2.4: Generación espontánea y origen de la vida
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La ubicuidad de los organismos plantea preguntas obvias: ¿cómo comenzó la vida y qué llevó a todos estos diferentes tipos de organismos? En un momento dado, la gente creía que estas dos preguntas tenían una sola respuesta, pero ahora reconocemos que en realidad son dos preguntas bastante distintas y sus respuestas involucran mecanismos distintos. Una visión temprana sostenida por quienes pensaban en tales cosas fue que los procesos sobrenaturales producían la vida en general y los seres humanos en particular. La articulación de la Teoría Celular y la Teoría de la Evolución por Selección Natural, que discutiremos en detalle en el próximo capítulo, junto con la acumulación de datos nos permite concluir de manera bastante persuasiva que la vida tuvo un único origen exitoso y que diversos procesos evolutivos naturales generó la diversidad de la vida.
Pero, ¿cómo se originó la vida misma? Solía ser ampliamente aceptado que diversos tipos de organismos, como moscas, ranas e incluso ratones, podían surgir espontáneamente, de la materia no viva. 35 Se pensaba que las moscas, por ejemplo, aparecían de carne podrida y ratones del trigo. Si es cierto, la generación espontánea en curso tendría profundas implicaciones para nuestra comprensión de los sistemas biológicos. Por ejemplo, si la generación espontánea basada en procesos naturales era común, debe haber un proceso bastante simple en el trabajo, un proceso que (presumiblemente) puede producir resultados notablemente complejos. En contraste, todas las apuestas están apagadas si el proceso es sobrenatural. Si cada organismo surgiera independientemente, podríamos esperar que los detalles a nivel molecular de cada uno fueran únicos, ya que presumiblemente surgieron independientemente de cosas diferentes y bajo diferentes condiciones en comparación con otros organismos. No obstante, sabemos que no es así, ya que todos los organismos están claramente relacionados y pueden remontarse a un solo ancestro, conclusión a la que volvemos, repetidamente.
Un acontecimiento clave en el desarrollo conceptual de la biología moderna fue la publicación del artículo de Francesco Redi (1626—1697) titulado “Experimentos sobre la generación de insectos” en 1668. Hipótesis de que la generación espontánea no se dio. Su hipótesis era que los organismos que aparecían se habían desarrollado a partir de “semillas” depositadas por adultos. Su hipótesis condujo a una serie de predicciones claras. Una era que si las moscas adultas se mantenían alejadas de la carne podrida, los gusanos (la forma larvaria de las moscas) nunca aparecerían por mucho tiempo que uno esperara. De igual manera, el tipo de organismo que apareciera dependería no del tipo de carne podrida, sino del tipo de mosca adulta que tuviera acceso a la carne. Para poner a prueba su hipótesis, Redi montó dos juegos de frascos, ambos contenían carne. Un juego de matraces se expusieron directamente al aire y así a las moscas, el otro se selló con papel o tela. Los gusanos aparecieron sólo en los matraces abiertos al aire. Redi concluyó que organismos tan complejos como los insectos, y demasiado grandes para pasar a través de la tela, solo podían surgir de otros insectos, o más bien de huevos puestos por esos insectos, que la vida era continua.
La invención del microscopio óptico y su uso para observar materiales biológicos por Antony van Leeuwenhoek (1632-1723) y Robert Hooke (1635-1703) llevaron al descubrimiento de un mundo completamente nuevo y totalmente inesperado de microbios u organismos microscópicos. Ahora las conocemos como las bacterias, arqueas, una gama de eucariotas unicelulares fotosintéticos y no fotosintéticos. 36 Aunque fue relativamente fácil generar pruebas convincentes de que los organismos macroscópicos (es decir, grandes), como las moscas, los ratones y las personas no podían surgir espontáneamente, parecía plausible que organismos microscópicos y presumiblemente mucho más simples pudieran formarse espontáneamente.
El descubrimiento de microbios llevó a varios científicos a explorar su origen y reproducción. Lazzaro Spallazani (1729-1799) demostró que después de hervir un caldo permaneció estéril, es decir, sin vida, siempre y cuando se aisló del contacto con aire fresco. Concluyó que los microbios, al igual que los organismos más grandes, no podían surgir espontáneamente sino que descendían de otros microbios, muchos de los cuales estaban flotando en el aire. Piensa en posibles críticas a este experimento — ¡quizás puedas llegar a otras que no mencionemos!
