¿La Vida? Está presente por todo el Universo

La autoconstrucción biológica requiere energía. Cualquier tipo de trabajo requiere energía (eléctrico, mecánico, osmótico, etc.) que realizamos los seres vivos. En último término, la principal fuente de dicha energía es la luz solar, que sostiene directamente todas las plantas verdes y otros organismos fotosintéticos y, a través de la cadena alimentaria, a todos los demás organismos que finalmente dependen del alimento que proporcionan los fotosintéticos.

 

El niño que toma leche de vaca, por ejemplo, obtiene su energía de la luz del Sol a través de la hierba que comío la vaca que le proporcionó la leche. Sólo las bacterias quimiosintéticas (aquellos autótrofos que obtienen su energía de reacciones químicas minerales) y los organismos que se alimentan de ellas no dependen de la luz solar. En la actualidad, sólo una pequeña parte del mundo vivo pertenece a esta categoría que, sin embargo, puedo tener una gran importancia para el origen de la vida.

La luz es la responsable de que en la Tierra -y supongo que en otros muchos planetas del Universo- , se puedan formar complejas estructuras y germinar muchas otras que son imprescindibles para la existencia de los seres vivos. La utilización biológica de la luz se comprenderá más fácilmente si, consideramos primero, en que nosotros y todos los demás organismos heterótrofos -que viven en el aire-, es decir, animales, hongos y muchos protistas y bacterias, satisfacemos nuestras necesidades energéticas.

 

 

La palabra clave es combustión; más técnicamente, oxidación, esto es, la producción de energía por la interacción de determinadas sustancias con el oxígeno. En este sentido, somos como cualquier máquina y, el combustible en nuestro caso, consiste en componentes del acervo metabólico, que a su vez deriva de los alimentos. Aquí, sin embargo,  termina la analogía. Las combustiones vitales son frías; y las energías que liberan no se utiliza en forma de calor, un fenómeno que sería imposible en células vivas, en las que las diferencias de temperaturas son despreciables. Esta energía sirve en cambio, para hacer funcionar el generador químico central que, a su vez, proporciona energía a la mayoría de las formas de trabajo biológico.

 

 

Está claro que todo nuestro cuerpo funciona por medio de los mecanismos complejos que en cada región tenemos y, todo ello, sería imposible sin la utilización de la energía que suministran los alimentos que tomamos -combustible para nuestra máquina- y que, de alguna manera, al final del camino, están producidos de una u otra forma por la Luz.

En las combustiones celulares, al igual que en aquellas en las que estamos familiarizados, se utiliza el oxígeno para convertir el carbono de las sustancias orgánicas en dióxido de carbono (CO₂) y su Hidrógeno en agua (H₂O). En la fotosíntesis ocurre exactamente lo contrario. Lo que hacen las plantas verdes con ayuda de la energía luminosa es sencillamente invertir las oxidaciones. A partir de dióxido de carbono y agua, las plantas fabrican un azúcar de fórmula (CH₂O)₆, y emiten el Oxígeno sobrante (una molécula de O₂ por cada molécula de CO₂ utilizada) a la atmósfera.

 

Así, el combustible es re generado a expensas de los productos de su oxidación, y la energía necesaria proporcionada por la luz. Todo lo demás, o casi, tiene lugar como en la heterotrofia aerobia (que es el estado al que las plantas cambian en la oscuridad, subsistiendo, entonces, a partir de sus reservas). Muchas bacterias fotosintéticas funcionan como las plantas, pero unas pocas se basan en reacciones más primitivas que conducen a la síntesis de azúcares sin la liberación de oxígeno. Como ocurre con las bacterias autotótrofas no fotosintéticas (quimiosintéticas), consiguen el mismo tipo de síntesis con la energía proporcionada por la oxidación de otras transformaciones de sustancias minerales.

 

 

La quimiosíntesis consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se libera en reacciones de compuestos inorgánicos reducidos. Los organismos que realizan quimiosíntesis se denominan quimoautótrofos, quimiolitótrofos o quimiosintéticos, todos son bacterias que usan como fuente de carbono el dióxido de carbono en un proceso parecido al ciclo de Calvin de las plantas.

https://youtu.be/vyrH4BNvIJk?list=PLqkAAAplL09IA8P_W85taCNtZQGV3eaqf

 

                                                      Bacterias quimiosintéticas

Está claro que, aún siendo la vida un gran misterio para todos nosotros, también hay que admitir y es induble que, mediante el estudio y la observación, experimentando y aunando experiencias, hemos podido llegar a saber muchas de las cuestiones que antes eran secretos de la Naturaleza y que hemos podido desvelar, tras cientos de años de indagar y querer saber, el por qué de las cosas.

