El Origen de la Vida y Evolución

 

El origen de la vida, aunque atañe al estudio de los seres vivos, es un tema que realmente no es

explicado en la teoría de la síntesis moderna de la evolución; pues ésta última sólo se ocupa del

cambio en los seres vivos, y no del origen, cambios (evolución a moléculas más complejas) e

interacciones de las moléculas orgánicas de las que procede.

No se sabe mucho sobre las etapas más tempranas y previas al desarrollo de la vida, y los

intentos realizados para tratar de desvelar la historia más temprana del origen de la vida,

generalmente se enfocan en el comportamiento de las macromoléculas, particularmente el ARN,

y el comportamiento de sistemas complejos.

Sin embargo, sí se está de acuerdo que todos los organismos existentes comparten ciertas

características, incluyendo la estructura celular y el código genético; los que estarían

relacionados con el origen de la vida. (Para los científicos que consideran a los virus como seres

vivos, si bien los mismos no tienen una estructura celular, evolucionaron a partir de organismos

que sí las poseían, probablemente comportándose originalmente como transposones).

ASCENDENCIA COMÚN

A partir de las diferentes semejanzas y relaciones entre los diferentes organismos, los científicos

interpretan que ellas indican y serían la evidencia de que todos los seres vivosexistentes

compartirían un "ancestro común universal", el cual ya había desarrollado los procesos celulares

más fundamentales; aunque no hay acuerdo en la comunidad científica sobre la exacta relación

específica de los tres dominios de la vida (Archaea, Bacteria, Eukaryota). Siendo la teoría del

ancestro común universal, la descripción de un probable e importante capítulo de la historia

evolutiva de la vida.

Así, a pesar de que los orígenes de la vida nos son todavía desconocidos en su totalidad, otros

hitos relacionados a la historia evolutiva de la vida sí son bien sabidos. La aparición de la

fotosíntesis oxigénica (hace alrededor de 3000 millones de años) y el posterior surgimiento de

una atmósfera rica en oxígeno y no reductora, puede rastrearse a través de depósitos laminares

de hierro, y bandas rojas posteriores producto de los óxidos de hierro. Éste fue un requisito

necesario para el desarrollo de la respiración celular aeróbica, la cual se cree que emergió hace

aproximadamente 2000 millones de años. En los últimos mil millones de años, organismos

pluricelulares simples, tanto plantas como animales, comenzaron a aparecer en los océanos.

Poco después del surgimiento de los primeros animales, la explosión cámbrica (un período breve

en términos geológicos de diversificación animal sin paralelo y notable, documentado en los

fósiles encontrados en los sedimentos en Burgess Shale) vio la creación de la mayoría de

los bauplans, o plan tipo, de los animales modernos. Hace alrededor de 500 millones de años, las

plantas y hongos colonizaron la tierra, y fueron seguidos rápidamente por los artrópodos y otros

animales, llevando al desarrollo de los ecosistemas terrestres con los que estamos

familiarizados.

Microevolución y Macroevolución

Microevolución es un término usado para referirse a cambios de las frecuencias génicas en

pequeña escala, en una población durante el transcurso de varias generaciones. Estos cambios

pueden deberse a un cierto número de procesos: mutación, flujo génico, deriva génica, así como

también por selección natural. La genética de poblaciones es la rama de la biología que provee

la estructura matemática para el estudio de los procesos de la microevolución, como el color de

la piel en la población mundial.

Los cambios a mayor escala, desde la especiación (aparición de una nueva especie) hasta las

grandes transformaciones evolutivas ocurridas en largos períodos de tiempo, son comúnmente

denominados macroevolución (por ejemplo, los anfibios que evolucionaron a partir de un grupo

de peces óseos). Los biólogos no acostumbran hacer una separación absoluta entre

macroevolución y microevolución, pues consideran que macroevolución es simplemente

microevolución acumulada y sometida a un rango mayor de circunstancias ambientales. Una

minoría de teóricos, sin embargo, considera que los mecanismos de la teoría sintética para la

microevolución no bastan para hacer esa extrapolación y que se necesitan otros mecanismos. La

teoría de los equilibrios puntuados, propuesta por Gould y Eldredge, intenta explicar ciertas

tendencias macroevolutivas que se observan en el registro fósil.

Teorías sobre el origen de la vida.Publicado en septiembre 10, 2012de oggisioggino

La antigua teoría de la “generación espontanéa”, dominó el

pensamiento científico por casi 2000 años: fue difícil poner en duda el

pensamiento aristotélico en este campo también, visto que había sido aceptado

por la iglesia .

Aristóteles (Estagira, península Calcídica 384 a.C. – Calcis, isla de Eubea 322

a.C.)

Filósofo griego.

Su teoría es la de la “generación espontánea”:

El creía que la vida podía haber aparecido espontáneamente, a partir de

materiales inertes. En su hipótesis supone que ciertas porciones de materia

contienen un “principio activo” capaz de producir un ser viviente en condiciones

adecuadas, no era una sustancia, más bien una capacidad para la acción. Este

concepto explicó, en aquella época, porque de un huevo se podía desarrollar un

ser vivo. Para el también la luz, el sol, la carne en putrefación y el barro podían

tener estos principios activos

Paracelso (Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim; Ensiedeln, Suiza, 1493-Salzburgo, actual Austria, 1541)Médico y alquimista suizo.Apoyando la “generación espontanéa”, la describió en ratones, ranas, anguilas y tortugas, generados a partir de agua, aire, paja, maderas en descomposición y otros materiales.

