipótesis sobre el origen de la vida

El primer periodo de la tierra, probablemente, fue muy parecido a esto.

Todas las evidencias con las que contamos sitúan el origen de la vida alrededor de unos 4.000 millones de años atrás. Sin embargo, no nos queda tan claro cómo o dónde apareció. Si ya nos cuesta seguir nuestra propia historia hasta la raíz, podéis imaginar la tarea tan enorme que supone el enfrentarse a algo como desentrañar el secreto que nos hizo, en última instancia, aparecer a nosotros y todo lo vivo que nos rodea. Pero, ¿qué es el origen de la vida?

Llamamos así al momento donde las moléculas comunes del universo (y de nuestro planeta) se unieron para formar los primeros compuestos precursores de la vida: moléculas especiales parecidas a las complejas sustancias que hoy nos forman; capaces de dar el primer paso en las características de la vida: reproducción y evolución. En concreto, hablamos de un sistema rudimentario parecido a nuestros actuales ADN (y ARN), el sistema de transmitir información; nuestros aminoácidos, los pequeños ladrillos con los que construimos la vida; y a nuestras membranas celulares, que define la situación exacta de la célula y son precursores de otros orgánulos. Actualmente existen cinco grandes hipótesis sobre el origen de la vida que dirigen la gran mayoría de los esfuerzos investigadores.

La teoría hidrotermal

Ésta explica cómo el origen de la vida habría tenido lugar en el agua caliente y llena de moléculas. Gracias al aporte energético producido por el calor terrestre o por un evento externo (como un rayo), las moléculas se ensamblarían de forma natural en nuevas moléculas más complejas. Parte de esta hipótesis está demostrada en laboratorio, donde se ha observado cómo las moléculas, efectivamente, tienen tendencia a formar estructuras más compleja de forma “espontánea”. Esto debió ocurrir en profundidad, pues la luz ultravioleta debido a la falta de atmósfera habría destruido los compuestos más grandes.

La gran glaciación

Una glaciación global pudo ocurrir hace unos 3.700 millones de años. Entonces, el hielo podría haber protegido una serie de compuestos que evolucionarían lentamente bajo una capa enorme. Más adelante, con la adquisición de una atmósfera por parte de la Tierra, los rayos UV no penetrarían tanto, el planeta se calentaría debido a un aumento del brillo del sol y los ciclos que están surgiendo y los compuestos saldrían al aire

La Panspermia

La llegada de la vida desde el exterior es una de las teorías más populares. Aunque de las menos sostenibles hasta el momento. En ella se explica que los precursores de la vida no estaban aquí, en la Tierra, sino que llegaron de otro lugar: un asteroide u otro planeta, como pudiera ser Marte. Hasta ahora ningún dato avala concretamente esta hipótesis, aunque sí hemos detectado moléculas precursoras de precursoras. Aunque esto no es nada especialmente asombroso.

La hipótesis de los simples

Esta hipótesis explica, de forma similar a la teoría hidrotermal cómo los precursores provinieron de ciclos moleculares de reacción sencillos que fueron siendo cada vez más complejos. Sin embargo, al contrario que la anterior, esta necesita de una especie de membrana o cápsula primitiva para poder evolucionar en el sentido adecuado. Esto representa su principal inconveniente.

La hipótesis del ARN

La hipótesis del ARN resulta bastante lógica pero a la vez, imposible en sus primeros estadios. El ARN es precursor del ADN en nuestra biología. También es un mensajero, codificador y relativamente estable pero dinámico. Algunos virus y bacterias solo contienen ARN. Todo esto nos hace suponer que el ARN fue antes que el ADN. Sin embargo, esto solo vemos posible que se sitúe mucho después del origen molecular de la vida. Es muy difícil que el ARN Existen muchos indicios para suponer que el ARN fue antes que el ADNpreceda a las membranas rudimentarias moleculares ya que es bastante inestable en el medio (entre otras cosas).

Sin embargo, una reciente hipótesis cree haber encontrado algunas novedades al respecto. Según un estudio, en un primer momento surgió el ARN de forma natural y espontánea (cosa que también se ha comprobado como posible bajo ciertas circunstancias). Esa cadena con información, por supuesto, no fue suficiente. Entonces, en ese caldo de cultivo, el ARN encontraría lo necesario para formar un aminoácido primordial. Es decir, la manera de transmitir información y los ladrillos esenciales fueron antes que las membranas. Para ello necesitarían un “ayudante” molecular desconocido. Más adelante surgirían las membranas y todo lo que conlleva. No obstante, sigue siendo una hipótesis bastante complicada de asumir.

Lo que vino después

En un momento dado, millones de años atrás, tendríamos unas moléculas muy primitivas capaces de formar membranas de forma natural. Lo hacen así porque su estructura química se lo pide, pues tal es su naturaleza. Por otro lado, otras moléculas serían capaces de transformar a otras, de nuevo, gracias a sus propiedades. Lo que transforman son pequeñas piezas capaces de unirse en largas cadenas, las cuales adoptan formas y propiedades distintas según se unen. Ya tenemos las tres piezas esenciales: ya ha surgido la vida. Con el tiempo, tras mucho ensayo y error, fruto de la casualidad o de la naturaleza de las moléculas, se unieron. Así que de pronto, no sabemos muy bien cuando, aparece LUCA. LUCA, por sus siglas en inglés, es el hipotético ancestro común de todos los seres vivos. Es la primera prueba ordenada del origen de la vida. Y, por supuesto, es solo una hipótesis pues no sabemos si en realidad hay varios “LUCA” o solo uno.

Fuente: Nature

Pero imaginemos que solo surgió un LUCA, un ancestro común. Muy básico. De nuevo, tras ensayo y error, de forma natural y bajo condiciones extremas: calor, presión, ataques de otros químicos presentes en el medio, LUCA se convirtió en algo parecido a una célula capaz de reproducirse. De crear nuevas moléculas y adquirir nuevas propiedades. LUCA comenzó a dar pasos en el camino de la evolución. Cuando tienes millones de años y nada más que hacer, lo único que te queda es evolucionar. Pero esto, como podréis imaginar, no es el final, sino el comienzo de una historia enorme, difícil de entender o tan siquiera de abarcar.

Los primeros organismos unicelulares (de una sola célula) más sencillos aparecerían con el tiempo; seres parecidos pero muchísimos más complejos que LUCA. Después, otros organismos aún más complejos y grandes, pero todavía unicelulares, seguirían evolucionando. No fue hasta muchísimo después que comenzaron a aparecer las primeras asociaciones de células, viviendo en colonias. Más tarde esas colonias se especializarían, dedicándose cada célula a una función. Y aquí llegamos a la primera letra del primer párrafo del prólogo de la vida. Y para que nos hagamos una idea, esa única letra ocupa el 70% del libro que tenemos sobre el tiempo y la historia. Así que como esto se puede hacer un poco largo, me temo, tendremos que continuar otro día.

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