 

Fumarolas submarinas y los organismos que las habitan

 

“Podemos explicar las similitudes entre humanos y chimpancés atribuyéndolas a su descendencia  de un antepasado común que poseía las distintas características que los dos grupos comparten”

Dicen que el antepasado no era ni Homo ni Pan, y, no sabemos el por qué las dos ramas divergieron, mientras la una sigue en la copa de los árboles, la otra quiere viajar a las estrellas.

Así nos lo dice Andrew H. Knoll en su maravilloso libro La vida en un planeta joven, del cual, dejamos a continuación algunas impresiones.

 

 

 

El registro fósil de la ascendencia humana es notablemente incompleto, pero los restos de esqueletos hallados en África y Asia confirman esta predicción. Los humanos no descienden de los chimpancés, divergieron a partir de un antepasado común que no era ni Homo ni Pan.

 

Puesto que somos grandes animales, se nos puede perdonar que tengamos una visión del mundo que tiende a celebrar lo nuestro, pero en realidad, esa perspectiva es errónea. Somos nosotros quienes hemos evolucionado para encajar en el mundo microbiano, y no al revés. Que esto sea así se debe, en parte4 a una cuestión histórica, pero también tiene una explicación en términos de diversidad y funcionamiento del ecosistema. Si los animales son la guinda de la evolución, las bacterias son el pastel.

 

¿Cómo está constituido el reino protista?

 

 

Está constituido por los organismos eucarióticos unicelulares, con excepción de unos pocos que presentan una estructura multicelular bastante simple. El hecho de ser unicelulares no significa que sean seres simples y sencillos; en realidad, la célula que los constituye es , quizás una de las mas complejas, con una gran variedad de estructuras altamente especializadas.

Cómo se explica la presencia de cloroplastos y mitocondrias en los eucariotas?

 

 

Se debe a que estas células provienen de bacterias especializadas: 1) las mitocondrias contienen su propio ADN bacterial 2) tanto las mitocondrias como las bacterias presentan las mismas enzimas en las membranas celulares 3) los ribosomas de las mitocondrias se parecen en tamaño y composición química ; y 4) las mitocondrias solo se reproducen a través de otras mitocondrias, por división dentro de la célula huésped.

Las plantas, los animales, los hongos, las algas y los protozoos son todos organismos eucariotas, genealógicamente vinculados por un modo de organización celular en el que el material genético aparece encerrado en el interior de una estructura membranosa llamada núcleo (arriba en la imagen se aprecia).

 

 

 

Las bacterias y otros procariotas son distintos: sus células carecen de núcleo. Por lo que respecta a su importancia biológica, los eucariotas parecen jugar con con una clara ventaja: los organismos eucariotas se presentan en una gran diversidad y variedad de tamaños y formas que van desde los escorpiones, los elefantes y las setas hasta los geranios, las laminarias y las amebas. Los procariotas, en cambio, son en su mayoría diminutas esferas, cilindros o espirales. Algunas bacterias forman filamentos sencillos de células unidas por sus extremos, pero son muy pocas las que llegan a construir estructuras multicelulares más complejas.

 

 

                                                      Célula eucariotas

El tamaño y la forma sin duda dan ventaja a los eucariotas, pero la morfología es sólo uno de los criterios posibles para medir la importancia ecológica. El metabolismo -el modo como un organismo obteiene materia y energía- es otro criterio, y de acuerdo con este son los procariotas los que destacan por su diversidad.

 

 

 

En la actualidad se acepta que los procariotas fueron los precursores de los organismos eucariotas. Sin embargo hay grandes diferencias entre esos dos grupos celulares. Una de esas diferencias reside en la organización génica y en los mecanismos de sintetizar el ARN mensajero. Un trabajo publicado esta semana en PLoS Biology afirma que los eucariotas podrían proceder de cianobacterias termófilas ya que su organización génica recuerda rudimentariamente a la de los eucariotas.

                                                              El árbol filogenético

Todos los seres vivos comparten su origen: todos provienen del reino móneras. Este reino abarca los seres unicelulares procariotas, que carecen de núcleo celular. Son las arqueobacterias y las eubacterias. De los móneras surgieron los protoctistas. Este reino reúne seres eucariotas unicelulares heterótrofos y con digestión interna (protozoos), y eucariotas unicelulares o pluricelulares sin tejidos, autótrofos fotosintéticos (algas).

Los organismos eucariotas básicamente viven de alguno de los tres modos siguientes:

 

 

Algunos organismos, incluidos nosotros mismos, somos heterótrofos, es decir, obtenemos tanto el carbono como la energía que necesitamos para el crecimiento de ingerir moléculas orgánicas producidas por otros organismos. Para obtener ener´gia nuestras células utilizan oxígeno para descomponer azúcares en dióxido de carbono y agua mediante el proceso denominado respiración aeróbica (es decir, que utiliza oxígeno). En caso de necesidad, podemos conseguir un poco de energía por medio de un segundo tipo de metabolismo llamado fermentación, un proceso anaeróbico (sin oxígeno) por el que una molécula orgánica se desompone en dos (sólo las levaduras y unos pocos eucariotas más viven fundamentalmente con este metabolismo).