Jan Baptiste Van Helmont(Bruselas,Bélgica 1579 – Vilvoorde, Bélgica 1644)Químico flamenco (Flandes).Sus estudios de la “generaciónespontanéa” culminan con la receta para producir ratones en 21 días, partiendo de una camisa sucia en contacto con granos de trigo, con la creencia de que el sudor humano de la camisa sucia era el pricipio activo.Francesco Redi (Arezzo,Italia 1626 – Pisa,Italia 1698)Naturalista, médico y poeta italiano.Biogénesis: la vida se genera solo de la vida.

En su libro “Experimentos de la generación de los insectos” se pregunta porque,

en el transcurso del tiempo, después de se habían producidos las primeras plantas

y animales, en el comienzo de la vida en la Tierra, por orden de Dios (visto que en

la época el origen de la vida siempre era “por obra y gracias de Dios”, sin

discusiones ), nunca se ha vuelto a producir un tipo de plantas o animales, ya sea

perfecto o imperfecto.

Su experimento derivó de la observación de la presencia de gusanos sobre

cuerpos muertos y su finalidad era demostrar que los gusanos no se generaban

espontáneamente. El experimento consistió en poner en ocho frascos grandes de

boca ancha, algunos tipos de carne de animales muertos (peces, anguilas,

serpientes y ternera); dejó cuatro frascos abiertos y selló a los otros. A los pocos

días se podian ver moscas y gusanos en los frascos abiertos, mientras que en los

frascos cerrados no habia ninguna “generación” de animales.Esto no fue suficiente

para acabar con la teoría de la generación espontanéa.

Anton Van Leeuwenhoek (Delft, Países Bajos 1632 – Delft 1723)

Comerciante y científico neerlandés.

Perfeccionó un microscopio simple y gracias a él descubrió la existencia de

pequeños organismos, nunca vistos antes (las bacterias), que pululaban en las

diferentes substancias examinadas, pero no tomó partido para una u otra teoría,

dejando a los demás las especulaciones sobre el origen de estos organismos.

John Needham (Londres, Inglaterra1713 – Bruselas, Bélgica 1781)

Sacerdote y biólogo inglés.

En sus experimentos calentó líquidos que contenían pequeñas partículas de alimento (caldo de pollo, jugos vegetales) en tubos de ensayo, los selló y volvió a calentarlos: a los pocos días se podía observar que el

caldo pululaba de organismos, dando así nueva fuerza a la teoría de la “generación espontanéa “.Lazzaro Spallanzani (Scandiano, Italia 1729 – Pavía, Italia 1799)

Biólogo italiano.

Apoya la “Biogénesis” . Su esperimento consistió en repetir el de Needham, pero

usando un matraz, donde nunca se volvian a desarrollar los microorganismos,

hasta que se rompía el cuello del matraz dejando el caldo espuesto al aire.

Spallanzani decía que Needham no había usado la temperatura adecuada para

destruir los microorganismos que contaminaban los recipientes, al que Needham

contestó que la prolongada ebullición había destruido cualquier fuerza vital

presente en los caldos y otros contestaron a Spallanzani que sellar el matraz

evitaba que el aire, considerado una fuerza vital, entrara en el y permitiera la

generación espontanéa.

Louis Pasteur (Dole, Francia 1822 -Saint Cloud, Francia 1895)

Químico y bacteriólogo francés.

Con Pasteur se acabaron las discusiones sobre las dos teorías. Su esperimento

se basa en demostrar que el caldo hervido y en contacto con el aire no genera

microorganismos. Logró esto usando un matraz con el cuello modificado en forma

de S: el caldo hervido hasta ser esterilizado no producia microrganismos y estaba

a contacto con el aire porque el matraz no estaba sellado. Solo cuando se

inclinaba el matraz de modo que un poco de caldo llegara al doblez de la S, el

caldo se contaminaba con los microorganismos. Con esto se demostró que no era

el contacto caldo-aire el que generaba los microorganismos, sino los mismos

organismos presentes en el aire daban origen a otros microorganismos en el

caldo.

Demostró la teoría de la Biogénesis definitivamente visto que sólo un organismo

vivo puede generar otro en las condiciones actuales de nuestro planeta.

Después de eso hubo que elaborar otras teorías sobre la aparición de la vida

terrestre en el período Proterozoico (entre 2500 y 600 millones de años atrás).

La formación de la Tierra ocurrió hace más de 4600 millones de años: las

temperaturas eran muy elevadas, el planeta no era sólido, cuando empezó el

enfriamento y la superficie se solidificó, seguia una violenta actividad volcanica

que expulsaba gases del interior de la Tierra, formando una primitiva atmósfera ya

con grandes cantidades de vapor de agua que, con el enfriamiento se condensó

formando las lluvias que formaron los océanos en los lugares bajos. En estos

océanos se acumularon las sales y minerales disueltos por las lluvias.

La atmósfera primitiva pudo haber estado formada por vapor de agua, metano,

amoníaco e hidrógeno libre que son las fuentes de elementos encontrados hoy en

los organismos vivientes: carbono, oxígeno y nitrógeno. Con esto resalta el hecho

que ningún organismo que necesitara oxígeno para vivir, pudo existir en aquel

entonces. Esencial fue la falta de la capa de ozono, por la ausencia del oxígeno

libre, que permitió que los rayos ultravioletas pudieran pasar libremente,

suministrando la energía para los procesos fotoquímicos. Otras fuentes de energía

eran las descargas eléctricas de los relámpagos, rayos cósmicos y el calor

producido por las intensas actividades volcánicas.

Teoría de los coacervados: Propuesta por el bioquímico ruso Oparín (1894-

1980).

