Post on 07-Oct-2018
BIOLOGÍA INTRODUCCIÓN
La Biología es una ciencia de actualidad, ofrece una gran esperanza a la solución de problemas que
enfrenta la humanidad como es el de la salud, la restauración del medio ambiente, la producción de
alimentos. Esta ciencia propone alternativas al manejo de los recursos naturales, facilita la
comprensión de los mecanismos bajo los que se rigen los seres vivos y da posibilidad de ubicar
nuestro papel como seres humanos en la trama general de la vida.
Esta disciplina científica enfrenta grandes retos para buscar solución al problema del SIDA
(Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida), del cáncer y a múltiples enfermedades crónico
degenerativas.
La Biología ha logrado grandes avances al producir vacunas, antibióticos, transplantar corazones y
manipular los genes que permiten producir proteínas como la insulina humana a partir de bacterias,
la hormona del crecimiento, sustancias edulcorantes, el factor cicatrizante contenido en la saliva de
los perros o el interferón como proteína antiviral.
A estos grandes avances le ha correspondido un fuerte nivel de cuestionamiento, ¿hasta dónde nos
marcaremos la frontera para manipular los genes sin que interfiramos sobre los mecanismos
naturales de selección?, ¿hasta dónde iremos en contra de los 3500 millones de años de evolución
biológica que han tenido los organismos? ¿Hasta dónde se nos permitirá modificar el código
genético de los organismos para crear organismos transgénicos como es el maíz, ratones, sandias,
bacterias... al cierre de éstas reflexiones ya se tiene concluido el proyecto genoma que ubica de
manera precisa los cerca de 100 000 genes y segmentos de interconexión que constituyen los 23
pares de cromosomas y que son los que finalmente controlan toda la actividad de las células y que
nos tienen afligidos con más de 3000 enfermedades hereditarias.
Lo que te ofrecemos es la posibilidad de explorar juntos este mundo que en algunos momentos te
parecerá irreal, pero a través de actividades prácticas de manipulación de organismos y de
fenómenos naturales podremos concretar nuestro aprendizaje. Aunque no estés planeando seguir
una carrera en el campo de las ciencias biológicas, el aprendizaje de esta importante ciencia te dará
un mejor entendimiento de ti mismo, de tu ambiente, de los organismos con los cuales
compartimos este planeta.
Nuestra aventura científica está dividida en cuatro unidades: la primera la denominamos “Origen e
impacto de la Biología” donde se precisará el concepto y su historia, los campos de influencia, las
diferentes disciplinas que se ha tenido necesidad de crear conformando las ramas de estudio, para
de ahí arribar a la herramienta de todo investigador: el método científico, herramienta con la cual se
han comenzado a tejer respuestas a la difícil pregunta ¿cómo se formó la vida?, ¿de manera
espontánea, por creación divina, a partir de otros organismos semejantes o por evolución química?,
una vez hurgado en este campo habremos de aclarar los diferentes niveles de organización
biológica que percibe la biología y que van a marcar el orden en que habrán de abordarse los temas
como el de mayor simplicidad representado por los virus. Dentro de esta simplicidad se esconde un
fuerte grado de complejidad representado por las enfermedades que aún no podemos controlar
La segunda unidad la denominamos Origen y evolución de la célula, está dedicada a estudiar las
características estructurales y el origen de la célula, se presenta un recorrido histórico de los
diversos estudios que contribuyeron a integrar la teoría celular. En la primera década del siglo XIX
muchos se preguntaban ¿será posible que todos los seres vivos estén constituidos por células?. La
teoría celular postula a la célula como la unidad anatómica funcional y de origen de todos los seres
vivos. Por ello consideramos necesario conocer sus componentes estructurales, la función que cada
uno de ellos realiza, las características que la hacen diferente a la materia inanimada como es el
metabolismo. Otro tema que resulta sobresaliente en esta unidad es la reproducción, lo abordamos a
nivel de célula a través de los procesos de mitosis y meiosis para de ahí hacer un recorrido por los
tipos de reproducción que se dan en los cinco reinos y resaltar cómo estos mecanismos pueden y
han contribuido al desarrollo de los pueblos.
La tercera unidad denominada la Herencia biológica, en esta unidad tratamos el nacimiento de la
genética partiendo de los trabajos de Mendel, como precursor de la genética clásica, que nos da
elementos para comprender la forma como se trasmiten los caracteres de una generación a otra,
estos fundamentos sirven de base para que muchos científicos como W.S Sutton y Bovery
iniciaran trabajos de investigación a principios del siglo XX; posteriormente Morgan; funda las
bases de la genética moderna con sus experimentos controlados sobre mutación, en la mosca de la
fruta, el conocimiento del gen y de manera particular las características del DNA. La propuesta de
Punnett nos ha permitido de manera numérica calcular las probabilidades de aparición de ciertos
caracteres a partir de la combinación de los genotipos. Finalmente el tema de la mutación se
constituye en un tema obligado en el que se da la expresión del genotipo alterado, describimos
cómo influyen los mutágenos y cómo los observamos en los individuos.
Evolución y clasificación de los seres vivos es el nombre de la cuarta unidad. Partimos abordando
los aportes de Lamarck, como iniciador de la corriente evolucionista, donde postula que la
diversidad de organismos existentes es resultado de la interacción con el medio ambiente y no
formado por obra divina. Los cimientos del Lamarckismo son base para que Darwin formule su
teoría de la selección natural, como resultado de una de las investigaciones más prolongadas en la
historia de la ciencia (25 años), donde sobresale su famoso viaje y las conclusiones obtenidas en la
Isla de los Galápagos; la gran diversidad de organismos ofrece otro gran reto, clasificarla, para lo
que habrán de diseñarse diversas formas para lograrlo, Carlos Linneo es el científico que logra
hacer una propuesta de clasificación donde destaca el sistema binomial que lleva su nombre y nos
permite asignarle nombre a los organismos representados por los cinco reinos y los dos dominios
que engloban hasta el momento la biodiversidad planetaria.
PRECISANDO EL CONCEPTO
El término Biología se deriva de las voces griegas: el prefijo bios que significa vida (o entraña la
idea de algo vivo) y el sufijo logia que es el estudio o tratado. Así, en el sentido amplio, es la
ciencia de la vida , vida que es representada por los diversos organismos que cubren el planeta y
que hasta el momento hemos clasificado en 5 reinos, según Wittacker o 6 planteado en el libro de
Biggs, así nuestro concepto lo podemos precisar como la ciencia que estudia a los 6 reinos y sus
fenómenos comunes: sus orígenes (cómo se formó la vida en la Tierra), su continuidad (cómo se
han dado los cambios y transformaciones a lo largo del tiempo), su diversidad (representado por los
reinos: Bacteria, Arqueobacterias, protista, fungi, plantas y animales) y sus relaciones ( la manera
cómo interactúan los factores bióticos con los abióticos y viceversa).
LOS ANTECEDENTES
El término Biología se le atribuye a Jean Baptieste Caballero de Lamarck en el año de 1800, en
el que se pretendió concentrar las diferentes disciplinas (Botánica y Zoología), que estudiaban a los
seres vivos, sin embargo, la unificación del concepto se debe a Thomas Hernry Huxley que lo
trabaja y lo contextualiza. Sabemos que cuando una ciencia se consolida, no quiere decir que en ese
momento surge, ya que el estudio de los animales y plantas se remonta con los antiguos pobladores
que podían saciar su hambre o curar sus heridas con los organismos de su entorno. ¿Cuándo y a qué
horas cazar? ¿Dónde localizar las plantas y animales cuando se les requerían? ¿Qué plantas eran
benéficas y cuáles perjudiciales?, eran preguntas vitales para la sobrevivencia. La importancia de
los animales y las plantas ha sido de gran valor como lo demuestran las pinturas elaboradas en las
cavernas y/o el aprecio que se le tenía a las personas que se dedicaban a su cuidado o cultivo en las
antiguas culturas de Egipto, Mesopotamia, China y aún en el México actual. La sistematicidad de
este conocimiento comienza a darse con los griegos, particularmente con Aristóteles, Teofrasto,
Galeno e Hipócrates quienes dejan testimonios de sus ideas, planteamientos y observaciones.
La Biología es una ciencia dinámica, de gran importancia en la actualidad, está siendo
reestructurada constantemente en la mente de los científicos, para responder a múltiples preguntas
relacionadas con el acontecer de los organismos que nos permitan conocerlos, comprenderlos y así,
aprovecharlos de la mejor manera. Las preguntas elaboradas han transformado la ciencia a lo largo
de nuestra historia y le han dado el énfasis de la época. ¿Qué ventajas tiene una animal diurno
sobre un nocturno? ¿Cómo viven? ¿Cómo y de qué se alimentan? ¿Cómo están estructurados y
cómo funcionan?, si se enferman ¿Cómo se curan? ¿Cómo es que tienen capacidad para regenerar
sus tejidos? ¿Cómo influye la capa de ozono en la vida? ¿Cómo empezó la vida y cómo se ha
transformado? Muchas de éstas preguntas han sido respondidas parcialmente, algunas siguen
pendientes, otras aún no se formulan, pero no se han dejado en el olvido, posiblemente la más
trascendental sea la que tú puedas formular y que nos de posibilidades de apreciar la magia de la
vida que tiene su máxima expresión en nosotros mismos. ¿No lo crees así?
La Biología está cambiando rápidamente, se revitaliza con los nuevos descubrimientos que nos
plantean nuevas interrogantes, nuevos desafíos y oportunidades que colocan a ésta ciencia en lo
que podemos denominar en este momento como la edad de oro de la Biología.
RAMAS DE ESTUDIO Y CIENCIAS AUXILIARES DE LA BIOLOGIA
El objeto de estudio de la Biología es la vida, sin embargo ésta es muy compleja, ha sido necesario
recurrir al auxilio de otras disciplinas científicas y a la creación de nuevas ramas que permitan
lograr el objetivo, sus límites han sido difíciles de determinar y su amplitud es tal, que no hay una
persona que la domine, se ha requerido el auxilio de otras ciencias, sobre todo, si partimos de que
los seres vivos estamos regidos por las leyes de la física y la química, las ciencias que han
auxiliado a la Biología en diferentes momentos históricos son: Astronomía, Economía, Ética,
Oceanografía, Geología, Matemáticas, Física y Química.
Los aportes de las ciencias auxiliares
Química.- Nos facilita comprender el funcionamiento de los organismos, la manera cómo
transforman los alimentos, cómo son degradados para obtener energía, la forma cómo fijan la
energía los vegetales, su composición química y cómo son reintegrados a la tierra a partir de los
ciclos biogeoquímicos.
Física.- Sus aportes a la conformación de la microscopía, ha dotado de una gran herramienta de
trabajo, el aporte de la termodinámica, expresada a través de las leyes que llevan su mismo nombre,
nos dan posibilidades de interpretar mejor los ciclos biogeoquímicos, el comportamiento de la
energía a través de las cadenas alimenticias, nos da posibilidades de comprender mejor el
mecanismo de la respiración.
