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Las primeras formas de vida conocidas

Se han encontrado evidencias de las que posiblemente sean las formas de vida más antiguas de la Tierra en los precipitados de las chimeneas hidrotermales . [ 1 ] Las formas de v...

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Se han encontrado evidencias de las que posiblemente sean las formas de vida más antiguas de la Tierra en los precipitados de las chimeneas hidrotermales . [ 1 ]

Las formas de vida más antiguas conocidas en la Tierra pueden tener hasta 4.1 mil millones de años (o Gya ) según el grafito biológicamente fraccionado dentro de un solo grano de circón en la cordillera de Jack Hills en Australia . [ 2 ] La evidencia más antigua de vida encontrada en una unidad estratigráfica , no solo un solo grano mineral , son las rocas metasedimentarias de 3.7 Ga que contienen grafito del Cinturón Supracrustal de Isua en Groenlandia . [ 3 ] La vida directa más antigua conocida en la Tierra son fósiles de estromatolitos que se han encontrado en geiserita de 3.480 mil millones de años descubierta en la Formación Dresser del Cratón de Pilbara en Australia Occidental . [ 4 ] Se han encontrado varios microfósiles de microorganismos en rocas de 3.4 Ga, incluidas rocas de sílex de Apex de 3.465 mil millones de años de la misma región del cratón australiano, [ 5 ] y en precipitados de ventilación hidrotermal de 3.42 Ga de Barberton, Sudáfrica . [ 1 ] Mucho más tarde en el registro geológico, probablemente a partir de 1.73 Ga, los compuestos moleculares preservados de origen biológico son indicativos de vida aeróbica . [ 6 ] Por lo tanto, el tiempo más temprano para el origen de la vida en la Tierra es al menos 3.5 mil millones de años atrás y posiblemente tan temprano como 4.1 mil millones de años atrás, no mucho después de que se formaran los océanos hace 4.5 mil millones de años y después de la formación de la Tierra hace 4.54 mil millones de años. [ 7 ]

biosferas

La Tierra es el único lugar del universo conocido que alberga vida , donde existe en una miríada de entornos. [ 8 ] [ 9 ] El origen de la vida en la Tierra fue hace al menos 3.5 mil millones de años, posiblemente tan pronto como hace 3.8–4.1 mil millones de años. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Desde su aparición, la vida ha persistido en varios entornos geológicos. La biosfera de la Tierra se extiende hasta al menos 10 km (6.2 mi) por debajo del lecho marino, [ 10 ] [ 11 ] hasta 41–77 km (25–48 mi) [ 12 ] [ 13 ] en la atmósfera , [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] e incluye suelo , respiraderos hidrotermales y roca . [ 17 ] [ 18 ] Además, se ha descubierto que la biosfera se extiende al menos 914,4 m (3000 pies; 0,5682 millas) por debajo del hielo de la Antártida [ 19 ] [ 20 ] e incluye las partes más profundas del océano . [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] En julio de 2020, biólogos marinos informaron que se encontraron microorganismos aerobios (principalmente) en "cuasi- animación suspendida " en sedimentos con bajo contenido orgánico a 76,2 m (250 pies) por debajo del fondo marino en el Giro del Pacífico Sur (SPG) ("el punto más muerto del océano"). [ 25 ] Se han encontrado microbios en el desierto de Atacama en Chile , uno de los lugares más secos de la Tierra. [ 26 ] En febrero de 2023, se informaron hallazgos de un " microbioma oscuro " de materia oscura microbiana de microorganismos desconocidos en el desierto de Atacama. [ 27 ]         También se han encontrado microbios en ambientes de ventilación hidrotermal de aguas profundas que pueden alcanzar temperaturas superiores a 400  °C. [ 28 ] Las comunidades microbianas también pueden sobrevivir en condiciones frías de permafrost hasta -25  °C. [ 29 ] Bajo ciertas condiciones de prueba, se ha observado que las formas de vida sobreviven en el vacío del espacio exterior . [ 30 ] [ 31 ] Más recientemente, estudios realizados en la Estación Espacial Internacional encontraron que las bacterias podrían sobrevivir en el espacio exterior . [ 32 ]