En 1938 en su libro “El origen de la vida sobre la Tierra” propuso como modelo

para explicar las formas precelulares, un tipo especial de gotas diminutas de

materia orgánica llamadas coacervados (del latín, agruparse). Los coacervados

son agrupaciones de moléculas de protéinas o sustancias parecidas a las

proteínas que se mantienen juntas formando gotas diminutas en medio del líquido

circundante. En ese “caldo” se formarían los ácidos nucleicos por recombinación

de elementos en el interior de la primera célula que hubo en este mundo, todo eso

gracias a la energía de las radiaciones ultravioletas y a las descargas electricas.

También el biólogo ingles Haldane (1892-1964), por su cuenta, habló del “caldo

primordial”, el océano terrestre ya formado, como el lugar de donde surgió la vida,

gracias a la presencia de moléculas orgánicas ya formadas debido a las

condiciones químico-físicas del eso tiempo.

Harold Urey (1893-1981), químico y Premio Nobel estadounidense, sostuvo

también que radiaciones cosmicas, solares y la radioactividad fueron las fuentes

necesarias para que ocurrieran las reacciones entre los gases de la atmósfera

primigenia.

Basandose en esta suposición Stanley Miller (1930-2007), unos de sus

alumnos en la Universidad de Chicago, preparó un experimento en 1953. Diseño

un sencillo equipo de tubos de pyrex cerrados al vacío, a través del cual hizo

circular vapor de agua procedente de un recipiente con agua en ebullición,

conectado con el aparato. Introdujó también los gases de la atmosféra primitiva,

quiere decir amoníaco, metano e hidrógeno y, durante una semana los sometió a

la acción de chispazos eléctricos, cuya energía era equivalente a la de los

relámpagos y rayos ultravioletas de la Tierra en su origen.

Al final del experimento, Miller examinó el contenido del líquido, incialmente

incoloro, y ya rojizo. En el líquido encontró compuestos que no estaban presentes

al principio. Eran compuestos similares a los aminoácidos constituyentes

fundamentales de las proteínas.

Los aminoácidos de Miller son los mismos que predominan en las proteínas de los

organismos que nos rodean.

En 1961 el Premio Nobel, Melvin Calvin (1911-1997) químico estadounidense

logró producir compuestos precursores de la vida, incluso azúcares : utilizó

electrones acelerados en un ciclotrón envez de las descargas eléctricas de Calvin

y los disparó contra una mezcla de metano, amoníaco, hidrógeno y vapor de agua

y con eso creó azucares, urea, ácidos grasas y otros compuestos además de

aminoácidos.

En otro experimento logró producir adenina, la primera de las cuatro bases del

ADN.

Sidney Fox (1912-1998) bioquímico estadounidense de la Universidad de la

Florida, con una fuente de calor de mil grados centígrados realizó experimentos

similares a los de Calvin para comprobar la idea de que el calor podría haber

proporcionado la energía para que se reunieran las moléculas simples formando

macromoléculas más complejas en el caldo orgánico, de la Tierra primitiva,

llegando así a la formación de la vida.

Estos experimentos y otros succesivos , se basan en la teoría quimiosintética del

origen de la vida, que hoy en día es universalmente aceptada .

El Origen de la Vida

Hace cuatro mil millones de años la Tierra era una bola incandescente con la superficie apenas cubierta por una leve costra continuamente destrozada por la frecuente caída de los meteoritos que en aquella época aún poblaban el sistema solar.

Ninguna forma de vida actual hubiera sido capaz de sobrevivir en su superficie, pero en aquel caos continuo provocado por constantes erupciones volcánicas, geíseres y bombardeo de meteoritos y rayos cósmicos, se encontraban presentes todos los elementos necesarios para la vida.En los lugares donde la corteza terrestre había tenido tiempo de solidificarse y enfriarse algo se podían llegar a producir precipitaciones de lluvia formando charcas y lagos de un líquido que no era agua precisamente, sino una mezcla de agua, amoníaco, metano, ácidos y sales en suspensión. Más adelante se unieron a esta atmósfera gases como monóxido y dióxido de carbono y nitrógeno.Todo ello, con el continuo aporte de energía por parte del sol y la temperatura interna del planeta, producía reacciones químicas que generaban moléculas de un cierto grado de complejidad como formaldehido, ácido prúsico, glicinas y alcoholes. También se formaban otras muchas substancias complejas pero en mucha menor proporción, y con el tiempo la atmósfera primitiva contuvo ingentes cantidades de moléculas complejas.Poco después ya no teníamos un caldo de átomos, sino un caldo de moléculas de bastante complejidad. Los sucesivos hervores, las erupciones volcánicas, las descargas eléctricas de los rayos bombardeando ese caldo de moléculas hizo que de vez en cuando muchas de estas moléculas fueran destruidas pero también hizo que se formaran, por azar, algunas moléculas más complejas.El aporte energético era tan grande que las sustancias simples tendían a reagruparse con tanta o más rapidez que las complejas en destruirse, por eso a lo largo de millones de años el caldo fue conteniendo cada vez una mayor proporción de sustancias complejas.El azar producía nuevas moléculas, millones de combinaciones cada día en todo el planeta, las moléculas más inestables eran destruidas con rapidez, las más estables perduraban por más tiempo, las más