Matemáticas.- La posibilidad de analizar los fenómenos biológicos de manera cuantitativa, nos
permite predecir el comportamiento de las poblaciones en cuanto a su aumento o disminución, el
cómo se difunde una enfermedad o cómo se trasmiten los caracteres de padres a hijos para obtener
variedades mejoradas.
Geografía.- La influencia de la latitud, longitud, altura sobre el nivel del mar, los tipos de suelo...
como factores determinantes para la distribución de los organismos, su ubicación o abundancia
dependiendo de cada uno de ellos.
Geología.- Aporta elementos importantes para el estudio de los fósiles ubicados en sustratos de
suelo o incrustados en un tipo de roca, la forma como evolucionaron los continentes para establecer
la Teoría de la Pangea, la formación de diferentes envases o cuerpos de agua que dan la
posibilidad de crear algún tipo de ecosistema.
Astronomía.- Favorece la explicación acerca del ciclo astral de los animales, es decir determina
cuándo se aparean, cuándo se dará la floración en función de las horas luz o la fructificación
relacionada a las horas frío, por qué y cómo se da el comportamiento migratorio de los organismos
y el establecimiento del reloj biológico.
Oceanografía.- Estudia el comportamiento de los océanos y su impacto en las formas de vida no
sólo marinas sino continentales a través de los ciclones; la forma como influyen las corrientes
marinas o el fenómeno del niño y niña que son determinantes en los climas y por ende, el
desarrollo de la vida en general
Historia.- Nos ayuda a la reconstrucción de los hechos biológicos, como la conformación de las
eras geológicas y los acontecimientos que en cada una de ellas encierra, nos ha facilitado
establecer la cronología celular, los diferentes acontecimientos que se dieron antes y después del
DNA, los diferentes científicos que intervinieron durante 2000 años, para finalmente, conocer la
forma de cómo los vegetales producen sus alimentos o lo que llevamos recorriendo... entorno al
origen de la vida.
Etica.- Como parte de la Filosofía que trata de la moral y de las obligaciones del hombre, abre un
espacio de reflexión a través de fuertes cuestionamientos, entorno a lo que podrían considerarse
excesos relacionados con la vida: El aborto, la eutanasia, la pena de muerte, congelación de
embriones humanos, madres incubadoras, la clonación en humanos...cuestionamientos que se basan
en principios, normas y valores y que van encausando el actuar de la Biología en relación a su
objeto de estudio: La vida y todo lo que a ella le afecte.
Política.- Aunque no se le puede considerar una ciencia, actualmente se ha constituido en un fuerte
auxiliar, no para comprender la forma como se llevan a cabo los procesos biológicos sino la
búsqueda de formas que permitan proteger las diferentes expresiones de la vida como: Las selvas y
bosques, evitar y sancionar el contrabando de flora y fauna, de la contaminación, o la
sobreexplotación, todo esto a través de formular leyes, decretos, reglamentos, emitir sanciones,
negociar internacionalmente para adquirir recursos económicos para mantener las áreas protegidas
o hacer que las fronteras realmente funcionen para detener el contrabando de especies, la
circulación de sustancias tóxicas o normar la existencia de basureros radioactivos.
Ramas de la biología
Múltiples son las ciencias que se han desprendido, como ramas creadas a través del tiempo, por la
necesidad de precisar el análisis de la vida en diferentes niveles, como el atómico, el celular,
funcional, estructural o de biodiversidad: plantas, animales, hongos, protozoarios o bacterias.
Las siguientes ramas de la Biología, pueden abordar indistintamente, a cualquiera de los reinos
existentes desde diferentes niveles:
CIENCIA OBJETO DE ESTUDIO
Genética Los mecanismos, leyes de la herencia y variaciones genéticas.
Citología Las células, su estructura y función.
Fisiología El funcionamiento de los organismos.
Anatomía La estructura de los organismos.
Paleontología Los organismos del pasado por sus fósiles.
Taxonomía La clasificación y relación de los organismos con la evolución.
Biología molecular La estructura de los genes y las proteínas.
Biofísica Las leyes de la física y su impacto en los procesos biológicos.
Bioquímica Las reacciones químicas que se dan en la célula.
Evolución El cómo surgen especies nuevas y cómo influyen en las nuevas.
Ecología La forma como se relacionan los organismos entre sí y su medio Ambiente
Estas ramas se especializan en alguno de los reinos:
Zoología Los animales.
Botánica Las plantas.
Microbiología Los microorganismos.
Micología Las características de los hongos.
Las siguientes ramas se identifican por su especialidad en alguno de los organismos:
Mastozoología Los mamíferos.
Virología Los virus. (Aunque estos no son considerados organismos)
Ornitología Las aves.
Ictiología Los peces.
Entomología Los insectos.
Herpetología Los reptiles.
Ficología Las algas.
Nematología Gusanos filamentosos.
Las siguientes ramas manejan ecosistemas generales:
Biología marina La vida en el mar.
Hidrobiología Los ecosistemas de aguas continentales.
Ecología Los organismos en relación a su medio ambiente.
Sociobiología Las relaciones sociales que se dan entre las poblaciones animales.
Etología Comportamiento de los animales.
Parasitología Los organismos que viven a expensas de otros.
Estas ramas manejan algún nivel de expresión de los organismos:
Histología Los tejidos y sus propiedades.
Dendrología La edad de los árboles y su interpretación en relación al clima.
Embriología Las primeras etapas de desarrollo de los seres vivos.
Neurofisiología El cerebro y el sistema nervioso.
Se consideran ramas de reciente aplicación:
Biomedicina La aplicación de los principios biológicos a la salud.
Biotecnología Lleva a escala industrial procesos biológicos (por ejemplo la respiración).
O ramas muy especializadas como:
Conquiología Las conchas de los moluscos
TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA
La Biología es una ciencia que se ha conformado a través de múltiples preguntas, algunas de ellas
están aún sin resolver, (muchas de estas interrogantes han tenido como resultado los más
ingeniosos experimentos que le han dado la esencia al conocimiento) como la clásica pregunta
¿Cómo se formó la vida? ¿Cómo emergieron la gran cantidad de organismos, que junto con
nosotros forman la diversidad de los seres vivos que pueblan la Tierra? Dos grandes líneas de
pensamiento y acción han pretendido dar respuesta a esta interrogante: la postura evolucionista y
la creacionista. Cada una ha tenido su propio espacio para su análisis y promoción e incluso se
llegó a legislar para separar lo religioso de lo laico, teniendo así que lo científico o evolucionista se
desarrolla en los centros de educación formal e investigación especializada, mientras que lo
religioso se lleva a cabo en la Iglesia como institución u otros espacios creados para estimular la fé.
Cada una de éstas posturas tiene sus propios seguidores y han conformado nuestra historia hasta
éste momento.
¿Qué es la vida?
A la difícil pregunta ¿Cómo se formó la vida o los primeros organismos?, se le une esta otra ¿Qué
es la vida? De igual manera no tenemos la respuesta, no podemos abordarla a nivel de diccionario,
tendremos que asomarnos a la Filosofía, que será como la energía que le va a dar el impulso para
buscar la respuesta.
Nos resulta fácil definir términos como el de clima, homeostasis, célula, fotosíntesis..., pero si
intentamos dar respuesta directa al ¿Qué es la vida? comenzamos a titubear y a lo más que
llegaremos es a caracterizarla. Al hacerlo descubrimos que estas características incluyen una
organización precisa, una gama amplia de reacciones químicas (metabolismo) que favorecen el
crecimiento, la irritabilidad y la adaptación. Si insistimos en la pregunta ¿Cómo surgió la vida o los
primeros organismos? Y si logramos descubrir los mecanismos que propiciaron el surgimiento de
la vida ¿Podremos manipularlos para hacer vida? ¿Podremos utilizarlos de acuerdo a nuestros
intereses? o en el mejor de los casos ¿Nos ayudará para predecir el futuro en función de las
condiciones en que nos desarrollamos? La búsqueda de respuestas se han constituido en un reto que
aún, pese a los avances científico-tecnológicos no logramos dar respuesta cabal, convincente,
tenemos fracciones de las respuestas, juntaremos algunas piezas pero sin duda nos seguirán
faltando. Sin embargo, el abordar este tema nos debe llevar a reflexionar sobre lo que en este
momento es importante para ti, o para mí, y es el de que nos maravillemos con la expresión de la
vida que está a nuestro alrededor, reconocer que su máxima expresión está en cada uno de nosotros
y que apreciarla y aprovecharla es uno de nuestros mayores retos.
Juntando las piezas
El origen del Universo
Un referente obligado para abordar el origen de la vida es partiendo del origen del Universo
(Cosmos), que según datos, tiene una edad que oscila entre los 10 y 20 mil millones de años,
formándose como resultado de una descomunal explosión de materia densamente condensada a
una temperatura de cien mil millones de grados Celsius, al darse el enfriamiento a dos mil
quinientos grados Celsius las partículas subatómicas (protones y neutrones) se unen formando el
núcleo de los átomos. “Estos núcleos, con sus protones cargados positivamente, atrajeron a
pequeñas partículas livianas cargadas negativamente (electrones) y así formaron los átomos”,
(Curtis, p.49) a partir de ahí los 92 elementos y finalmente todos los cuerpos celestes (estrellas,
cometas, satélites,.. y por supuesto nuestro planeta y de ahí la vida). La muestra más palpable de la
gran explosión nos lo da el análisis del ciclo de vida de una estrella y el resultado del estudio del
movimiento de las mismas a partir del efecto Doppler que es el rastro dejado por un cuerpo en
forma de ruido (semejante al paso de una ambulancia) o de luz en su recorrido (por la huella de luz
que deja una estrella, es posible calcular la velocidad de desplazamiento del cuerpo celeste en un
período de tiempo) demuestran como el Universo se encuentra en expansión. A George Gamow
se le considera el padre de ésta Teoría denominada del Big-Bang o de la Gran Explosión aunque en
algunos textos como el de Geografía general de Funes se le atribuye a Lemaitre.
El origen de la Tierra
El surgimiento de la Tierra se percibe en el mismo orden lógico de pensamiento, un proceso
gradual de múltiples cambios, transformaciones hasta llegar a modelar el planeta que tenemos. La
Tierra debió iniciar su existencia como una masa gaseosa desprendida en el momento de la Gran
Explosión formando primero al Sol como a otras estrellas a partir de la acumulación de polvo y
gases de hidrógeno y helio hace 5000 millones de años.
El Sol originado a partir de la inmensa nube, se condensó gradualmente a medida que los átomos
de hidrógeno y de helio eran atraídos por la fuerza de la gravedad y caían en el centro de la nube.
Cuando la aglomeración se hizo más densa, los átomos se movieron más rápidamente, más átomos
chocaban unos contra otros y el gas de la nube se tornó más y más caliente. A medida que la
temperatura se elevaba, se intensificó la violencia de las colisiones hasta que los átomos de
hidrógeno chocaron con tal fuerza, que sus núcleos se fusionaron formando átomos de helio
adicionales y liberando energía nuclear. Esta reacción termonuclear aún ocurre en el corazón del
Sol y es la fuente de energía que se irradia desde su incandescente superficie.