evidencia geoquímica

La edad de la Tierra es de aproximadamente 4.54 mil millones de años; [ 7 ] [ 33 ] [ 34 ] la evidencia más antigua e indiscutible de vida en la Tierra data de al menos 3.5 mil millones de años atrás según el registro de estromatolitos. [ 35 ] Algunos modelos informáticos sugieren que la vida comenzó hace 4.5 mil millones de años. [ 36 ] [ 37 ] La evidencia más antigua de vida es indirecta en forma de procesos de fraccionamiento isotópico . Los microorganismos usarán preferentemente el isótopo más ligero de un átomo para construir biomasa , ya que se requiere menos energía para romper los enlaces para los procesos metabólicos . [ 38 ] El material biológico a menudo tendrá una composición enriquecida en isótopos más ligeros en comparación con la roca circundante en la que se encuentra. Los isótopos de carbono , expresados ​​científicamente en partes por mil de diferencia con respecto a un estándar como δ 13 C , se utilizan frecuentemente para detectar la fijación de carbono por organismos y evaluar si la supuesta evidencia de vida temprana tiene orígenes biológicos. Por lo general, los seres vivos metabolizan preferentemente el isótopo 12C , isotópicamente ligero , en lugar del isótopo 13C , más pesado . El material biológico puede registrar este fraccionamiento del carbono .

Los circones presentes en los metaconglomerados de Jack Hills , en Australia, muestran evidencia isotópica de carbono que indica la existencia de vida primitiva.

La evidencia geoquímica más antigua y controvertida de vida es el grafito isotópicamente ligero dentro de un solo grano de circón de Jack Hills en Australia Occidental. [ 2 ] [ 39 ] El grafito mostró una firma δ 13 C consistente con carbono biogénico en la Tierra. Otra evidencia temprana de vida se encuentra en rocas tanto de la Secuencia Akilia [ 40 ] como del Cinturón Supracrustal Isua (ISB) en Groenlandia. [ 3 ] [ 41 ] Estas rocas metasedimentarias de 3.7 Ga también contienen grafito o inclusiones de grafito con firmas de isótopos de carbono que sugieren fraccionamiento biológico.

El principal problema con la evidencia isotópica de vida es que los procesos abióticos pueden fraccionar los isótopos y producir firmas similares a las de los procesos bióticos. [ 42 ] La reevaluación del grafito de Akilia muestra que el metamorfismo, los mecanismos de Fischer-Tropsch en ambientes hidrotermales y los procesos volcánicos pueden ser responsables del enriquecimiento de isótopos de carbono más ligeros. [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] Las rocas ISB que contienen el grafito pueden haber experimentado un cambio en la composición debido a fluidos calientes, es decir, metasomatismo , por lo que el grafito puede haberse formado por reacciones químicas abióticas. [ 42 ] Sin embargo, el grafito de ISB se acepta generalmente como de origen biológico después de un análisis espectral adicional . [ 3 ] [ 41 ]

Las rocas metasedimentarias de la Formación Dresser de 3.5 Ga, que experimentaron menos metamorfismo que las secuencias en Groenlandia , contienen evidencia geoquímica mejor conservada. [ 46 ] Los isótopos de carbono, así como los isótopos de azufre encontrados en la barita , que se fraccionan por metabolismos microbianos durante la reducción de sulfato, [ 47 ] son ​​consistentes con procesos biológicos. [ 48 ] [ 49 ] Sin embargo, la formación Dresser se depositó en un ambiente volcánico e hidrotermal activo, [ 46 ] y los procesos abióticos aún podrían ser responsables de estos fraccionamientos. [ 50 ] Muchos de estos hallazgos se complementan con evidencia directa, típicamente por la presencia de microfósiles .

evidencia fósil

Los fósiles son evidencia directa de vida. En la búsqueda de las formas de vida más antiguas, los fósiles suelen complementarse con evidencia geoquímica. El registro fósil no se extiende tan atrás como el registro geoquímico debido a los procesos metamórficos que borran los fósiles de las unidades geológicas.

Estromatolitos

Los estromatolitos son estructuras sedimentarias laminadas creadas por organismos fotosintéticos al establecer una estera microbiana en la superficie de un sedimento. Una distinción importante para la biogenicidad son sus estructuras convexas hacia arriba y laminaciones onduladas, que son típicas de comunidades microbianas que construyen preferentemente hacia el sol. [ 51 ] Un informe controvertido sobre estromatolitos proviene de los metasedimentos de Isua de 3.7 Ga que muestran morfologías convexas hacia arriba, cónicas y domicas. [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] Un análisis mineralógico posterior discrepa con los hallazgos iniciales de láminas internas convexas hacia arriba, un criterio crítico para la identificación de estromatolitos, lo que sugiere que las estructuras pueden ser rasgos de deformación (es decir, boudins ) causados ​​por la tectónica extensional en el Cinturón Supracrustal de Isua . [ 55 ] [ 56 ]

Fósil de estromatolito que muestra estructuras convexas hacia arriba.