simples eran usadas en nuevos experimentos, uno tras otro, día tras día, año tras año, milenio tras milenio.Pero por muy complejas que fueran esas moléculas seguían siendo moléculas inertes, hubieron de pasar cientos de millones de años de experimentos para que por azar surgiera una molécula capaz de autoreplicarse.Durante casi mil millones de años se había preparado un complejo caldo de cultivo y en ese caldo aquella primera molécula autoreplicante tuvo alimento y energía suficientes para reproducirse durante cientos de generaciones, hasta cubrir la totalidad de la extensión de los mares.Ahora teníamos una molécula capaz de tomar otras moléculas más pequeñas de su entorno para autoreplicarse. Apenas necesitó unos cientos de generaciones, quizás menos de un mes, para extenderse por todas las zonas del planeta donde pudiera encontrar alimento y energía. Fue la primera explosión demográfica del planeta y continuó hasta que fueron tantas moléculas que se hizo difícil encontrar alimento para todas ellas.Cuando esto ocurrió ya eran trillones las moléculas idénticas que se habían formado.Pero la autoreplicación no siempre se producía en condiciones adecuadas. A veces faltaba algún alimento, alguna sustancia necesaria para la replicación y eso hacía que fallara. Los componentes de aquel fracaso servían de alimento para otras replicaciones, al fin y al cabo eran trillones. Algunas veces el error que se producía no suponía la destrucción de la molécula, ésta era capaz de reproducirse en las mismas condiciones que su progenitora aunque una sutil diferencia podía representar una ligera ventaja o desventaja con respecto a las demás moléculas de su entorno.Eran trillones de moléculas en todo el mundo intentando reproducirse dos o tres veces al día. Casi todas esas replicaciones eran correctas, pero había fallos, quizás una de cada mil replicaciones. De esos

fallos la mayor parte eran inviables pero unos pocos, quizás uno cada cien millones de errores, provocaban una molécula que también era capaz de autoreplicarse. Pero era una molécula distinta, no mejor ni peor, pero en determinadas condiciones podía ser más fuerte, más estable, o más capaz de replicarse sin errores.Cuando una molécula tenía una cierta ventaja tendía a reproducirse más, por eso las moléculas que aprovechaban mejor alguna característica de su entorno, que eran más fuertes o estables, o que se reproducían con más eficiencia acababan sustituyendo a las más simples y frágiles. Así fue como comenzó la evolución de las especies, aunque sólo había una única molécula (aún no ser vivo) evolucionando.Millones, billones, trillones de experimentos más tarde, surgió una molécula capaz de rodearse de una membrana dando lugar a la primera célula procariota.Anteriormente ya habían surgido por azar moléculas que se rodeaban de una membrana. Pero la composición de esa membrana era demasiado fuerte, demasiado impermeable, demasiado frágil o demasiado lo que sea para que resultara útil. Aquellos experimentos fracasaron.Cuando uno de aquellos trillones de experimentos tuvo éxito apareció la primera célula procariota de la historia, más parecida a una bacteria que a una célula de las que componen nuestros cuerpos, pero ya un ser vivo capaz de reaccionar a su entorno, protegerse de condiciones adversas, alimentarse y reproducirse.Mucho más capaz que las moléculas autoreplicantes que poblaban el planeta, la primera célula procariota se reprodujo una y otra vez produciendo la segunda explosión demográfica de la historia.La expansión de la vida no eliminó a las moléculas autoreplicantes, aún hoy en día siguen existiendo como virus y otras formas prebióticas, pero el planeta ya no era de las moléculas, sino de las células.Seguían siendo células procariotas, es decir, simple material genético envuelto en una membrana, tal como lo que hoy en día es el núcleo de una célula. Pero su

grado de complejidad produjo dos efectos contrapuestos. Por un lado la célula era tan compleja que distintas partes de la molécula actuaban en condiciones diferentes lo que hacía que fuera más adaptable a su entorno. Por otro su complejidad producía errores de replicación con más frecuencia que en el caso de las moléculas. La mayor parte de estos fallos provocaban la destrucción de la célula, pero otros fallos suponían pequeños cambios en su diseño. A veces ese cambio suponía una ventaja, otras veces era un cambio perjudicial y en ocasiones era totalmente neutro. Con el tiempo llegó a haber muchas versiones diferentes de la célula original, cada una con diferentes probabilidades de supervivencia en diferentes entornos.En aquella época había millones de hábitats posibles, algunas células eran más capaces de sobrevivir en unos que en otros lo cual llevó a la primera especialización de la vida, distintos hábitats y distintas células pintando los colores del primer cuadro de la vida en la Tierra.Había células capaces de tomar determinados compuestos y convertirlos en aminoácidos. Otras podían usar la energía del sol para fabricar azúcares. Otras células, en fin, podían ensamblar los aminoácidos para fabricar proteínas.La actividad de cada célula era inconsciente y caótica, pero lo que hacía cada una era dirigirse a los lugares donde podía sobrevivir mejor. Los desechos de unas podían servir de alimento a las otras, era inevitable que al cabo de poco tiempo surgieran agrupaciones de dos o más células procariotas para formar una colonia con mayores posibilidad de supervivencia que las que tenían cada una por separado.Se formaron miles, millones de colonias, billones de experimentos condenados a fracasar.Pero entre todos aquellos fracasos algunas de esas colonias llegaron a encerrarse en una nueva membrana dando lugar a las primeras células eucariotas.