Según la teoría actual, los planetas se formaron a partir de los restos del gas y del polvo que giraban
alrededor de la estrella recién formada. Al comienzo, las partículas deben haberse reunido al azar,
pero a medida que la masa aumentaba de tamaño otras partículas comenzaron a ser atraídas por la
gravedad de las masas más grandes. El torbellino de polvo y las esferas en formación continuaron
girando alrededor del sol hasta que finalmente, cada planeta hubo limpiado por completo su propia
órbita, recogiendo la materia suelta, a la manera de una bola de nieve gigantesca.
La órbita más cercana al Sol fue recorrida por Mercurio, la siguiente por Venus, la tercera por la
Tierra, y así sucesivamente hasta Neptuno y Plutón. Se estima que los planetas incluyendo a la
Tierra, han comenzado su existencia hace aproximadamente 4600 millones de años. Durante el
tiempo en que la Tierra y otros planetas estaban formándose, la liberación de energía a partir de
materiales radiactivos mantenía sus interiores muy calientes. Cuando la Tierra aún estaba tan
caliente que era principalmente un líquido, los materiales más pesados se reunieron en el centro
denso, cuyo diámetro es aproximadamente la mitad del diámetro del planeta., Apenas se agotó la
existencia del polvo estelar, piedras y rocas más grandes, el planeta dejó de crecer. A medida que la
superficie de la Tierra se enfriaba, fue formándose una corteza externa, una cáscara tan delgada
como la de una manzana. Las rocas más viejas de esta capa datan, según los métodos isotópicos, de
hace 4 100 millones de años.
Sólo 50 kilómetros por debajo de su superficie, la Tierra está aún caliente y una pequeña fracción
de ella todavía está derretida. Sus evidencias se manifiestan en las erupciones volcánicas que
expulsan lava (roca fundida) a través de los puntos débiles de la corteza terrestre, o en los géiseres,
que arrojan hirviendo el agua que se había escurrido gradualmente hacia el interior de la Tierra.
(Curtis, pp 109-110)
La Tierra primitiva en la que los volcanes y relámpagos fueron decisivos para modelarla, la
ausencia de oxígeno, las altas temperaturas y los gases metano, amoniaco, vapor de agua y bióxido
de carbono fueron los ingredientes centrales para la formación de la vida. (Ville p.426).
La Tierra se originó en un período largo de tiempo, esta es una de las cuatro condiciones para
poder explicar el lento diseño de las primeras formas de vida, que iniciaron como estructuras
simples, que fueron transitando a una mayor complejidad como las conocemos ahora. El lapso de
tiempo no es un deseo caprichoso, existen múltiples pruebas que le dan veracidad a esta exigencia.
Determinación de la edad de la Tierra
Por ejemplo “el primer intento científico para conocer la edad de la Tierra, fue de Herodoto, que
observó cómo los sedimentos se depositaban en las orillas del Río Nilo y así supo que estudiando la
superposición de los estratos, podría conocerse la edad de la Tierra, además, pensó que calculando
el volumen de los sedimentos que van al mar, permitirían calcular la duración de los períodos
erosivos. Por este método se pensaba que, calculando el tiempo en que se tardó en depositar cada
capa, se podría conocer la edad del planeta determinándose en 600 millones de años.
El método de la salinidad fue otro intento para medir la edad de la Tierra. Se pensó que los mares
en un principio no eran salados y que la salinización se dio en la medida que la sal se desprendía
del suelo y era llevada al mar por los ríos. Por esta forma se calculó la edad de la Tierra en 100
millones de años. Este método es poco aceptable porque no se sabe si en un principio los mares
eran dulces o salados, o si la concentración de sales se debió a la intensa evaporación del agua del
mar o si la sal realmente se desprendió de las rocas sedimentarias. (Funes, pp 69-70)
Existieron otros métodos como el petrográfico basado en las semejanzas de las rocas o el
paleontológico en los restos de animales y plantas. “El geólogo James Hutton (1721-1797) propuso
que la Tierra fue moldeada por el viento, el clima y el fluir del agua, su propuesta se le conoció
como uniformitarismo y era relevante por considerar que la Tierra tenía una larga historia, contraria
a la postura cristiana que sólo le atribuía 10 000 años, consideraba que los cambios eran parte de un
curso normal de acontecimientos, por oposición a un sistema estático. El inglés William Smith
(1769-1839) fue de los primeros en estudiar la distribución de los fósiles en las diferentes capas del
suelo, conocidas como estratos geológicos, estableció que cada estrato, independientemente del
lugar en el que se encontrase, contenía tipos característicos de fósiles y que estos fósiles eran
realmente la mejor manera de identificar un estrato particular, al identificar diferentes localidades
geográficas. George Cuvier fue el fundador de la paleontología de los vertebrados y pudo hacer
deducciones brillantes a partir de pocos fragmentos óseos, determinó que muchas especies que
habían existido alguna vez, ya no existían. (se sabe actualmente que mucho menos del 1% de todas
las especies que han vivido en algún momento están representadas actualmente sobre la Tierra)”
(Curtis, pp 29). El método que ha tenido mayor aceptación científica, es el radioactivo, en el que se
utiliza el Uranio y Torio y con ello se determinó en 4 500 millones de años la edad de la Tierra,
tiempo considerable que nos da posibilidades de tejer explicaciones sobre los múltiples cambios
sufridos en el planeta.
El origen de la vida
Empezaremos aclarando lo siguiente: La denominación “nuestra era” reemplaza alternativamente
la de “era cristiana”. Se designa a través de ella el mismo periodo que computa los años a partir
del año 1, pero con una visión universal que excluye la parcialidad religiosa. Las iniciales para
expresarla son AEC (Antes de la Era Común o DEC Después de la Era Común.
Teoría de la generación espontánea (abiogénesis)
El término espontáneo, es para indicar que la vida ocurrió en un lapso muy pequeño de tiempo y
sin influencia de otros organismos o de materia viviente. Su principal defensor fue el filósofo
griego Aristóteles que por el año 340 AEC afirmaba... “de estos insectos, la pulga se originó de una
ligerísima cantidad de materia putrefacta, ya que donde quiera que haya excremento seco, es seguro
encontrar una pulga. Las chinches son generadas por la humedad de los animales vivientes y
cuando ésta se seca, saltan de sus cuerpos. Los piojos son generados por la carne de los animales”
(Green, p.229)
Aristóteles creía también que las moscas salían de la carne podrida de los animales. Pensaba que
otros tipos de insectos salían de la madera, de las hojas secas y hasta del pelo de los caballos. (Peter
A, p.10)
Durante la Edad Media los estudiantes resucitaron los escritos de los filósofos griegos, agregaron
literatura y otras ideas fantásticas, como: “Los árboles ganso producen gansos bajo ciertas
circunstancias” (Green, p. 229) El pensamiento de la generación espontánea se contraponía en ese
mismo momento a la observación de que los organismos procedían de otros semejantes como lo
relata nuevamente el mismo Aristóteles en su libro Animalium... “La mayoría de los peces se
originan de los huevecillos de otros peces. Existen sin embargo, algunos peces que pueden
originarse del lodo. En un estanque completamente seco, observé que al llenarse éste nuevamente
con agua de lluvia aparecían otra vez pececillos, estos animales no pudieron haberse originado ni
de los huevecillos, ni de la copulación y por lo tanto deben haberse originado del lodo”
Por su parte Boethius escribió... “Si se arroja un trozo de madera al mar, con el tiempo se crían
gusanos en él y en éstos van apareciendo la cabeza, los pies, las alas y finalmente las plumas.
Cuando por fin acaba de crecer tiene el tamaño de una oca, y vuela como las otras aves haciendo
uso de sus alas. Un naturalista describe un caso que apoya las observaciones anteriores. Un gran
barco que tenía el nombre de Cristóbal, había permanecido anclado por tres años en una de las
Hébridas. Fue arrastrado hacia la tierra, y la parte que había permanecido bajo el agua estaba llena
de agujeros rebosantes de gusanos. Algunos no se habían formado todavía como aves, pero otros ya
tenían ese aspecto” (CNECB, p.39)
Así, la generación espontánea supone el surgimiento de la vida a partir de condiciones, tales como
la humedad, la temperatura y materia orgánica, lo que llevó a eminentes científicos a no dudar de
esta propuesta como fueron Newton, W Harvey, Descartes y Van Helmont. Este último propuso
una receta para generar ratones de las camisas (trapos viejos sudados, mas paja en un rincón
generará ratones). Aunque estas ideas parecen increíbles, no olvidemos que todas tienen rasgos que
las justifican. Pueden ser probadas con la lógica y las bases científicas de su tiempo. Muchos de los
experimentos clásicos de la biología fueron hechos por el deseo de comprobar la teoría de la
generación espontánea (Green, p.229). Es necesario recordar que la fuerza de este planteamiento
duró cerca de 2000 años, del 340 AEC en que se dejan testimonios del pensamiento hasta el año
1700 de nuestra era.
La corriente creacionista
Dogma: Es una proposición que se asume como principio innegable e irrefutable de una ciencia o
doctrina. Los fundamentos de un dogma no están sujetos a discusión o cuestionamientos, su verdad
resulta inobjetable, sea demostrable o no, sea comprensible o no. Es por tal razón que el
creacionismo es considerado un dogma y no una teoría.
Su principal defensor fue Carlos Linneo por el año de 1770, sostiene el criterio de que las
especies... “Son inmutables y experimentan cambios sin más modificaciones que las que permiten
distinguir unas de otras, cada especie según esta teoría es independiente de las restantes incluso las
más afines” (Gama, p. 150)
Este planteamiento se basa en las narraciones bíblicas del Génesis, afirma que la Tierra no tiene
más de 10 000 años, que cada especie fue creada por separado durante un breve lapso de actividad
divina ocurrido hace 6000 años y que cada especie tiende a mantener su peculiaridad única y bien
definida (Fried, p. 355)
La creación según el Génesis
La Biblia en el apartado de Génesis da cuenta detallada de cómo se creó la vida en seis días y a
partir del día séptimo Dios descansó al ver su obra terminada. Menciona que la tierra estaba
desordenada y vacía, y las tinieblas estaban sobre el haz del abismo. Mientras la luz activa de Dios
estaba moviéndose de un lado a otro sobre la superficie de las aguas. Primer día (el día bíblico
puede abarcar mil años o más, no se traduce al de 24 horas)
La tierra estaba desordenada y vacía, y las tinieblas estaban sobre el haz del abismo. “Llegue haber
luz”, entonces llegó a haber luz. Y empezó Dios a llamar la luz Día, pero a la tiniebla llamó Noche.
Y fue la tarde y la mañana, un día (Génesis)
Segundo día.