Una crítica obvia fue que podría ser que hervir el caldo destruyó uno o más componentes clave que eran necesarios para la formación espontánea de la vida. Alternativamente, quizás el aire fresco era el ingrediente “vital”. En cualquier caso, la ebullición y el aislamiento habrían producido un artefacto que oscureció en lugar de revelar el verdadero proceso. En 1862 (tenga en cuenta la fecha tardía, esto fue después de que Charles Darwin hubiera publicado Sobre el origen de las especies en 1859), Louis Pasteur (1822-1895) llevó a cabo un conjunto particularmente convincente de experimentos para abordar ambas preocupaciones. Esterilizó caldos hirviéndolos en matraces especiales de “cuello de cisne” (→). Lo único de su diseño experimental fue la forma del cuello del matraz; permitió que el aire pero no microorganismos transportados por el aire llegaran al caldo. Los microbios en el aire quedaron atrapados en la región doblada del cuello del matraz. Este diseño permitió a Pasteur abordar una crítica a experimentos anteriores, a saber, que el acceso al aire era necesario para que ocurriera la generación espontánea. Encontró que el líquido, incluso con acceso al aire, permaneció estéril durante meses. Sin embargo, cuando se rompió el cuello del matraz, el caldo se llenó rápidamente de crecimiento microbiano. Interpretó esta observación para indicar que el aire, por sí mismo, no era necesario para la generación espontánea, sino que normalmente estaba contaminado por microbios. Por otro lado, el hecho de que el caldo pudiera soportar el crecimiento microbiano después de que se rompiera el cuello sirvió como un experimento de “control positivo”; indicó que el calentamiento del caldo no había destruido algún elemento vital necesario para que ocurriera el crecimiento estándar. Realizamos experimentos de control positivo para probar nuestras suposiciones; para examinar, si estamos usando un medicamento en un estudio, primero necesitamos hacer una prueba para asegurarnos de que el medicamento que tenemos está realmente activo. En el experimento de Pasteur, si el caldo hervido no pudiera soportar el crecimiento (después de que se rompiera el matraz) no esperaríamos que apoyara la generación espontánea, por lo que el experimento carecería de sentido. Volveremos a la descripción de un experimento de “control negativo” más adelante. 37
Por supuesto, no todos, de hecho, probablemente no ningún experimento sea perfecto. Por ejemplo, ¿cómo argumentaría en contra de la objeción de que el proceso de generación espontánea normalmente tarda decenas a miles, o millones, de años en ocurrir? De ser cierto, esta objeción invalidaría las conclusiones de Pasteur. Claramente, un experimento para abordar esa objeción en particular tiene sus propias cuestiones prácticas. Sin embargo, los resultados de diversos experimentos de generación espontánea han llevado a la conclusión de que ni los organismos microscópicos ni macroscópicos podrían surgir espontáneamente, al menos no en el mundo moderno. El problema, al menos en esta forma, se volvió poco interesante para los científicos que trabajaban.
¿Significa esto que el origen de la vida se debe a un acontecimiento sobrenatural? No necesariamente. Considera el hecho de que los sistemas vivos son redes complejas de reacción química. En el mundo moderno, hay muchos organismos alrededor, esencialmente en todas partes, que están comiendo activamente moléculas complejas para mantener su estado de no equilibrio, para crecer y, para reproducirse. Si la vida surgiera por un proceso espontáneo pero natural, es posible que se tardara de miles a cientos de millones de años en ocurrir. Podemos poner algunos límites al tiempo mínimo que podría tomar de los datos geológicos utilizando el tiempo desde que la superficie de la Tierra se solidificó desde su estado fundido temprano hasta la primera evidencia fósil de por vida, alrededor de 100 a 500 millones de años. Dada la tendencia de los organismos a comerse unos a otros, se podría argumentar (como lo hizo Darwin →) que una vez que los organismos hubieran aparecido en un ambiente particular, suprimirían cualquier evento posterior de generación espontánea —habrían comido las moléculas necesarias para que ocurriera el proceso. Pero, como veremos, los procesos evolutivos han llevado a la presencia de organismos esencialmente en todas partes de la Tierra a los que la vida pueda sobrevivir —básicamente no quedan lugares acogedores y estériles dentro del mundo moderno. Aquí vemos la importancia de la historia. Según la visión científica actual, la vida sólo podía surgir de novo en ausencia de vida; una vez que había surgido la vida, las condiciones habían cambiado. Se espera que la presencia de vida suprima el origen de nuevas formas de vida. Una vez que la vida estuvo presente, sólo sus descendientes podían sobrevivir.