De toda aquella producción de células extrañas e inviables, las que no tenían posibilidades de supervivencia eran destruidas de inmediato, pero de vez en cuando surgía una combinación que tenía más posibilidades de supervivencia que sus congéneres. Estas células competían con ventaja contra sus antecesoras más simples y en pocas generaciones eran capaces de acabar con su anterior supremacía.La reproducción de aquellas primeras células seguía siendo delicada y se producían errores con bastante frecuencia. A veces unos componentes de la célula empezaban a replicarse antes que otros, lo que llevaba a la destrucción de la misma. Otras veces la célula mezclaba los cromosomas de distintos componentes de la célula y de ello salía algo totalmente distinto, una mutación. Casi siempre las mutacioes llevaban a la destrucción de las células pero algunas mutaciones eran capaces de seguir sobreviviendo y hasta de reproducirse generando una variedad diferente de la célula original. A veces se producían mutaciones beneficiosas, y eso hizo que las células descendientes fueran más capaces de sobrevivir que sus antecesoras.Con el tiempo se formaron células muy complejas, algunas de tamaños inusitados para nuestra experiencia, se han encontrado células fosilizadas que podían medirse ¡en centímetros!.La vida había estallado.

¿Qué probabilidades hay de que ocurra ésto?

Se ha dicho que la probabilidad de que del caldo primigenio surgiera una célula es algo tan remoto que resultaría absurdo siquiera imaginarlo.Y es cierto, lo que ocurre es que del caldo primigenio no surgió ninguna célula sino que se produjo una evolución paso a paso, escalón a escalón desde el cieno primordial hasta la célula pero pasando por diversos pasos intermedios.

Estos pasos eran claros, de un primer caldo primigenio surgió un segundo caldo más complejo. Y eso era inevitable, ahí no contaba para nada el azar.En aquel segundo caldo se formaron moléculas cada vez más complejas. También esto era inevitable.Apareció la primera molécula autoreplicante. Aquí nos encontramos por primera vez con el azar. Puesto que no queda ningún registro fósil no sabemos cómo sería aquella primera molécula. Sí sabemos que sería sumamente compleja pero mucho menos que un virus. La probabilidad de que esta molécula surgiera del caldo primigenio original era muy escasa. Hubiera sido más probable que surgiera del caldo primigenio que existió unos doscientos millones de años más tarde, pero muy poco más.Pero mientras más complejas eran las moléculas que albergaban los mares la aparición de dicha molécula era cada vez más probable. Podría haber tardado más o menos cientos de millones de años de experimentos químicos pero tarde o temprano la complejidad del caldo primigenio haría que la aparición de una molécula autoreplicante fuera un suceso casi seguro.Una vez aparecida la primera molécula autoreplicante, y alimentada por el complejo caldo primigenio, era inevitable que se reprodujese hasta habitar en todos los rincones de la Tierra. También que se encontrase con diversas condiciones medioambientales y que se produjesen errores en la replicación, dando lugar a una casi infinita variedad de moléculas, cada una con ciertas ventajas en determinados ambientes, cada una intentando encontrar una parcela que invadir.Los siguientes pasos resultan tan inevitables como los anteriores, aunque la probabilidad de producir la primera célula eucariota desde ese punto era muy baja, la evolución se produjo paso a paso, haciendo que cada millón de años hubiese algas y bacterias cada vez más complejas. Mientras más tiempo pasaba, más aumentaba la probabilidad de que aparecieran las células, hasta que llegó un momento en que la aparición de la primera célula era casi inevitable.

En ocasiones se ha dicho que la aparición de la vida en la Tierra es algo tan improbable como que un mono al teclado de una máquina de escribir y pulsando las teclas al azar pudiera escribir las obras completas de Chakespeare.Intentemos algo más simple: intentemos que un mono escriba la frase: "el hombre desciende del mono".Si tuviera que hacerlo al azar nos encontraríamos con una imposibilidad manifiesta: la frase citada tiene veinticuatro letras, para cada una de ellas existen veintiseis posibilidades lo que dará 26^24 combinaciones distintas, más o menos nueve mil quintillones. Si el mono escribiese una tecla por segundo necesitaría trillones de veces la edad del universo para escribir todas las combinaciones.Ahora bien, un mono puede aprender y si la máquina de escribir tiene un dispositivo que enciende una luz verde cuando el mono pulsa las letras correctas y una roja cuando pulsa letras que no forman parte de la frase, el mono puede aprender a evitar la 'a', la 'u' y las demás consonantes que no forman parte de la frase. Quedan pues las letras 'elhombrdscin', doce letras. Si el mono aprende a evitar las demás teclas, cosa que a nuestro mono le podría llevar unas cuantas horas, las combinaciones posibles serán 12^24, unos ochenta cuatrillones de combinaciones.Hemos avanzado algo, pero aún no lo suficiente.Dividamos ahora la frase en sílabas de dos o tres letras: "el hom-bre des-ci-en-de del mo-no". Cada vez que el mono escriba una de esas sílabas pulsaremos la luz verde, si escribe cualquier otra, una roja.Hay 12^3 (menos de dos mil) combinaciones posibles, en aproximadamente unas dos o tres horas el mono las habrá probado todas y ya sabrá cuáles son las diez sílabas correctas.La probabilidad de que el mono, escribiendo únicamente estas sílabas, llegue a escribir la frase completa es de una entre diez mil millones. Conseguir

que el mono escriba esa única combinación al azar requeriría unos pocos siglos, pero no vamos a esperar tanto. Lo que tenemos que hacer ahora es dividir la frase en cuatro partes: "el hombre-desci-ende-del mono". Tras probar las mil combinaciones posibles de tres sílabas, le habremos indicado al mono cuáles son las correctas. Y teniendo cuatro fragmentos de la frase, la probabilidad de teclearlas en el orden exacto es de una entre 256.Si el mono es bastante aplicado, el proceso podría haberle ocupado durante dos o tres días.