“Llegue haber una expansión en medio de las aguas y ocurra una división entre las aguas y las
aguas”. Hizo Dios la expansión, y apartó las aguas que estaban debajo de la expansión más no las
que deberían estar sobre la expansión, (lluvia). Y llegó a ser así, y empezó Dios a llamar la
expansión Cielo”. Y fue la tarde y la mañana, el día segundo. (Génesis)
Tercer día
“Júntense las aguas que están debajo de los cielos en un mismo lugar y descúbrase la seca”. Y llegó
a ser así, y llamó Dios a la seca Tierra y a la reunión de las aguas llamó Mares, y vio Dios que era
bueno. Y dijo: Produzca la tierra hierba verde, hierba que dé simiente, árbol de fruto que de fruto
según su género, que su simiente esté en él sobre la tierra. Y fue así. Y fue la tarde y la mañana, el
tercer día. (Génesis)
Cuarto día
“Llegue haber lumbreras en la expansión de los cielos para hacer una división entre el día y la
noche; y sean por señales para estaciones, días y años. Y sean en la expansión de los cielos para
brillar sobre la tierra (Estrellas). Y llegó a ser así. Y procedió Dios a hacer las dos grandes
lumbreras, la lumbrera mayor para dominar el día (Sol) y la lumbrera menor para la noche (Luna)”
Fue la tarde y mañana, día cuarto. (Génesis)
Quinto día
“Produzcan las aguas reptiles de animal viviente y aves que vuelen sobre la tierra en la abierta
expansión de los cielos. Y empezó Dios a crear las grandes ballenas y toda cosa viva que se anda
arrastrando, las aguas produjeron según su género y toda ave alada según su especie.” Y Dios los
bendijo diciendo: Fructificad y multiplicad y henchid las aguas en los mares. Y fue la tarde y la
mañana del día quinto. (Génesis)
Sexto día
“Produzca la tierra seres vivientes según su género, animal doméstico, animal moviente y bestia
salvaje de la tierra según su especie”. Y fue así (Génesis) “Y dijo Dios: Hagamos al hombre a
nuestra imagen, conforme a nuestra semejanza y creó Dios al varón y hembra, y los bendijo
diciéndoles: Fructificad y multiplicad y henchid la faz de la tierra.” Y fue la tarde y mañana del día
sexto. (Génesis)
Séptimo día
Y fueron acabados los cielos y la tierra, y todo su ornamento. Terminó Dios, reposó en el día
séptimo y bendijo Dios al día séptimo, santifícalo porque en él reposó de toda su obra que había
Dios creado y hecho. (Lo que ahora nosotros llamamos Domingo día de descanso) (Génesis). Los
que defienden ésta teoría son partidarios de la inmutabilidad y sostienen que las especies se
originaron independientemente unas de otras, por un acto de creación y que cada una se conserva
fiel al tiempo original con que fueron creadas. Se considera que la creación de las especies de los
distintos organismos, obedece a un plan predefinido de perfección orgánica que tienen una
complicación progresiva y que según este plan las especies fueron apareciendo en orden progresivo
de complicación, hasta culminar con el hombre. Los defensores de esta teoría tuvieron problemas
para explicar el por qué de las variaciones entre los organismos de la misma especie. Problema que
empezó a resolverse con la llegada de Jean Baptiste Lamarck (Gama, p. 150)
Evolucionismo
Teoría de la biogénesis
Esta teoría sostiene que la vida se originó de la vida y que lo semejante engendra a lo semejante, se
opone a la teoría del creacionismo y a la de la generación espontánea, sobre todo a ésta última,
porque es posible comprobar experimentalmente que la vida no surge de ésta manera, en el
creacionismo no es posible intentarlo de la misma forma. Sus principales defensores fueron
Francesco Redi, Lazzaro Spallanzani y Louis Pasteur. Experimento clásico de Francesco Redi
(1626-1697)
En 1668 el físico, médico y poeta italiano Francesco Redi, realizó un experimento trascendental
bajo condiciones controladas con el fin de refutar la idea de la generación espontánea. Su
experimento estaba dirigido especialmente a observaciones e ideas ya generalizadas que
aparentemente apoyaban a la teoría de la generación espontánea. “Redi dijo: “Aunque es motivo de
observación diaria, que un número infinito de gusanos se formen en un cuerpo muerto y en plantas
podridas, me siento inclinado a creer que estos gusanos son generados por contaminación y la
materia pútrida en la cual se encuentran, sólo actúa como un medio adecuado donde los animales,
en época de cría depositan los huevecillos para encontrar allí, un medio nutritivo para su
desarrollo”.
Es decir, Redi expresó que las larvas y gusanos no eran generados por la materia muerta, sino que
eran la descendencia de sus progenitores, como la de cualquier otro animal. Para demostrar esta
idea, puso dos pedazos de carne en frascos (carne de anguila) una parte quedó expuesta a las
moscas y otros insectos. Los gusanos sólo aparecieron en el frasco abierto y no en el frasco
cerrado” (Green, p. 230)
Él usó diversos frascos donde se permitía el contacto de las moscas con la carne y otros en los que
se evita, favoreció la conclusión de que la mosca sólo proviene de la misma mosca y no de manera
espontánea. Lo que Redi observó fue el ciclo completo de la mosca que consta de huevo, larva,
pupa y adulto. (Alexander pp 10 y 12).
Redi relata: “Coloqué tres serpientes muertas en una caja y las dejé descomponerse. A los tres días
estaban cubiertas de larvas, las que fueron consumiendo poco a poco toda la carne de las serpientes
hasta que quedaron sólo huesos. Hacia el décimo noveno día algunas larvas quedaron inmóviles,
como si estuvieran durmiendo. Parecieron acortarse y tomar una forma oval, como de un huevo.
Después adquirieron una consistencia dura, como la de las pupas de las orugas.
Redi puso algunas de estas pupas en un vaso de vidrio, y lo tapó cuidadosamente con papel.
Después de ocho días, las bolitas duras se rompieron y salió de cada una de ellas una mosca gris.
Al principio, las moscas se movían muy lentamente y tenía las alas cerradas. Después de unos
cuantos minutos desplegó las alas y pronto tuvo la apariencia de una mosca normal. Todas las
moscas maduraron de una manera semejante”, entonces Redi propuso su hipótesis. Habiendo
considerado los hechos anteriores principié a pensar si las larvas fuesen los renuevos de las moscas
y no derivados de la descomposición de la carne. La hipótesis me pareció plausible, porque antes
de la aparición de las larvas siempre encontraba sobre la carne moscas adultas del mismo tipo de
las que surgían de las pupas” (CNEB, pp. 43,44).
Ya en el siglo XIX ningún científico continuaba creyendo que los organismos complejos aparecían
espontáneamente. Sin embargo el advenimiento de la microscopia con Antonio van Leeuwenhoek
(1632-1723) llevó a que se reanimara con mayor fuerza la generación espontánea de organismos
simples. Solamente era necesario poner sustancias en descomposición en un lugar cálido durante un
corto período de tiempo y minúsculas “bestias vivas” aparecían bajo la lupa ante los propios ojos.
“Leeuwenhoek examinó muestras de agua de los pantanos, del río de Delft y del agua de lluvia que
había caído en las macetas. En todas estas muestras encontró pequeños seres vivos” (CNEB, p.47)
El italiano Lazzaro Spallanzani. (1729-1799) Eminente investigador, que tuvo aportes como el
haber descubierto la forma de desplazamiento de los murciélagos a través de su radar ubicado en
las orejas y en 1785 desarrolló un sistema de inseminación artificial en perros para demostrar la
importancia de los espermatozoides. Este científico retoma los trabajos dejados a su muerte por
Leeuwenhoek
“John Needham (1713-1781) y Lázaro Spallanzani (1729-1799) conocieron los trabajos de
Leeuwenhoek en relación a los seres pequeñísimos que se producían tan rápidamente que daban la
impresión de generarse espontáneamente, por lo que decidieron someter a prueba la teoría de
generación espontánea utilizando éste recurso, aunque desde puntos de vista opuestos.
John T. Needham se inclinaba a creer que la teoría de la generación espontánea era válida. Por lo
mismo, pretendió demostrar que en la materia orgánica hay una “fuerza vital” creadora: entonces
efectuó una serie de experimentos, hirviendo caldo de carnero por poco tiempo; colocándolo luego
en frascos que tapó con corchos, y teniendo como resultado que en un período corto, el caldo
presentó colonias de microorganismos.
Spallanzani planteaba...Que si un caldo nutritivo se le sella el aire mientras está hirviendo nunca
produce microorganismos por lo cual no se descompone. “No aceptaba lo que Needham creía haber
demostrado y no sólo repitió los experimentos de éste sino que ideó otros, además cambió un poco
las condiciones; somete el caldo de carnero a ebullición por más tiempo y con temperatura
elevada. Ciertamente, en ninguno de los frascos del caldo de Spallanzani hay microorganismos.
Hace público los resultados” (UEM, p.37)
Mediante este experimento se pudo demostrar que existe vida en el aire a partir de esporas, sin
embargo, no pudo responder al cuestionamiento de los vitalistas. (Alexander p.14).
Needham, objetó que lo sucedido se debía a que al hervir excesivamente el caldo y al quitar el aire
se producía una incompatibilidad con la vida (recordemos que el vitalismo era una postura
necesaria para que los organismos tuvieran vida). “Spallanzani decide demostrar el error de
Needham. Colocó caldo en ocho frascos, tapó cuatro de ellos con corcho y selló herméticamente
los otros cuatro. ¡Los resultados fueron espectaculares! En los frascos tapados con corcho se
encontró gran cantidad de microorganismos, mientras que en los sellados la ausencia de éstos fue
absoluta”. (UEM, p. 37) Pudo demostrar que al romper sus frascos y permitir la entrada del aire
nuevo el caldo se descompuso inmediatamente. Sin embargo no pudo comprobar que el aire dentro
de los frascos no estaba viciado. En 1860 la controversia se había vuelto tan fogosa que la
Academia de París ofreció un premio para los experimentos que arrojaran nueva luz sobre el
problema” (Curtis, p.111)
Louis Pasteur
El premio fue reclamado en 1864 por Louis Pasteur, quien ideó un experimento para mostrar que
los microorganismos aparecían solamente por causa del aire contaminado, no espontáneamente
como sostenían sus opositores. En sus experimentos usó matraces con cuello de cisne, porque
permitían la entrada de oxígeno pensaba que el (elemento faltante en el experimento de
Spallanzani, que después de 100 años Pasteur modificó parcialmente), era necesario para la vida,
mientras en sus cuellos largos y curvos quedaban atrapadas bacterias, esporas de hongos y otros
tipos de vida microbiana, impidiéndose así que el contenido de los matraces se contaminara.
Pasteur mostró que si se hervía el líquido en el matraz (lo cual mataba a los microorganismos
presentes) y se dejaba intacto el cuello del frasco, no aparecería ningún microorganismo, solamente
si se rompía el cuello del matraz permitiendo que los contaminantes entren en el frasco, aparecerían
microorganismos (algunos de sus matraces originales todavía estériles permanecen en exhibición
en el Instituto Pasteur de París).
En retrospección, los excelentes planteamientos de Pasteur en sus experimentos, resultaron
decisivos, porque el amplio problema de la generación espontánea había ocurrido alguna vez o no
bajo las condiciones específicas que se alejaban para ello. Los experimentos de éste científico
daban respuesta solamente a este último asunto pero los resultados eran tan dramáticos que muy
pocos científicos fueron capaces de vislumbrar la posibilidad de que, en condiciones muy
diferentes, cuando la tierra era joven, podría en verdad haber ocurrido alguna forma de generación
espontánea. El problema acerca del origen de los primeros sistemas vivos quedó sin respuesta hasta
bien avanzado el siglo XX (Curtis, p.111).
