Evolución de la materia viva - Niveles de asociación I

Asociación de partículas subatómicas para formar átomos:

Los protones, neutrones y electrones están unidos entre sí pero no de forma tan estrecha como pudiera parecer. Esto es más evidente en la relación entre los núcleos atómicos (protones y neutrones) y los electrones. Estos últimos están mucho más distanciados del núcleo atómico y entre sí también hay bastante espacio, aunque todas estas partículas están organizadas según unas leyes y normas. Las nuevas entidades materiales serían los núcleos atómicos más que los átomos, siendo los electrones los nexos de enlace entre los diferentes núcleos atómicos entre sí.

Asociación de átomos para formar moléculas:

Los núcleos atómicos se enlazan entre sí mediante los electrones de sus átomos. Si estos electrones están bastante libres como en los átomos metálicos se pueden mover y originan la corriente eléctrica. Los enlaces entre los átomos para formar moléculas pueden ser más o menos fuertes, es decir se necesita mayor o menor cantidad de energía para romperlos. Cuando estos enlaces se destruyen se libera al medio una cierta cantidad de energía que es la energía de enlace. Hay enlaces fuertes como los covalentes (en donde se comparten parejas de electones), enlaces menos fuertes como los iónicos (en donde electrones sobrantes de un anión son atraídos por un catión que tiene falta de ellos) y enlaces débiles como los puentes de hidrógeno y los enlaces moleculares. De esta manera los átomos se enlazan con diferente fuerza para formar moléculas.

En los seres vivos, los enlaces entre los átomos de las biomoléculas son fuertes, es decir covalentes, mientras que las moléculas se asocian entre sí de distinta manera. Si muchas pequeñas (monómeros) se asocian para formar macromoléculas (polímeros) los enlaces son covalentes como los enlaces glucosídicos y los enlaces peptídicos. Las macromoléculas se asocian entre sí mediante enlaces más débiles, como puentes de hidrógeno. Estos últimos también enlazan las moléculas de agua entre sí; esta agua es necesaria para los seres vivos. Estos son seres hechos a base de moléculas hidrocarbonadas, con otros elementos (N, P, S, etc.), rodeadas por un medio acuoso.

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Como vemos, las moléculas están más o menos estrechamente asociadas por enlaces de diversa naturaleza, en donde sigue habiendo espacio físico entre ellas. Unas están más quietas y otras son más móviles, aunque también cumplen una serie de leyes y normas en sus relaciones. Aunque desde su existencia tienen cierta libertad de actuación, observadas a un nivel más superior están mucho más determinadas y encauzadas.
Asociación de átomos, moléculas y macromoléculas para formar células:

Fue un gran salto evolutivo en la aparición de la vida. Puede que las primeras células se formaran en la Tierra y puede que procedieran del espacio, sembrando nuestro planeta y colonizándolo. Bien fuese de una forma u otra, el hecho es que tuvieron que formarse a partir de moléculas, bien en la Tierra o bien en otro lugar del espacio. En una célula, muchas biomoléculas se asocian en orgánulos subcelulares como ribosomas, cromosoma bacteriano, membrana plasmática, flagelos, etc. ¿Cómo se formaron estos orgánulos? Es claro que las instrucciones para su creación y organización radican en los genes de las largas moléculas de ADN hechas por polimerización de desoxirribonucleótidos.