El orígen de la vida

En la historia del pensamiento biológico el origen de la vida ha sido de gran interés debido a las grandes controversias que se ha presentado a lo largo del tiempo, desde la época de Aristóteles hasta los actuales momentos ha sido un problema que ha ocupado la atención de los biólogos del mundo.

Han sido muchas las preguntas que se han hecho sobre el origen de la vida, como por ejemplo, ¿ cómo apareció por primera vez el material que tenía vida? , ¿cuándo y como se originó?, en realidad no se sabe con certeza, todos los relatos que sobre el origen del mundo , en las diferentes religiones y filosofías tratan sobre el tema: es tan complejo, teniendo en cuenta, que su discusión ha sido motivo de innumerables trabajos para tratarla en toda su amplitud.

 

 

Primeras teorías sobre el origen de la vida: Hace unos 2000 años el filósofo griego Aristóteles se ocupó del problema del origen de la vida. El creía que la vida podía haber aparecido espontáneamente, a partir de materiales inertes, esta es la tesis de la Generación Espontánea de la vida. Pero, ¿qué significa decir que la vida aparece espontáneamente?.

Uno de los primeros trabajos del cual se tiene información es el de la obra Metamorfosis de Ovidio, en la que se narra la repoblación del mundo después del diluvio universal, donde

se sembraban piedra y éstas se convertían en hombres, mientras que los animales surgían de las profundidades de la tierra. Luego el filósofo Lucrecio, decía que la tierra engendra vida al azar, donde se originaban grandes monstruos y bellas realizaciones que eran capaces de subsistir .

Aristóteles explicaba su hipótesis colocando como ejemplo, que los huevos fecundados contienen un “principio activo” capaz de producir un ser vivo siempre y cuando las condiciones sean las adecuadas, lo que quería decir que, para Aristóteles este principio activo era la capacidad para hacer algo de la misma manera que para nosotros la energía es la capacidad que existe para producir un trabajo; también decía que los insectos se desarrollaban a partir del rocío de la mañana, afirmó además, que los cangrejos y las salamandras surgieron del fango húmedo.

Estas creencias estaban basadas en observaciones poco cuidadosas aunque hoy día nos parece extrañas y raras, han sido de gran influencia en el progreso y estudio de la Biología. Sin embargo, la Teoría de la Generación Espontánea tenía sus debilidades, parecía que se aplicaba sólo a algunos organismos.

La primera persona que se atrevió a poner en duda la teoría de Generación Espontánea fue Francisco Redi . Médico italiano, realizó un experimento transcendental, que estaba dirigido especialmente a observaciones e ideas ya generalizadas que aparentemente apoyaban la teoría de la generación espontánea. Redi dijo:

“Aunque es motivo de observación diaria que un infinito número de gusanos se forman de 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 huevos para encontrar allí un medio nutritivo para su desarrollo”.

 

Para corroborar lo anterior, ideó el siguiente experimento: en cuatro envases de vidrio de boca ancha introdujo pedazos de carne de ternera, pescado, anguila y materia orgánica. Hizo lo mismo con otros cuatro frascos, a un grupo de frascos los tapó con un pedazo de lienzo fino y al otro grupo los dejó descubiertos, en su observación encontró que las moscas se congregaron en los frascos abiertos y pusieron huevos, en poco tiempo, aparecieron las larvas en todos los frascos que estaban descubiertos,

varias semanas después, Redi abrió los frascos cerrados y encontró carne podrida más no larvas.

Redi razonó de la siguiente manera:

Hipótesis: Si...las moscas se originan por generación espontánea ...

Predicción: Entonces... deben aparecer en la carne de ambos recipientes, tanto en el cubierto como en el descubierto.

Por lo tanto, la hipótesis de la generación espontánea, por lo menos en este caso no era válida; a pesar de los trabajos de Redi, muchas personas continuaban creyendo en la generación espontánea.

A pesar de lo simple del experimento, Redi marcó la pauta para el establecimiento del principio de la Biogénesis , que dice que “todo ser vivo proviene de otro ser vivo”.

Cuando comienza el siglo XIX ya se había comprobado que los reptiles, insectos y los gusanos no provenían de la materia en descomposición, ya que no fue fácil eliminar el concepto que se le dio al origen de la vida. El uso de un sistema óptico llamado microscopio por el holandés Anthon Van Leeuwenhock, que trabaja paralelamente a los experimentos que realizaba Redi, nos llevó a conocer el mundo de los microorganismos, la aparición de estos organismos en materia descompuesta, se le atribuyó al fenómeno de la generación espontánea, donde Leeuwenhoek dijo que provenían del aire.

En 1745, el Biólogo John Turbeeville Needham , realizó varios experimentos que explicó detalladamente para comprobar la hipótesis de la generación espontánea; trabajó con extractos de carne y otras infusiones, las cuales colocó en frascos cerrados herméticamente , los tapó con corchos y los sometió a calor, después de varios días observó que se reproducían muchos microorganismos. Needham trató de la misma manera gran variedad de líquidos y encontró que tenía los mismos resultados, el los explicó diciendo que en cada partícula de materia orgánica existe una “fuerza vital” que es la responsable de la aparición de las formas vivas y por lo tanto apoyó la hipótesis de la generación espontánea.

En l765, el científico italiano Lázaro Spallanzani , hizo los mismos experimentos de Needham, pero no pudo comprobar la generación espontánea, por lo que censuró sus experimentos y conclusiones. El observó que si sometía los caldos de vegetales y animales a altas temperaturas en recipientes cerrados herméticamente nunca se desarrollaban microorganismos. Spallanzani se dio cuenta, que debían cerrarse los envases herméticamente de modo que el aire no pudiera penetrar en ellos. Se dio cuenta que Needham tapaba con corcho los frascos y, estos permitían el paso del aire aunque fuera en pequeñas cantidades.