Las respuestas en el siglo XX
Svante A. Arrhenius (Teoría de la panspermia)
El químico sueco Svante A. Arrhenius, publica en 1908, su libro “la formación de los mundos”. En
él sustenta la teoría de la Panspermia. En donde afirma que la vida surge en la Tierra por la llegada
de esporas (organismos vivientes) de diferentes puntos del universo, transportadas a través de
meteoritos. Supone que esas esporas resistieron el frío y la falta de aire del espacio exterior,
viajaron hasta encontrar un medio para poder vivir y reproducirse.
Existen algunas objeciones a la Panspermia. La principal es que no aclara el origen de las esporas.
Es decir, no explica realmente el origen de la vida. También se duda de la resistencia de las esporas
a las radiaciones que existen en el espacio exterior y de que puedan sobrevivir a las altas
temperaturas ocasionadas por la caída de los meteoritos en la superficie terrestre.
Esta propuesta no es tan descabellada dada la inmensidad del universo, que en la Tierra existen
organismos en aguas termales en completa ebullición que otros organismos soportan condiciones
extremas como la mosca de la sal o el crecimiento de pastos de suelos salobres. Sin embargo, los
seguidores a esta propuesta son pocos dadas las evidencias.
Teoría de la evolución química (SÍNTESIS abiótica)
Si la vida no se genera espontáneamente, sino a partir de los elementos vivos semejantes, la
pregunta aún no se responde cabalmente. ¿Cómo se formó la vida?, ¿Cómo se formaron los
primeros seres vivos para que a partir de ellos se hayan desarrollado las múltiples formas de vida
que conocemos?, es decir, el origen de la vida no puede quedar reducido a un mero acto de
reproducción de que lo semejante engendre a lo semejante.
Alexander Ivanovich Oparín (1894-1984) y John Haldane (1894-1964...partiendo de Oparín en
1924 para llegar a S. Fox en 1960.
La vida surgió a partir de un lento proceso de evolución química. Es decir, que a partir de
sustancias inorgánicas sencillas se formaron sustancias orgánicas cada vez más complejas, hasta
integrar las primeras formas de vida. Esta idea fue propuesta por Alexander Ivanovich Oparín en
1924 y coincidentemente por John Haldane, por lo que muchos la han bautizado como la hipótesis
heterótrofa de Oparín Haldane. A partir de esta propuesta, múltiples trabajos han reafirmado que la
vida surgió por única vez, de manera lenta pero constante a partir de múltiples reacciones químicas
favorecidas por las condiciones de la atmósfera primitiva, ésta idea cobró fuerza y para 1935 era
ampliamente aceptada.
“Se piensa que al inicio la temperatura de la Tierra era baja, pero al continuar la compactación
gravitacional se produjo calor, este aumentó en respuesta a la energía de la desintegración
radiactiva. El calor se liberó en manantiales térmicos o volcanes, que a su vez produjeron gases, los
cuales formaron la segunda atmósfera reductora, con poco oxígeno libre o sin él. Los gases
producidos incluían dióxido de carbono, monóxido de carbono, vapor de agua, contenía también un
poco de amoniaco, sulfuro de hidrógeno y metano, aunque estas moléculas reducidas bien pudieron
haberse degradado por la radiación ultravioleta del Sol. Con el enfriamiento gradual de la Tierra, el
vapor de agua se condensó produciendo lluvia torrencial que formaron los océanos, además, estas
lluvias erosionaron la superficie de la Tierra agregando minerales a los océanos haciéndolo salados.
La energía de los relámpagos, aunado a el calor que surgía del interior del planeta y las radiaciones
ultravioleta provenientes del Sol, produjo una variedad de sustancias orgánicas sencillas en la
atmósfera, las cuales se acomodaron en poco tiempo en los mares primitivos. Puesto que no había
seres vivos que pudieran degradar esas sustancias orgánicas y porque la atmósfera promotora
seguía sintetizando ininterrumpidamente moléculas hasta que adquirieron las características de una
diluida sopa caliente (metáfora propuesta por J.B. S. Haldane) Fried, p 355
Los mares debieron haber recibido una constante aportación de nuevas partículas orgánicas, ya que
en la Tierra en constante enfriamiento debió ocurrir torrenciales tormentas eléctricas durante
muchos miles de años.
“La siguiente etapa fue crucial para la hipótesis de Oparín. Las sustancias orgánicas de los mares
fueron concentrándose cada vez más, lo que les permitió formar moléculas cada vez más grandes y
de mayor complejidad especial, es decir, coloides con propiedades especiales de carga eléctrica,
capacidad de dividirse al llegar a ciertas dimensiones. Oparín les dio el nombre de Coacervado,
aunque el término le corresponde originalmente a B. Jhon, Oparín lo fundamentó mayormente con
sus investigaciones, por lo que se le atribuye más a él, a esos coloides específicos de gran
complejidad organizacional; los coacervados adquirían forma de gota gracias a que los rodeaba una
“jaula” de moléculas de agua perfectamente ordenada. Por consiguiente había una clara línea
divisoria entre las moléculas de la gota y las de agua circundante. Las propiedades de absorción de
los coacervados hacían que éstos crecieran, pero en última instancia debió formarse una membrana
verdadera en la interfase coacervado-agua, con lo cual aumentó la permeabilidad selectiva de la
pequeña gota” (Fried, p.355).
En opinión de Oparín, desde las primeras etapas del desarrollo de la materia viviente debió haber
síntesis de proteínas a partir de aminoácidos. Dado que las proteínas pueden funcionar como
catalizadores, su formación debió ser un mecanismo que promovió el establecimiento de un orden
en las reacciones químicas, es decir, el surgimiento de un metabolismo controlado, Oparín no
mencionó el probable mecanismo de reproducción de esas complejas organizaciones de moléculas
orgánicas, que en el año de 1924 aún no se sabía nada acerca de las funciones de los poli
nucleótidos. Con todo ello es claro que la formación de esas moléculas portadoras de información
es fundamental para cualquier teoría acerca de la evolución gradual de la vida a partir de sistemas
abióticos más sencillos.
Miller-Urey
Stanley Miller, quien fuera discípulo del premio Nobel Harold Urey (Universidad de Chicago)
dispuso un aparato de TESLA (Test life abiotic) en 1953, que producía pequeñas descargas
eléctricas en el interior de un sistema cerrado que contenía metano, amoníaco, vapor de agua y un
poco de hidrógeno gaseoso. (En éste aparato se reproducían las condiciones de la atmósfera
primitiva en cuanto a las descargas eléctricas simulando las tempestades eléctricas, la composición
química, el comportamiento de la hidrósfera y el tiempo suficiente para que reaccionaran los
componentes químicos) Los resultados de la estimulación energética, de una atmósfera parecida a
la de la tierra primitiva fueron asombrosos. Se formaron diversas moléculas orgánicas entre las que
destacaron cetonas, aldehídos y ácidos, “pero lo más importante de todo es que formaron cuatro
aminoácidos: glicina, alanina, ácido aspártico y ácido glutámico, todos ellos componentes de las
proteínas que forman a los seres vivos. También se habían formado ácidos grasos, los ácidos
fórmicos, acético y propiónico, así como urea, otros aminoácidos no proteínicos y muchos otros
compuestos orgánicos de alto peso molecular. Se había demostrado de esta manera que los
compuestos fundamentales para la aparición de los seres vivos se podían originar abióticamente.
Ante resultados tan espectaculares, rápidamente se empezaron a repetir en todo el mundo
experimentos de tipo similar y otros más complicados.
Al principio, los experimentos utilizaban descargas eléctricas como fuente de energía, para éstas
reacciones de síntesis prebiológica, rápidamente se generalizó la utilización de otras formas de
energía, como radiación ultravioleta, partículas aceleradas que simulaban las producidas por el
decaimiento radioactivo de algunos elementos, o fuentes de calor que en la Tierra primitiva
pudieron haber sido originadas por la actividad geológica. También cambiaron las sustancias
químicas, se introdujo ácido sulfhídrico (H2CO) y monóxido de carbono (CO). De igual manera el
resultado varió; se produjeron aminoácidos, purinas, pirimidinas, carbohidratos y ATP” (Lazcano,
pp, 42-43).
Sidney Fox
Sidney Fox (Universidad de Miami) demostró que la luz ultravioleta puede inducir la condensación
de aminoácidos a Dipéptidos y posteriormente, en condiciones de calor moderado y seco, también
pueden polimerizar aminoácidos para generar protenoides, es decir, polipéptidos cortos que
contienen hasta 18 aminoácidos. El descubrimiento más interesante de Fox es que el ácido poli
fosfórico fomenta la producción de esos polímeros, resultado un tanto análogo a la función actual
del ATP durante la síntesis de proteínas, los protenoides de Fox suelen adoptar una forma esférica
específica. Aunque aún se encuentran lejos de la estructura viva verdadera, estas diminutas esferas
(microesférulas o esférulas de Fox) manifiestan algunas de las propiedades de las células vivas;
para comprobar la formación de polímeros, Fox calentó una mezcla de aminoácidos secos y obtuvo
polipéptidos. Al producto de ésta polimerización le llamó protenoide, su ensamblaje a su vez,
generará protobiontes semejantes a seres vivos simples, al crecer los protobiontes generan dos
estructuras semejantes. Las condiciones internas son distintas de las externas (Fried p. 356)
Una variedad de protobionte son las microesferas que se forman por la adicción de agua y
protenoide; poseen propiedades osmóticas, también absorben materiales de su entorno y responden
a cambios en las concentraciones osmóticas como si estuvieran rodeadas por membranas aunque
éstas no contienen lípidos.
Ciril Ponamperuma
Los primeros trabajos de Fox fueron expandidos por Ciril Ponamperuma en 1964, demostró que
durante la polimerización térmica de aminoácidos se forman cantidades de guanina; con base en
ese resultado el científico relacionó la síntesis de nucleótidos con la síntesis de polipéptidos. Más
adelante, informó que el tratamiento prolongado de los gases de una atmósfera reductora con una
corriente eléctrica da como resultado la formación de adenina y ribosa (Fried p.356).
C. Ponamperuma, es actualmente director del Laboratorio de Exobiología del Departamento de
Química, en la Universidad de Maryland. Nació en 1923 en Galle, Sri Lanka. En 1962 comenzó a
trabajar en el programa de exobiología iniciado por la NASA en el Ames Research Center, en
donde, en 1965 fue designado como rector de la rama de Evolución Química.
Ponamperuma obtuvo resultados importantes al descubrir aminoácidos en los meteoritos,
demostrando la posibilidad de sintetizar en el laboratorio muchas moléculas importantes desde el
punto de vista biológico, así como de simular, también en laboratorio, las condiciones ambientales
existentes en los planetas y en la Tierra primigenia.
Otros científicos, han recalcado la importancia de los suelos húmedos (Haldane) y las arcillas
(Bernal) como medios estabilizadores que favorecieron a los coacervados previamente formados.