La evidencia directa más antigua de vida son los estromatolitos encontrados en sílex de 3480 millones de años de antigüedad en la formación Dresser del cratón de Pilbara en Australia Occidental. [ 4 ] Varias características de estos fósiles son difíciles de explicar con procesos abióticos, por ejemplo, el engrosamiento de las láminas sobre las crestas de flexión que se espera de una mayor exposición a la luz solar. [ 57 ] Los isótopos de azufre de las vetas de barita en los estromatolitos también favorecen un origen biológico. [ 58 ] Sin embargo, aunque la mayoría de los científicos aceptan su biogenicidad, las explicaciones abióticas para estos fósiles no pueden descartarse por completo debido a su ambiente de deposición hidrotermal y a la evidencia geoquímica controvertida. [ 50 ]

La mayoría de los estromatolitos arcaicos de más de 3.0 Ga se encuentran en Australia o Sudáfrica. Se han identificado estromatolitos estratiformes del cratón de Pilbara en el basalto de Mount Ada de 3.47 Ga. [ 59 ] Barberton, Sudáfrica alberga estromatolitos estratiformes en las formaciones Hooggenoeg de 3.46 Ga, Kromberg de 3.42 Ga y Mendon de 3.33 Ga del Grupo Onverwacht . [ 60 ] [ 61 ] La formación Strelley Pool de 3.43 Ga en Australia Occidental alberga estromatolitos que muestran cambios verticales y horizontales que pueden demostrar comunidades microbianas que responden a condiciones ambientales transitorias. [ 62 ] Por lo tanto, es probable que la fotosíntesis anoxigénica u oxigénica haya estado ocurriendo desde al menos la formación Strelley Pool de 3.43 Ga. [ 63 ]

Microfósiles

Las afirmaciones sobre la vida más antigua utilizando microorganismos fosilizados ( microfósiles ) provienen de precipitados de chimeneas hidrotermales de un antiguo lecho marino en el Cinturón Nuvvuagittuq de Quebec, Canadá. Estos pueden tener hasta 4.28 mil millones de años, lo que los convertiría en la evidencia más antigua de vida en la Tierra, sugiriendo "una aparición casi instantánea de la vida" después de la formación del océano hace 4.41 mil millones de años . [ 64 ] [ 65 ] Estos hallazgos pueden explicarse mejor por procesos abióticos: por ejemplo, aguas ricas en sílice, [ 66 ] "jardines químicos", [ 67 ] fluidos hidrotermales circulantes, [ 68 ] y eyecciones volcánicas [ 69 ] pueden producir morfologías similares a las presentadas en Nuvvuagittuq.

Las arqueas ( microbios procariotas ) se descubrieron por primera vez en entornos extremos , como las chimeneas hidrotermales .

La formación Dresser de 3.48 Ga alberga microfósiles de filamentos procariotas en vetas de sílice, la evidencia fósil más antigua de vida en la Tierra, [ 70 ] pero sus orígenes pueden ser volcánicos. [ 71 ] Las rocas de sílex de Apex australianas de 3.465 mil millones de años pueden haber contenido microorganismos alguna vez , [ 72 ] [ 5 ] aunque la validez de estos hallazgos ha sido cuestionada. [ 73 ] [ 74 ] Se han identificado en Sudáfrica "presuntos microfósiles filamentosos", posiblemente de metanógenos y/o metanótrofos que vivieron hace unos 3.42 mil millones de años en "un sistema de vetas hidrotermales paleosubmarinas del cinturón de rocas verdes de Barberton ". [ 1 ] Se ha encontrado un conjunto diverso de morfologías de microfósiles en la Formación Strelley Pool de 3.43 Ga que incluyen microestructuras esferoidales, lenticulares y en forma de película. [ 75 ] Su biogenicidad se ve reforzada por su preservación química observada. [ 76 ] La litificación temprana de estas estructuras permitió que importantes trazadores químicos, como la relación carbono-nitrógeno , se conservaran en niveles superiores a los típicos en unidades de roca metamorfizadas más antiguas.

biomarcadores moleculares

Los biomarcadores son compuestos de origen biológico que se encuentran en el registro geológico y que pueden vincularse con la vida pasada. [ 77 ] Aunque no se conservan hasta el Arcaico tardío, son indicadores importantes de la vida fotosintética temprana . Los lípidos son biomarcadores particularmente útiles porque pueden sobrevivir durante largos períodos de tiempo geológico y reconstruir ambientes pasados. [ 78 ]

Los lípidos se utilizan habitualmente en estudios geológicos para encontrar evidencia de fotosíntesis oxigénica .