Spallanzani selló bien los frascos y obtuvo resultados de gran importancia, y encontró allí la fuente de error de Needham. Needham defendió sus argumentos diciendo que la prolongada y alta temperatura a que estaban sometidos los cultivos destruyen la fuerza vital contenida en los caldos así como en aire que se encontraba en los recipientes. Spallanzani no pudo refutar experimentalmente los argumentos de Needham.

Teoría de Pasteur: Experimentos que establecieron la idea de la biogénesis: En 1862, Louis Pasteur diseñó un experimento que acabaría con la controversia de la generación espontánea y planteó su hipótesis. “Si la generación espontánea necesita el contacto entre el caldo y el aire fresco, entonces al hervir el caldo y ponerlo en contacto con el aire libre de todas las partículas flotantes, aún deberá originar microorganismos”. Pasteur empezó a estudiar la fermentación alcohólica, después que unos fabricantes de vino le pidieron ayuda porque observaban que sus vinos se contaminaban obteniéndose vinos dulces y amargos.

Se entiende por fermentación alcohólica al proceso por el cual se produce alcohol a partir de una solución azucarada; demostró Pasteur que los responsables del proceso eran microorganismos que se llaman levaduras y ante la presencia de éstos se alteraba el proceso normal de la fermentación alcohólica.

Realizó experimentos donde colocó sustancias en algunos frascos , los hirvió y selló y mientras se mantenían cerrados no crecía nada, apenas se observaban crecer muchos microorganismos, y estos se podían eliminar por calentamiento, a este proceso se le conoce hoy día como Pasteurización.

Además de investigar la fermentación láctica y el proceso por el cual se hace el vinagre, encontró que la fermentación se producía por la contaminación con un microorganismo específico, y regulando su crecimiento para poder controlar las fermentaciones que producen.

Pasteur realizó varios experimentos, como por ejemplo: hirvió el caldo como antes, pero en lugar de tapar el frasco, convirtió el cuello de éste, en forma de S y alargado o en forma de cuello de cisne; él observó que el aire podía pasar a través del cuello del tubo hasta el recipiente y entrar en contacto con el caldo, pero la curvatura que le hizo al tubo le servía parar atrapar todas las partículas de polvo y las esporas de la materia.En los resultados experimentales ,encontró que el caldo de cultivo que se hallaba en el frasco con el cuello en forma de S no tenía microorganismos.

Esto parecía ser una prueba contundente para demostrar que para que la generación espontánea ocurriera, era imprescindible que existiera algo más que el simple contacto entre el caldo de cultivo y el aire.

Posteriormente Pasteur llevó unos matraces a las altas montañas (Monte Blanco) y otros los colocó en las faldas y pie de dichas elevaciones, allí rompió los picos de los matraces escuchando el silbido del aire al penetrar en los envases.

Mas tarde incubó los matraces en la estufa comprobando que a medida que se elevaba en altura los matraces se contaminaban menos, mientras que los matraces colocados al pie de la montaña aparecían plagados de microorganismos. Pasteur afirmó, que mientras mayor es la altura, el aire es mas puro y contiene menos partículas de polvo y por lo tanto habrá menos microbios adheridos a ellas.

Mientras más pensaba Pasteur en todas estas cosas, más se convencía de que el aire no podía ser un generador espontáneo: su opinión era que ya había microbios en el aire y que se manifestaban simplemente a la hora de ponerse sobre los objetos expuestos al aire.

En abril de l864, Pasteur hizo una demostración de sus experimentos con los balones que utilizó en todas sus experiencias ante un público numeroso, en cierto momento impresionó a todos los presentes dejando a oscuras la sala y permitiendo que se filtrara únicamente un rayo de luz, todos los presentes pudieron observar que en el aire flotaban partículas de polvo; donde Pasteur les explicó que también había microorganismos mezclados en esas partículas y que nadie podía ver a plena luz.

Resumió su demostración con estas palabras “nunca jamás podrá recuperarse la idea de la generación espontánea del golpe recibido con este sencillo experimento. ¡ Nunca !, jamás podremos afirmar, bajo las condiciones actualmente conocidas, que los seres microscópicos vienen a la existencia sin que haya otros gérmenes de su misma naturaleza que los generan”. Los numerosos asistentes respondieron con una gran ovación.

Aparecen algunas ideas contrarias a las de Pasteur: Otros investigadores (Pouchet, Joly y Musset) no estuvieron de acuerdo con Pasteur y decidieron repetir su experimento utilizando como caldo de cultivo una infusión de heno. Más tarde al igual que Pasteur subieron a las altas montañas de la región de los Pirineos, abriendo allí sus matraces y al incubar en la estufa la infusión de heno, pudieron observar después de varios días que estaban plagadas de microorganismos.

Podríamos preguntarnos ahora si el caldo de heno (infusión) tendría alguna propiedad distinta al caldo común utilizado por Pasteur, que hacía posible la generación espontánea de estos microorganismos.

En realidad, el experimento realizado por estos investigadores fue hecho correctamente y sus resultados son ciertos, pero eso no indica que la generación espontánea sea correcta. Lo que sucede es que según lo demostró posteriormente Tyndall, en el heno existe una espora de un microorganismo que es resistente al calentamiento y al incubar los matraces estos se multiplican.

Con esta última aclaración queda demostrado que Pasteur tenía toda la razón en cuanto a los microbios y su distribución en el aire.