Por consiguiente, hay un defecto en la hipótesis, que la vida pudo surgir en los mares, pues en ellos
debió ser muy difícil de mantener la integridad estructural y funcional. El fundamento de ésta
hipótesis contraria, es la tendencia de los polímeros a disociarse para formar sus monómeros
constituyentes cuando están disueltos en agua y abunda el calor o alguna otra forma de energía, en
tales condiciones debió promoverse la hidrólisis mas no la condensación. (Fried, p. 356)
A la fecha, los científicos han coincidido en la necesidad de que participen cuatro requisitos para
que se dé la evolución química de la vida:
Primero.- La vida sólo pudo haber evolucionado en ausencia del oxígeno libre. Como tal elemento
es muy reactivo, su presencia en la atmósfera habría producido la degradación de las moléculas
orgánicas. Sin embargo, la atmósfera de la Tierra tenía gran capacidad de reducción, por lo que el
oxígeno libre habría formado óxidos con otros elementos.
Segundo.- Otro requerimiento debió ser la energía. La Tierra era un lugar con gran cantidad de
energía, tormentas violentas, volcanes e intensa radiación, incluso la radiación ultravioleta del Sol.
Probablemente “aquel Sol” producía más radiación ultravioleta que el actual y la Tierra no poseía
una capa protectora de ozono que bloqueara esta radiación.
Tercero.- Los elementos químicos, constituyen las piezas necesarias para la evolución química.
Estos elementos incluyen agua, minerales inorgánicos disueltos (presentes en forma de iones) y
gases presentes en la atmósfera.
Cuarto.- el tiempo como el último de los requisitos, tiempo para que las moléculas pudieran
acomodarse y reaccionar entre si. La edad de la tierra nos proporciona el tiempo necesario para la
evolución química (Ville et al, p.430)
NIVELES DE ORGANIZACIÓN BIOLÓGICA
Uno de los principios fundamentales de la biología es que los seres vivos obedecen a las leyes de la
física y la química. Los organismos están constituidos por los mismos componentes químicos
(átomos y moléculas) que las cosas inanimadas. Sin embargo, podemos establecer claras
diferencias entre sistemas biológicos y no biológicos.
La complejidad de los organismos es tal, que para entenderlos necesitamos dividirlos en partes más
sencillas biológica y funcionalmente distinguibles, cada una de estas partes la denominamos nivel
de organización biológica; los organismos funcionan como un todo complejo a partir de la suma
del funcionamiento de sus partes (aunque el todo, es más que la suma de sus partes, es claro que el
hidrógeno y el oxígeno por si solos tienen propiedades diferentes y que unidos dan una molécula
con características diametralmente opuestas). Si partimos de lo más simple a lo complejo, el primer
nivel de organización es el subatómico (protones, neutrones, electrones). “Estas partículas se
organizan en átomos que constituirían el segundo nivel y la organización de los átomos en
moléculas representa el tercer nivel. Aunque cada nivel está formado por componentes del nivel
precedente, la nueva organización de los componentes en un nivel da como resultado la aparición
de propiedades nuevas que son diferentes de las del nivel precedente”.
Después de los átomos, surgen las micromoléculas para luego dar lugar a las Biomoléculas, estas
son: Carbohidratos, Lípidos, Proteínas y Ácidos Nucleicos.
En un cuarto nivel de organización surge la propiedad más notable de todas: la vida, en la forma de
célula. Otras propiedades surgen cuando las células individuales, especializadas, se organizan, en
un nivel todavía superior: en un organismo multicelular. Organizadas de una manera, las células
forman (la unión de células da como resultado tejidos y éstos a su vez órganos para dar como
resultado aparatos y sistemas y constituir de esta manera el quinto y sexto nivel ) un hígado;
organizadas de otra, el tracto intestinal; de otra, el cerebro humano que representa un nivel
extraordinario de complejidad organizadora. Con todo esto es, a su vez, solo parte de una entidad
mayor, cuyas características son diferentes de aquellas del cerebro, aunque dependen de las de éste.
El organismo individual tampoco es el nivel último de organización biológica, se le puede
considerar como el séptimo nivel. Los organismos vivos actúan recíprocamente formando el octavo
nivel denominado población (podría ser una población de coyotes, nopales, pinos....) que van a
interactuar para constituir un noveno nivel identificado como comunidad, (población de pinos,
conejos, venados, coyotes, águilas...) y la relación entre comunidades va a dar como resultado el
onceavo nivel expresado en los ecosistemas, (un lago, un bosque, una plantación de maíz..)., donde
van a interactuar no sólo los organismos, sino también, los factores ambientales como el clima, la
humedad, la presión atmosférica y finalmente, la biosfera, (la esfera de la vida) doceavo nivel que
expresa toda la vida en el planeta, en un espacio confinado desde las profundidades oceánicas,
hasta los cinco kilómetros de altura sobre el nivel del mar en que se han encontrado formas
vivientes.
Es de esperarse que en la naturaleza no se da un funcionamiento fragmentado como lo acabamos de
presentar; lo hacemos como una estrategia para comprender la gran complejidad que representan
las formas de vida.
Para cada nivel de organización, la biología ha conformado disciplinas que permitan fijarla como
su objeto de estudio. El análisis de esta ciencia generalmente empieza por la célula para dar el salto
a los mecanismos hereditarios entre los organismos; analizar los mecanismos que influyen en su
evolución; finalmente la forma como se relacionan unos con otros, para conformar verdaderos
ecosistemas como unidades ecológicas de alta complejidad organizativa.
Los seres vivos se distinguen por su compleja organización y función, presentan una semejanza
sorprendente en lo que a su composición química se refiere, ya que en la formación de los
principales compuestos no sólo intervienen los mismos elementos, sino con frecuencia éstos se
encuentran en proporciones similares, como en el caso de las proteínas que, en todos los
organismos de los diferentes niveles evolutivos, se forman a expensas de los 20 aminoácidos
fundamentales por medio de la biología molecular es posibles detectar y cuantificar las diferencias
de los compuestos químicos que estén en las células de las diferentes especies. Un compuesto es
una sustancia que está formada por átomos de diferentes elementos que se combinan químicamente
entre sí.
Los elementos son sustancias que no pueden ser desintegradas en otras sustancias por medios
químicos ordinarios. La partícula más pequeña de un elemento es un átomo. Hay 92 elementos en
la naturaleza y cada uno difiere de los otros en la estructura de sus átomos. En la integración y
funcionamiento de los seres vivos intervienen, aproximadamente, 25 elementos llamados
bioelementos.
Bioelementos. Su distribución no es la misma, ni está en la misma proporción en los diferentes
grupos de seres vivos, pero en general se puede considerar que el 99% de la materia viva está
formada por 6 elementos importantes, para poder identificarlos fácilmente se les conoce con la
sigla CHONPS (tabla 2.9), que corresponde al carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, el
fósforo y el azufre. Los bioelementos se integran en diferentes combinaciones para formar
moléculas de distintos tamaños que dan origen a los compuestos
Elementos comunes importantes en los seres vivos.
Elemento Símbolo No.
Atómico
Electrones en
cada capa
% de la masa del
cuerpo humano
% de la corteza
terrestre
Carbono C 6 2 4 0 0 18.5 0.003
Hidrógeno H 1 1 0 0 0 9.5 0.10
Nitrógeno N 7 2 5 0 0 3.3 Irrelevante
Oxígeno O 8 2 6 0 0 65.0 46.6
Fósforo P 15 2 8 5 0 1.0 0.10
Azufre S 16 2 8 6 0 0.3 0.05
Sodio Na 11 2 8 1 0 0.2 2.90
Magnesio Mg 12 2 8 2 0 0.1 2.10
Cloro Cl 17 2 8 7 0 0.2 0.05
Potasio K 19 2 8 8 1 0.4 2.60
Calcio Ca 20 2 8 8 2 1.5 3.60
Elementos que se combinan para formar moléculas orgánicas que a su vez dan origen a la
vida
C
H
O
N
P
S
Carbono
Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
Fósforo
Azufre
Proteínas
Lípidos
Carbohidratos
Ácidos
Nucleicos
Glucoproteínas
Nucleoproteínas
Lipoproteínas
Fosfolípidos
Almidón
Fosfoproteínas
Organelos
celulares
Célula
Compuestos orgánicos de la célula
El elemento fundamental de los compuestos orgánicos es el carbono, que unido al hidrógeno y
otros elementos (oxígeno, nitrógeno, fósforo o azufre.) es capaz de formar una gran variedad de
compuestos. Desde el punto de vista biológico los más importantes son los siguientes:
Carbohidratos
Lípidos
Proteínas
Ácidos nucleicos
Carbohidratos. También conocidos como glúcidos, hidratos de carbono o azúcares. Son moléculas
que contienen generalmente carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción de un carbono por
dos hidrógenos y un oxígeno, están agrupados en la forma H-C-OH. Los
carbohidratos son las sustancias orgánicas más abundantes en la
naturaleza, se sintetizan en las plantas verdes a partir de agua y dióxido de
carbono, con la ayuda de energía solar. Este proceso se denomina
fotosíntesis y es la reacción de la que dependen todos los seres vivos, ya
que es el punto de partida de la formación de alimentos.
Generalmente los hidratos de carbono se dividen en 3 clases de acuerdo
con el número de moléculas de azúcar que contienen:
Monosacáridos o azúcares simples (una molécula de azúcar)
Oligosacáridos (dos a diez moléculas de azúcar)
Polisacáridos o azúcares complejos (muchas moléculas de azúcar)
Monosacáridos: Han sido descritos con la fórmula (CH2O), la glucosa
C6H12O6, el monosacárido más común, es de importancia central en la
química de la vida. En la estructura de la glucosa podemos ver la marca
registrada de un azúcar (grupo carbonilo) y múltiples grupos hidroxilo.
De acuerdo con la ubicación del grupo carbonilo, una azúcar es una
aldosa (azúcar aldehído) o una cetosa (azúcar cetona). La glucosa, por
ejemplo es una aldosa; la fructuosa, un isómero de la glucosa es una
cetosa.
La mayoría de los nombres de los azúcares terminan en osa. Otro criterio
para clasificar los azúcares, es el tamaño del esqueleto de carbono, que
es de tres a siete carbonos de largo.
La glucosa, la fructuosa y otros azúcares que tienen seis carbonos se
denominan hexosas, las triosas son azúcares de tres carbonos y las
pentosas son azúcares de tres carbonos.
Ejemplos de aldosas y cetosas, esto se debe a la posición del grupo carbonilo en el esqueleto de
carbono.
Aldosas
Cetosas
Los monosacáridos, en particular, la glucosa, son nutrientes importantes para las células.
Disacáridos:
Se compone de dos monosacáridos unidos mediante una unión glucosídica, un enlace covalente
formado por dos monosacáridos mediante una reacción de deshidratación.
La maltosa es un disacárido formado por la unión de dos glucosas.
Sacarosa, formada por la unión de glucosa más fructuosa.
Lactosa, formada por la unión de glucosa y galactosa.