La química de la fotosíntesis Una de las más importantes reacciones químicas que se producen en la naturaleza es la fotosíntesis. Por medio de este proceso, las plantas absorben la energía del Sol utilizándola para convertir el agua y el dióxido de carbono en su alimento y también en oxígeno, es decir, en compuestos orgánicos reducidos.

Para esto, es necesaria la participación de la clorofila, contenida en los cloroplastos de las células vegetales. La fotosíntesis se lleva a cabo en dos etapas, llamadas luminosa y oscura.

Donde más intensamente se desarrolla esta reacción química es en las hojas de las plantas verdes. Y el oxígeno que se libera es aprovechado por nosotros para respirar. De hecho, sin plantas y sin este proceso químico, simplemente nosotros tampoco existiríamos.

El tercer tipo principal de metabolismo energético que se encuentra en los eucariotas es la fotosíntesis que realizan las plantas y las algas: la clorofila y otros pigmentos asociados captan la energía del Sol, y esta permite a las plantas fijar dióxido de carbono en forma de materia orgánica. Para convertir la luz en energía bioquímica las plantas necesitan un electrón, que proporciona el agua, y en el proceso se libera oxígeno como producto secundario.

 

                                   ¡La Vida! ¿Dónde no estará la vida? Es es la pregunta

Exponer aquí y ahora la diversidad metabólica de los microorganismos procariotas, sería un aspecto clave para entender y explorar la historia de la vida primigenia y, son tan numerosas las formas de metabolismo que utilizan los procariotas para vivir que, me resulta imposible, exponer tanta diversidad en nun trabajo de tan reducido tamaño.

 

 

 

De gran diversidad, los procariotas sustentan un metabolismo extraordinariamente complejo, en algunos casos exclusivo de ciertos taxa, como algunos grupos de bacterias, lo que incide en su versatilidad ecológica.Los procariotas se clasifican, según Carl Woese, en arqueas y bacterias.

 

 

Al igual que los eucariotas, muchas bacterias respiran oxígeno. Pero otras bacterias utilizan  nitrato disuelto y otras iones de sulfato u óxidos metálicos de hierro o manganeso. Unos pocos procariotas suelen incluso utilizar CO₂, que hacen reaccionar con ácido acético en un proceso que genera gas natural, que es el gas metano (CH₄) como el detectado en el Planeta Marte por la NASA. Los organismos procariotas han desarrollado, además, toda suerte de reacciones de fermentación.

Las bacterias también exhiben variaciones sobre el tema de la fotosíntesis. Las cianobacterias, un grupo de bacterias fotosintéticas teñidas de color verde azulado por la clorofila y otros pigmentos, captan la luz del Sol y fijan C2 de forma muy parecida a como lo hacen las algas y plantas terrestres eucariotas. Sin embargo, cuando en el medio hay sulfuro de hidrógeno (H₂S, bien conocido por su  característico  olor a “huevos podridos”), muchas cianobacterias utilizan este gas en lugar de agua para obtener los electrones que requiere la fotosíntesis. Como producto secundario se forman entonces azufre y sulfato, no oxígeno.

 

 

Las variaciones bacterianas sobre temas metabólicos de la respiración, la fermentación y la fotosíntesis son, pues, impresionantes, pero los organismos procarióticos han desarrollado todavía otro modo de crecer que es completamente desconocido en los eucariotas: la quimiosíntesis.

 

Muchos son los modos metabólicos que me he tenido que dejar por detrás por impedirlo el tiempo del que dispongo ahora para poner aquí este trabajo, sin embargo, una casa queda clara, estos minúsculos “seres” pueden vivir en “cualquier medio” nada les impide adaptarse y asumir una forma metabólica que les venga bien para subsistir, y, siendo así (que lo es), ¿Cómo podemos dudar de que en Marte y en otros planetas o lunas del espacio exterior esté presente la vida? Tanto en nuestra Galaxia como en otras lejanas, la Vida, amigos míos, estará presente de mil formas y maneras.

Todos estos “personajes” que han pasado por aquí, a pesar de sus minúsculas estructuras, son, en realidad, los responsables del ecosistema planetario, sin ellos, amigos míos, no podríamos estar aquí. Las condiciones de las que podemos gozar estan generadas por ellos y, sin embargo, somos nosotros los que nos damos toda la importancia.

¡Vivir para ver!

Emilio Silvera Vázquez