Se reportaron lípidos fosilizados en lutitas laminadas de 2.7 Ga del cratón de Pilbara [ 79 ] y del cratón de Kaapvaal de 2.67 Ga en Sudáfrica. [ 80 ] Sin embargo, se debatió la edad de estos biomarcadores y si su deposición fue sincrónica con sus rocas huésped, [ 81 ] y trabajos posteriores mostraron que los lípidos eran contaminantes. [ 82 ] Los biomarcadores "claramente autóctonos" más antiguos [ 83 ] provienen de la Formación Barney Creek de 1.64 Ga en la Cuenca McArthur en el norte de Australia, [ 84 ] [ 85 ] pero también se han detectado hidrocarburos de la Formación Wollogorang de 1.73 Ga en la misma cuenca. [ 83 ]

Otros biomarcadores autóctonos pueden datarse en la era Mesoproterozoica (1,6–1,0 Ga). La Formación Hongshuizhuang de 1,4 Ga en el Cratón del Norte de China contiene hidrocarburos en lutitas que probablemente se originaron a partir de procariotas . [ 86 ] Se encontraron biomarcadores en limolitas del Grupo Roper de 1,38 Ga de la Cuenca McArthur. [ 87 ] Se reportaron hidrocarburos posiblemente derivados de bacterias y algas en la Formación Xiamaling de 1,37 Ga del NCC. [ 88 ] El Grupo Atar/El Mreïti de 1,1 Ga en la Cuenca Taoudeni , Mauritania muestra biomarcadores autóctonos en lutitas negras. [ 89 ]

evidencia genómica

Al comparar los genomas de organismos modernos (en los dominios Bacteria y Archaea ), es evidente que existió un último ancestro común universal (LUCA). Otro término para LUCA es cenancestro y puede considerarse como una población de organismos en lugar de una sola entidad. [ 90 ] No se cree que LUCA sea la primera forma de vida en la Tierra, sino más bien el único tipo de organismo de su época que aún tiene descendientes vivos. En 2016, MC Weiss y sus colegas propusieron un conjunto mínimo de genes que se encontraban en al menos dos grupos de Bacteria y dos grupos de Archaea. Argumentaron que tal distribución de genes sería improbable que surgiera por transferencia horizontal de genes , por lo que cualquier gen de este tipo debe haber derivado de LUCA. [ 91 ] Un modelo de reloj molecular sugiere que LUCA pudo haber vivido hace 4.477–4.519 mil millones de años, dentro del eón Hádico . [ 36 ] [ 37 ]

replicadores de ARN

Se demostró que los microambientes geotérmicos modelo similares al Hádico tenían el potencial de sustentar la síntesis y replicación de ARN y, por lo tanto, posiblemente la evolución de la vida primitiva. [ 92 ] Se demostró que los sistemas de roca porosa, que comprenden interfaces aire-agua calentadas, facilitan la replicación de ARN catalizada por ribozimas de las hebras con sentido y antisentido, y luego la posterior disociación de las hebras. [ 92 ] Esto permitió la síntesis, liberación y plegamiento combinados de ribozimas activas. [ 92 ]

Hipótesis sobre el origen de la vida en la Tierra

Origen extraterrestre para la vida temprana

La teoría de la panspermia especula que la vida en la Tierra puede haber surgido de materia biológica transportada por polvo espacial [ 93 ] o meteoritos . [ 94 ]

Si bien la evidencia geoquímica actual data el origen de la vida posiblemente en 4.1 Ga, y la evidencia fósil muestra vida en 3.5 Ga, algunos investigadores especulan que la vida pudo haber comenzado hace casi 4.5 mil millones de años. [ 36 ] [ 37 ] Según el biólogo Stephen Blair Hedges , "Si la vida surgió relativamente rápido en la Tierra  ... entonces podría ser común en el universo ". [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] Se ha considerado la posibilidad de que las formas de vida terrestres hayan sido sembradas desde el espacio exterior. [ 98 ] [ 99 ] En enero de 2018, un estudio encontró que meteoritos de 4.5 mil millones de años encontrados en la Tierra contenían agua líquida junto con sustancias orgánicas complejas prebióticas que pueden ser ingredientes para la vida . [ 94 ]