Ejemplo:
Polisacáridos:
Están constituidos por la unión de varios monosacáridos principalmente glucosa unidos en cadenas
largas. Por la función biológica que desempeñan los polisacáridos pueden ser: estructurales
(celulosa, quitina) y de almacenamiento (almidón y glucógeno)
Para comprender la diferencia entre polisacáridos estructurales y de almacenamiento de energía; se
tomará como referente a la molécula de glucosa que es una cadena de seis átomos de carbono y que
cuando está en solución, tal como ocurre en la célula, asume una forma de anillo. El anillo puede
estar cerrado de dos maneras. Una de las formas de anillo se conoce como alfa y la otra como beta.
El almidón y el glucógeno están constituidos completamente por unidades alfa. La celulosa en su
totalidad por unidades beta. Ésta ligera diferencia evita que las enzimas digestivas de los animales
rompan los enlaces entre las subunidades de glucosa.
Estructura de la celulosa. La celulosa, igual que el almidón se compone de subunidades de glucosa,
pero la orientación del enlace entre las subunidades en la celulosa es diferente, de tal manera que
cada molécula de glucosa está invertida. A diferencia del almidón, la celulosa tiene una gran fuerza
estructural, debida parcialmente a la diferencia en sus enlaces y también el arreglo de moléculas
paralelas de la celulosa en fibras con enlaces cruzados largos. Las células de las plantas
generalmente producen fibras de celulosa en capas, que corren en ángulos diferentes unas de
otras, dando como resultado la resistencia para el estiramiento en ambas direcciones.
(Audesirk.P.43)
Polisacáridos estructurales: El polisacárido estructural más abundante de la naturaleza es la
celulosa, formada por muchas moléculas de glucosa y es el componente fundamental de la pared
celular, cuya función principal es brindar protección y soporte mecánico a la célula vegetal. Las
vacas y otros rumiantes, las termitas y las cucarachas pueden utilizar a la celulosa como fuente de
energía, gracias a la simbiosis de los microorganismos que habitan en sus aparato digestivo, ya
que tienen la capacidad de romper la celulosa para formar moléculas de glucosa y de esta forma
asimilar este carbohidrato. La celulosa es la materia prima para la fabricación de papel. En los
animales el polisacárido más abundante es la quitina, polisacárido en el que las subunidades de
glucosa se han modificado químicamente y presenta un grupo que contiene nitrógeno, la quitina
es un componente principal de los exoesqueletos de los artrópodos, tales como los insectos y
crustáceos, y también de las paredes celulares de muchos hongos; es un polisacárido resistente y
duro. Al menos 900 mil especies diferentes de organismos pueden sintetizar quitina.
Polisacáridos de almacenamiento: El almidón es un producto de reserva se encuentran en
cereales, como el arroz, el trigo y el maíz, en productos vegetales como la papa y en legumbres
como el frijol. El almidón tiene dos formas: La amilosa y la amilopectina, ambas formadas por
unidades de glucosa acopladas.
El glucógeno es el almidón animal, “es la principal forma de almacenamiento del azúcar en los
animales superiores. En los vertebrados, el glucógeno se almacena principalmente en el hígado y
el tejido muscular. Si hay un exceso de glucosa en el torrente sanguíneo, el hígado forma
glucógeno. Cuando la concentración de glucosa en la sangre baja, la hormona glucagón, producida
por el páncreas, se descarga en el torrente sanguíneo, el glucagón estimula al hígado para
hidrolizar el glucógeno a glucosa, la cual entra en el torrente sanguíneo. La formación de
polisacáridos a partir de monosacáridos requiere energía. Sin embargo, cuando la célula necesita
energía, estos pueden ser hidrolizados, liberando monosacáridos que a su vez pueden oxidarse,
suministrando energía para el trabajo celular.”1
LÍPIDOS
También se les conoce como grasas, son insolubles en solventes polares como el agua, pero se
disuelven fácilmente en solventes orgánicos no polares, tales como el alcohol, el éter, la acetona y
el cloroformo. Al igual que los carbohidratos están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno
como elementos principales, aunque pueden incluir en su estructura otros elementos químicos
como fósforo, nitrógeno y azufre. Dada la diversidad de características químicas de los lípidos
existen diferentes clasificaciones, atendiendo a los criterios de saponificación. Se clasifican en dos
grupos: los que poseen en su composición ácidos grasos (lípidos saponificables) y los que no lo
poseen (lípidos insaponificables).
A las moléculas de grasa se les conoce también cono triglicéridos y se dicen que son neutros
porque contienen grupos no polares. Una molécula de grasa consta de tres moléculas de ácido
graso unidas a una molécula de glicerol. El glicerol es un alcohol de tres carbonos que contienen
tres grupos hidroxilo. Un ácido graso es una cadena de hidrocarburo larga que termina en un grupo
carboxilo (-COOH), la cadena no polar es hidrofóbica, mientras que el grupo carboxilo da a una
porción de la molécula las propiedades de un ácido, cada enlace entre el glicerol y el ácido graso
está formado por la eliminación de una molécula de agua. Los ácidos grasos que no aceptan la
incorporación de más de un átomo de hidrógeno y que no presentan enlaces dobles, se dice que
son saturados, como el ácido esteárico. Los ácidos grasos que presentan átomos de carbono unidos
por enlaces dobles, se dice que es no saturado, porque sus átomos de carbono tienen el potencial
para formar enlaces adicionales con otros átomos, como el ácido oleico. Las grasas no saturadas
comúnmente se llaman aceites, son más comunes en las plantas que en los animales (aceite de
oliva, aceite de cacahuate). Las grasas animales, como la manteca, el tocino o la mantequilla,
contienen ácidos grasos saturados y habitualmente sus temperaturas de fusión son más elevadas.
Los triglicéridos tienen las siguientes funciones: Sirven como reserva de energía. Los animales
almacenan grasa en el tejido adiposo y estos depósitos representan reservas alimenticias que se
utilizan a corto o a largo plazo.
Protegen al cuerpo del frío, ya que son aislantes térmicos y colaboran a disminuir la pérdida de
calor.
Protegen, contra la fricción, a ciertas estructuras del organismo como el corazón y las
articulaciones.
Son abundantes en la vaina de mielina de las fibras nerviosas, donde se considera que
desempeñan una función de protección.
Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes también de cadena larga. En
general son sólidos y totalmente insolubles en agua.
Todas las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al agua y con su
consistencia firme. Así las plumas, el pelo, la piel, las hojas y frutos, están cubiertas de una capa
de cera protectora.
Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas para confeccionar su panal.
Fosfolípidos:
Recibe este nombre una gran variedad de lípidos que además de carbono, hidrógeno y oxígeno
contienen fósforo y en muchos casos también nitrógeno. Son ésteres derivados del glicerol o
glicerina, en los que uno de los radicales ácidos del glicérido está sustituido por el ácido fosfórico.
Todos los fosfolípidos tienen una “cola”, hidrófoba que consta de dos cadenas de ácidos grasos y
una cabeza “hidrófila”, constituida por un residuo de ácido fosfórico cargado negativamente, el
cual está unido, a su vez, a un grupo cargado positivamente. Los fosfolípidos son, por lo tanto,
moléculas anfipáticas, ya que en la misma molécula existen las dos regiones, hidrófila e hidrófoba.
Por lo cual, tiende a formar membranas cuando se colocan en un medio acuoso, de tal modo que
las cabezas están orientadas hacia el agua y las colas hacia el interior. Los fosfolípidos
desempeñan un papel muy importante en los organismos, ya que son componentes de las
membranas celulares tanto de vegetales como de animales, participando en la regulación de la
entrada y salida de materiales a la célula. (Transporte a través de la membrana celular).
Proteínas
Son moléculas grandes y complejas formadas básicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno y
nitrógeno, sin embargo muchas también poseen azufre, fósforo y otros elementos como
magnesio, hierro, zinc y cobre (aunque estos últimos en cantidades muy pequeñas).
Las proteínas son los componentes principales de la célula constituyendo más del 50% de su peso
seco. Están constituidas por unidades más simples llamadas aminoácidos, su denominación
responde a la composición química general que presentan, en la que un grupo amino (- NH2) y
otro carboxilo o ácido (-COOH) se unen a un carbono (- C -). Las otras dos valencias de ese
carbono quedan saturadas con un átomo de hidrógeno (-H) y con un grupo variable al que se
denomina radical (-R).
Teóricamente es posible la existencia de una gran variedad de aminoácidos distintos, pero
solamente veinte tipos diferentes se utilizan para construir las proteínas.
Los aminoácidos que un organismo no puede sintetizar y por tanto tienen que ser suministrados
con la dieta se denominan aminoácidos esenciales; y aquellos que el organismo puede sintetizar
se llaman aminoácidos no esenciales.
Para la especie humana son esenciales
ocho aminoácidos: treonina,
metionina, lisina, valina, triptófano,
leucina, isoleucina y fenilalanina
(además puede añadirse la histidina
como esencial durante el crecimiento,
pero no para el adulto). Las diferencias
entre los veinte aminoácidos radican
en sus grupos laterales (-R). En ocho de
las moléculas, el grupo está formado
por cadenas cortas o por anillos de
carbono e hidrógeno, estos grupos son
no polares y por tanto hidrofóbicos.
Los grupos laterales de siete de los
aminoácidos tienen cadenas laterales
que son ácidos débiles o bases débiles;
dependiendo del grupo lateral en
particular y del pH de las soluciones, por su carga eléctrica pueden ser positivos, negativos o
neutros.
Los aminoácidos están unidos entre sí por enlaces covalentes que se establece entre el grupo
carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo amino (- NH2).
Para ensamblar los aminoácidos en proteínas, una célula no sólo debe tener una cantidad
bastante grande de aminoácidos, sino también suficiente cantidad de cada tipo. Las proteínas son
moléculas organizadas que se presentan en una gran variedad de formas. Los biólogos reconocen
cuatro niveles de organización en la estructura proteica:
Estructura primaria. Está representada por la sucesión lineal de aminoácidos que forman la
cadena peptídica y por lo tanto indica que aminoácidos componen la cadena y el orden en que se
encuentran. El ordenamiento de los aminoácidos en cada cadena peptídica, no es arbitrario sino
que obedece a un plan predeterminado en el ADN.
Estructura secundaria. Se forma por la disposición espacial que adopta la cadena peptídica a
medida que se sintetiza en los ribosomas. Es debida a los giros y plegamientos que sufre como
consecuencia de la capacidad de rotación del carbono y de la formación de enlaces débiles
(puente de hidrógeno). Linus Pauling y Robert Corey (1951) descubrieron que podían formarse
puentes de hidrógeno entre el hidrógeno ligeramente positivo del grupo amino de un aminoácido
y el oxígeno ligeramente negativo del carboxilo de otro aminoácido. Ellos identificaron dos
estructuras que podrían ser resultado de estos puentes de hidrógeno. Una de éstas fue llamada
hélice alfa, porque fue la primera en ser descubierta, y la segunda, hoja o lámina plegada beta.
Las proteínas que en la mayor parte de su longitud asumen una forma de hélice o de hoja plegada
se conocen como proteínas fibrosas.