¿Cómo se determina el orden de polimerización de estos nucleótidos en las cadenas de los ácidos nucleicos? Esta es la pregunta clave, ya que este orden o secuencia de nucleótidos determina la diversidad de los genes y por lo tanto la diversidad de los seres vivos. En el origen de la vida abundaban las biomoléculas que se fabricaban sin cesar, entre ellas nucleótidos. Puede que con el tiempo, surgiesen polimerizaciones al azar de ARN que se perpetuaron por un proceso de selección natural y este, al igual que las ribozimas descubiertas en las últimas décadas, interviniese enzimáticamente en su reproducción hasta que se inventó ¿quizá por selección natural? la traducción y la fabricación de proteínas y de enzimas a partir de las instrucciones nucleotídicas del ARN. Más adelante se formó el ADN a partir del ARN, el cual constituye una molécula más adecuada para guardar la información genética, ya que es más estable y es doble, quedando el ARN como un intermediario en la expresión de los genes. Organizada esta estrecha colaboración entre ADN, ARN y proteínas, estas macromoléculas aprendieron a protegerse del medio, rodeándose de capas lipídicas a modo de membranas plasmáticas, con lo que surgieron las primeras protocélulas, los progenotes. Por un proceso de evolución molecular, los ADNs fueron aumentando en tamaño al polimerizarse cada vez más nucleótidos y fue aumentando el número de genes, los cuales habían aprendido a replicarse y a expresarse en proteínas y enzimas.

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Los virus nos pueden ayudar a comprender esta evolución. Existe toda la gama de complejidad en los virus. Los más sencillos son simples moléculas de ácidos nucleicos. En un siguiente paso los ácidos nucleicos se rodean y protegen de cápsidas proteicas. Un tercer paso consiste en una segunda envoltura; una especie de membrana plasmática que rodea a la cápsida. Los más complejos como los del SIDA tiene varios envoltorios proteicos por dentro de la membrana. ¿Nos enseñan los virus como se fueron formando las células? Mas bien parece que sean ácidos nucleicos que se han independizado de células bacterianas, vegetales o animales y que evolucionan a formas cada vez más complejas, aunque no precisamente celulares.
Recientemente se han descubierto unas estructuras filamentosas que contienen ADN, los nanobios, de tamaño algo mayor que los virus (entre 20 y 150 nm de diámetro). Se han encontrado en un meteorito marciano y en zonas relativamente profundas de la corteza terrestre, a unos 3 mil metros. Puede que sean formas intermedias entre virus y células, formas puente entre ambos seres en la evolución de la vida.

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¿Cuánto tiempo transcurrió hasta que se formaron las primeras células a partir de estas biomoléculas? Según la evidencia fósil este gran salto evolutivo fue relativamente rápido: En un intervalo que va desde los 4000 m.a. en que las condiciones en zonas superficiales ya pudieron ser aptas para la vida hasta los 3.800-700 m.a. en que aparecen las primeras evidencias de fósiles bacterianos. ¿Son suficientes 300 m.a. para dar ese gran paso evolutivo? Es posible, aunque cabe otra alternativa: El origen extraterrestre de las primeras células que en forma de esporos muy resistentes, colonizasen la Tierra a través de meteoritos o fragmentos cometarios. Estos esporos pueden resistir en estado de vida latente mucho tiempo (se ha logrado revivir bacterias encerradas en cristales de sal de 250 m.a. de edad) y desafiar muchas agresiones ambientales, lo cual les permitiría resistir los grandes viajes espaciales. De cualquier modo, bien sea en la Tierra, bien sea en el espacio (¿en otros planetas?), las células, bacterianas o no, han tenido que construirse por evolución a partir de biomoléculas.

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Hay otra posibilidad más fantástica todavía: Seres extraterrestres inteligentes han visitado la Tierra y la han sembrado, quizá de virus, quizá de células ¿bacterianas? intencionadamente, para que en este planeta evolucionase la vida, o bien la han contaminado involuntariamente. Pero la pregunta persiste: ¿Cómo han surgido estos seres inteligentes?
Otra cuestión es saber si las primeras células a partir de los antepasados progenotes fueron células procarióticas como las bacterias o fueron células eucarióticas primitivas. Hasta hace poco se creía que las primeras células fueron de tipo bacteriano pero actualmente, muchos biólogos creen que las bacterias actuales son formas celulares simplificadas y adaptadas a una reproducción rápida y que la célula primitiva sería una célula más cercana a la célula eucariota actual pero mas rudimentaria, y con menos orgánulos citoplasmáticos: las mitocondrias y los cloroplastos, y tal vez los centriolos, cilios y flagelos, aparecieron después en estas células por endosimbiosis con determinados tipos de bacterias (leer más adelante).