Chimeneas hidrotermales

Desde hace mucho tiempo se ha planteado la hipótesis de que las chimeneas hidrotermales fueron el origen de la vida. Las propiedades de las antiguas chimeneas hidrotermales, como la geoquímica, la presión y las temperaturas, tienen el potencial de crear moléculas orgánicas a partir de moléculas inorgánicas. [ 100 ] En experimentos realizados por la NASA, se demostró que los compuestos orgánicos formiato y metano podían crearse a partir de inorgánicos en las condiciones de las antiguas chimeneas hidrotermales. [ 101 ] La producción de moléculas orgánicas podría haber dado lugar a la formación de moléculas orgánicas más complejas, como los aminoácidos que eventualmente pueden formar ARN o ADN.

La hipótesis de Darwin

Charles Darwin es conocido por su teoría de la evolución por selección natural. Su teoría sobre el origen de la vida planteaba que se originó en un "pequeño estanque cálido" que contenía los elementos necesarios para su creación, como amoníaco y sales fosfóricas, luz, calor y electricidad, de modo que se formara químicamente un compuesto proteico listo para experimentar cambios aún más complejos. [ 102 ] Sin embargo, mencionó que un entorno así probablemente se habría destruido hoy en día más rápido de lo que tardaría en formarse la vida. Por ello, las ideas de Darwin se consideran generalmente la hipótesis de la generación espontánea.

Hipótesis de Oparin-Haldane

En 1924, Alexander Oparin sugirió que la atmósfera primitiva de la Tierra estaba llena de componentes reductores como amoníaco, metano, vapor de agua e hidrógeno gaseoso. [ 102 ] Esta propuesta surgió tras el descubrimiento de metano atmosférico en otros planetas. Posteriormente, en 1929, JBS Haldane publicó un artículo que proponía las mismas condiciones para la vida primitiva en la Tierra que las sugeridas por Oparin. Su hipótesis fue respaldada más tarde por el experimento de Miller-Urey .

experimento de Miller-Urey

Esquema del experimento de Miller-Urey.

En la Universidad de Chicago , en 1953, un estudiante de posgrado llamado Stanley Miller llevó a cabo un experimento bajo la dirección de su profesor, Harold Urey . [ 103 ] El método permitiría utilizar gases reductores para simular la atmósfera primitiva de la Tierra y una chispa para simular un rayo. Había un aparato de reflujo que calentaba agua y la mezclaba con la atmósfera, donde luego se enfriaba y fluía hacia el "océano primordial". Los gases utilizados para imitar la atmósfera reductora fueron metano, amoníaco, vapor de agua e hidrógeno. Al cabo de un día de poner en marcha el aparato, el experimento produjo un "lodo marrón" que posteriormente se analizó y se descubrió que contenía los siguientes aminoácidos: glicina , alanina , ácido aspártico y ácido aminobutírico . En los años siguientes, muchos científicos intentaron replicar los resultados del experimento , que ahora se conoce como un enfoque fundamental para el estudio de la abiogénesis. El experimento Miller-Urey logró simular las condiciones primitivas de la atmósfera terrestre y produjo aminoácidos esenciales que probablemente contribuyeron a la producción de vida. [ 103 ]

hipótesis de Clay

Cairns-Smith introdujo esta hipótesis por primera vez en 1966, donde propuso que cualquier proceso de cristalización probablemente implica una evolución biológica básica. [ 104 ] Posteriormente, Hartman amplió esta hipótesis al proponer en 1975 que el metabolismo podría haberse desarrollado a partir de un entorno simple como las arcillas. Las arcillas tienen la capacidad de sintetizar monómeros como aminoácidos, nucleótidos y otros componentes básicos, y polimerizarlos para crear macromoléculas. Esto posibilita la creación de ácidos nucleicos como el ARN o el ADN a partir de la arcilla, y las células podrían evolucionar aún más a partir de ahí.

Véase también

Referencias

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  • Vitae (BioLib)
  • Biota (Taxonomicon)
  • La vida (Systema Naturae 2000)
  • Wikispecies : un directorio gratuito de la vida
  • La vida en el universo — Stephen Hawking (1996)
  • Vídeo (24:32): "Migración de la vida en el universo" en YouTube — Gary Ruvkun , 2019.