Estructura terciaria. Corresponde a la estructura de la mayoría de las proteínas globulares,
presentándose superplegamientos y enrollamientos de la estructura secundaria, constituyendo
formas tridimensionales geométricas muy complicadas que se mantienen por enlaces fuertes y
otros débiles. “Los puentes de disulfuro que se forman entre los aminoácidos cisteína pueden
colocar parte de una proteína cerca de otra. Fuerzas internas, debidas al tamaño y las
propiedades de los grupos funcionales en los aminoácidos específicos presentes, también pueden
moldear una proteína. Por ejemplo, los aminoácidos con grupos R muy grandes (como la
fenilalanina), son muy voluminosos para que puedan mantenerse uno junto a otro en una sola
hélice. Como resultado, la hélice se pliega.
Probablemente la influencia más importante sobre la estructura terciaria de una proteína es su
medio celular, específicamente si la proteína está disuelta en el citoplasma, en los lípidos de la
membrana o la mitad en una y la otra mitad en la otra. Los aminoácidos hidrofílicos pueden
formar enlaces de hidrógeno con moléculas cercanas de agua, pero los aminoácidos hidrofóbicos
no pueden. Por lo tanto, una proteína disuelta en agua se pliega en un arreglo irregular, con sus
aminoácidos hidrofílicos viendo hacia el medio acuoso externo y los hidrofóbicos hacia el interior,
reunidos en el centro de la molécula”.
Estructura cuaternaria. Se refiere a la organización espacial adquirida cuando dos o más cadenas
polipeptídicas, iguales o diferentes, con estructuras terciarias quedan autoensambladas por
enlaces débiles, no covalentes, presentando su propia conformación tridimensional. Esta
estructura no la poseen todas las proteínas, la hemoglobina es una proteína que presenta los
cuatro niveles estructurales, consta de dos pares de péptidos muy similares, que se mantienen
unidos mediante enlaces de hidrógeno.
Clasificación de las proteínas
Según su conformación:
Se entiende como conformación, la orientación tridimensional que adquieren los grupos
característicos de una molécula en el espacio, en virtud de la libertad de giro de éstos sobre los
ejes de sus enlaces. Existen dos clases de proteínas que difieren en sus conformaciones
características: “proteínas fibrosas” y “proteínas globulares”.
Proteínas fibrosas. Constan de cadenas largas, dotadas a menudo de secuencias repetitivas de
ciertos aminoácidos, peculiaridad de la estructura primaria que se refleja en las configuraciones
hélice alfa y beta laminar plegada de la estructura secundaria, su función es básicamente
estructural, forma parte de la piel, músculos, tendones y tejido conectivo.
A continuación se describen las principales proteínas fibrosas: colágeno, queratina, fibrinógeno y
proteínas musculares.
El colágeno, forma parte de huesos, piel, tendones y cartílagos, es la proteína más abundante en
los vertebrados. La moléculas contiene por lo general tres cadenas polipeptídicas muy largas, cada
una formada por unos 1 000 aminoácidos, trenzadas en una triple hélice siguiendo una secuencia
regular que confiere a los tendones y a la piel, su elevada resistencia a la tensión. Cuando las
largas fibrillas de colágeno se desnaturalizan por calor, las cadenas se acortan y se convierten en
gelatina.
La queratina, constituye la capa externa de la piel, el pelo y las uñas en el ser humano y las
escamas, pezuñas, cuernos y plumas en los animales. La queratina protege el cuerpo del medio
externo y es por ello insoluble en agua.
El fibrinógeno es la proteína plasmática de la sangre responsable de la coagulación. Bajo la acción
catalítica de la trombina, el fibrinógeno se transforma en la proteína insoluble fibrina, que es el
elemento estructural de los coágulos sanguíneos o trombos.
La miosina, que es la principal proteínas responsable de la contracción muscular, se combina con
la actina, y ambas actúan en la acción contráctil del músculo esquelético y en distintos tipos de
movimiento celular.
Proteínas globulares. Carecen de la regularidad que se observa en las estructuras primaria y
secundaria de las proteínas fibrosas, pero exhiben complejos patrones de plegamiento que
producen una estructura terciaria globular. En general, son proteínas de gran actividad funcional;
los anticuerpos, algunas hormonas, la hemoglobina, las enzimas entre otras pertenecen a este
grupo. Son solubles en medios acuosos, en algunas ocasiones tienen funciones estructurales
como en los microtúbulos.
Los anticuerpos, también llamados inmunoglobulinas, agrupan los miles de proteínas distintas
que se producen en el suero sanguíneo como respuesta a los antígenos (sustancias u organismos
que invaden el cuerpo). Un solo antígeno puede inducir la producción de numerosos anticuerpos,
que se combinan con diversos puntos de la molécula antigénica, la neutralizan y la precipitan en la
sangre.
Las hormonas proteicas son segregadas por las glándulas endocrinas, no actúan como las enzimas,
sino que estimulan a ciertos órganos fundamentales que a su vez inician y controlan actividades
importantes, como el ritmo metabólico o la producción de enzimas digestivas y de leche. La
insulina, segregada por los islotes de Langerhans en el páncreas, regula el metabolismo de los
hidratos de carbono mediante el control de la concentración de glucosa. La tiroxina, segregada
por el tiroides, regula el metabolismo global; y la calcitonina, también producida en el tiroides,
reduce la concentración de calcio en la sangre y estimula la mineralización ósea.
La hemoglobina es una proteína respiratoria que transporta oxígeno por el cuerpo; a ella se debe
el color rojo intenso de los eritrocitos. Se han descubierto más de cien hemoglobinas humanas
distintas, entre ellas la hemoglobina S, causante de la anemia de células falciformes.
Todas las enzimas son proteínas globulares que se combinan con otras sustancias, llamadas
sustratos, para catalizar las numerosas reacciones químicas del organismo. Estas moléculas,
principales responsables del metabolismo y de su regulación, tienen puntos catalíticos a los cuales
se acopla el sustrato igual y controla el metabolismo en todo el cuerpo.
Los microtúbulos son agrupaciones de proteínas globulares que actúan como entramado
estructural de las células y, al mismo tiempo, transportan sustancias de una parte de la célula a
otra. Cada uno de estos microtúbulos está formado por dos tipos de moléculas proteicas casi
esféricas que se disponen por parejas y se unen en el extremo creciente del microtúbulo y
aumentan su longitud en función de las necesidades. Los microtúbulos constituyen también la
estructura interna de los cilios y flagelos, apéndices de la membrana de los que se sirven algunos
microorganismos para moverse. Las paredes del tubo están formadas por dos tipos de
subunidades de una proteína globular, la alfa y la beta tubulina.
Según su composición:
Pueden clasificarse en proteínas simples y conjugadas. Las simples son aquellas que están
formadas únicamente por la unión de aminoácidos, ligados unos con otros por enlaces peptídicos,
mientras que las conjugadas son las que en su molécula presentan otros componentes orgánicos
o inorgánicos. La porción no proteica de una proteína conjugada se denomina “grupo prostético”,
ÁCIDOS NUCLEÍCOS Son macromoléculas complejas de elevado peso molecular de naturaleza ácida, de suma
importancia biológica, se localizan principalmente en el núcleo pero también en el citoplasma. La
secuencia de bases nitrogenadas en estas moléculas (polímeros) codifica la información genética
necesaria para todos los aspectos de la herencia biológica.
A ello se debe la evolución diversificadora de lo organismos, las mutaciones positivas y las
alteraciones negativas que producen malformaciones en los individuos. Estos ácidos no sólo
dirigen la síntesis de enzimas y de otras proteínas, sino que también son las únicas moléculas que
tienen el poder (con la ayuda de enzimas adecuadas) de autorreplicarse, que representa una
manifestación básica de la vida. Los dos tipos de ácidos nucleicos en las células son:
Ácido desoxirribonucleico. (DNA)
Ácido ribonucleico. (RNA)
Ambos son polímeros de unidades repetidas llamadas nucleótidos (monómeros), cada uno de los
cuales está formado por un azúcar de cinco carbonos (pentosa), una base nitrogenada (púrica o
pirimídica) y una molécula de ácido fosfórico. Además de los nucleótidos que constituyen las
moléculas de los ácidos nucleicos, las células contienen cantidades relativamente grandes de
nucleótidos libres, que desempeñan principalmente funciones de coenzimas. Por hidrólisis parcial
es posible retirar el radical fosfato de los nucleótidos, aparecen entonces compuestos
denominados nucleósidos, constituidos por una pentosa y una base.
La estructura de los ácidos nucleicos es importantísima en los mecanismos de la herencia y de la
síntesis de proteínas.
TABLA 2.16 LAS PRINCIPALES MOLÉCULAS BIOLÓGICAS
Clases de moléculas Principales subtipos Ejemplo
Función
Carbohidrato:
Generalmente
contiene carbono,
oxígeno e hidrógeno,
en la fórmula
aproximada (CH2O)
Monosacárido: Azúcar simple Disacárido: dos monosacáridos unidos
Polisacárido: muchos monosacáridos (generalmente glucosa) unidos
Glucosa Sacarosa Almidón .Glucógeno Celulosa
Fuente de energía importante para las células, subunidad de la que está hecho la mayor parte de polisacáridos. Principal azúcar transportada en los cuerpos de las plantas terrestres. Almacenamiento de energía en plantas. Almacenamiento de energía en animales.
Material estructural en plantas.
Lípido: Contiene una alta
proporción de
carbono e
hidrógeno.
Generalmente es no
polar e insoluble en
agua.
Triglicérido: tres ácidos grasos unidos a un glicerol. Cera: números variables de ácidos grasos unidos a una cadena larga de alcohol. Fosfolípidos: grupos fosfato polar y dos ácidos grasos unidos a un glicerol.
Aceite, grasa Ceras en cutícula de plantas Fosfatidilcolina Colesterol
Almacenamiento de energía en animales y algunas plantas. Cubierta a prueba de agua en las hojas y tallos de las plantas de tierra. Componente común de las membranas en las células. Componente común de las
membranas de células eucarióticas;
precursor de otros esteroides como la
testosterona y las sales biliares.
Esteroides: cuatro
anillos unidos de
átomos de carbono
con grupos funcionales
agregados.
Proteína: Cadenas de aminoácidos. Contiene carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre.
Queratina Seda
Hemoglobina
Proteína helicoidal, principal componente del cabello. Proteína en forma de lámina delgada; de la seda producida por la polilla y las arañas.
Proteína globular compuesta de
cuatro subunidades peptídicas;
transporte de oxígeno en la sangre de
los vertebrados.
Ácido nucleico: formados de subunidades de nucleótidos; pueden consistir en un solo nucleótido o en una cadena larga de nucleótidos.
Ácidos nucleicos de cadena larga Nucleótidos simples
Ácido desoxirribonucleico (DNA) Ácido ribonucleico(RNA) Trifosfato de adenosina(ATP) Monosfosfato de adenosina cíclico
(AMP cíclico)
Material genético de todas las células vivas. Material genético de algunos virus; en las células vivas, es esencial en el intercambio de información genética del DNA a proteínas. Principal molécula transportadora de energía a corto plazo en las células. Mensajero intracelular.
(Audesirk. p.39)