Teoría de Oparín: El científico ruso Alexander Oparín explica la aparición de la vida a partir de la materia orgánica, en donde se presentó una larga evolución de las sustancias químicas, antes de que se originara la vida, él afirma que la vida había sido precelular. Todos los animales, las plantas y los microbios están compuestos por sustancias denominadas orgánicas e inorgánicas, de esta forma en la primera fase del origen de la vida tuvieron que formarse estas sustancias que después servirían para la formación de los seres vivos.Alexander Oparín propuso lo que él llamó la Teoría de la Coacervación , que dice que las sustancias proteicas formaban agregados en el caldo de primitivo, que tendía a formar simples membranas alrededor de ellas debido a la tensión superficial.La característica principal que diferencia a las sustancias orgánicas e inorgánicas, es que el carbono es el elemento fundamental, esto se comprueba si se calienta a altas temperaturas materia diferente, tanto vegetal como animal. El carbono se combina con otros elementos como el hidrógeno y el oxígeno, estos dos componentes forman el agua; el nitrógeno, que se encuentra en el aire y, el azufre, fósforo, etc.

El proceso de la evolución de nuestro planeta, en las aguas del océano mas primitivo, surgieron sustancias orgánicas complejas similares a las de las integradoras de los organismos de hoy día. La base de los organismos vegetales o animales es el protoplasma,

en donde se desarrollan los fenómenos vitales, éste se presenta como una gran masa semilíquida de color viscoso que está compuesta por agua, proteínas, otras sustancias orgánicas y sales inorgánicas.

El protoplasma es muy complejo en su organización, en primer lugar por su estructura concreta y en segundo lugar, por procesos físicos y químicos que en él se producen. Así que la materia viva está representada por organismos con una forma precisa y una organización armónica.

Oparín demostró que al mezclar dos soluciones de sustancias orgánicas de peso molecular elevado, como por ejemplo, una solución acuosa de jalea y otra similar de goma arábiga, encontró en que las dos son transparentes y homogéneas y producían pequeñas esferas de esta sustancia y que se encontraban distribuidas de forma uniforme, pero si se mezclan ambas soluciones éstas se enturbian y luego se toma una muestra y se observa al microscopio se notan unas gotas que están separadas por un filón divisorio, del medio que la circunda; por lo tanto si se mezclan soluciones de peso molecular elevado va a ocurrir lo mismo, sobre todo si se trata de las mismas proteínas, en esta caso se va a formar un agrupamiento de moléculas en algunas partes de la mezcla, estas gotas que se forman reciben el nombre de coacervados, proveniente del latín acervus, montón.

La mezcla de coloidales distintos y principalmente la mezcla de cuerpos protenoides primitivos en las aguas de la tierra, dio origen a la formación de los coacervados, cuando estos se forman se ubican en determinados puntos del espacio, cada coacervado adquiere cierta individualidad. Gracias a esta separación del medio, se creó la dialéctica entre el organismo y el medio, esto fue un factor decisivo en el origen de la tierra y su desarrollo y con la formación de coacervados la materia orgánica adquirió cierta estructura.

Si sometemos a los coacervados y al líquido que le circunda a un análisis químico, se aprecia que toda la sustancia coloidal, gelatina y goma arábiga, queda concentrada en los coacervados y no quedan en el medio moléculas de la sustancia; los coacervados tienen la propiedad que dentro de ellos, están tan concentrados que pareciera que es una solución de agua de gelatina y goma arábiga y no al contrario.

Una propiedad importante de los coacervados es que, a pesar de que su estado es líquido tiene una estructura determinada, las partículas coloidales y las moléculas que los forman no aparecen en forma desordenada sino que presentan una determinada colocación entre ellas mismas y el espacio existente. 

A principios de 1950, Stanley Miller, organizó un aparato en el que introdujo gases como el amoníaco, metano e hidrógeno, lo mismo que agua, que se mantenía en ebullición en un frasco, tanto, la ebullición como la condensación mantuvieron las sustancias circulando por todo el aparato, en ese mismo momento dos electrodos producían descargas eléctricas de forma periódica en otro recipiente. Cuando el material que se encontraba en los recipientes había circulado durante algún tiempo, se recolectó un residuo en una “trampa”, en este residuo había varios aminoácidos, ácido succinico y otros compuestos orgánicos; luego otros investigadores utilizando procedimientos similares a los de Miller

y cambiando las sustancias reaccionantes produciendo componentes simples de los ácidos nucleicos y ATP.

Se formaron moléculas orgánicas entre las que se destacaron cetonas, aldehídos y ácidos, pero lo más importante de todo fue que se sintetizaron aminoácidos. Dado que las proteínas son indispensables para la estructura y el funcionamiento de las células vivas, la formación de aminoácidos en las condiciones que prevalecieron teóricamente en la atmósfera primitiva del planeta brindó apoyo a la hipótesis de Oparín. (Ver imagen)

El profesor Sidney W. Fox ha ido más allá basado en la idea del coacervado de Oparin; el ha mostrado que las proteínas producidas térmicamente forman esférulas con un diámetro más o menos similar al de una célula bacteriana, al igual que los coacervados, las esféricas están separadas del medio externo por una capa superficial; La formación de esta capa seguida más tarde por una membrana no sólo ofrecía protección a la molécula sino que también la mantenía en contacto la una con la otra aumentando la probabilidad de reacciones químicas entre sí.

Igualmente encontró en sus experiencias en el laboratorio que la misma forma en que se sintetizaban los aminoácidos, se podían obtener las bases nitrogenadas y que sometiéndolas a calor se iba formando la molécula de ARN, con esto comprobó que el material genético no necesita de enzimas y que es autocatalítico.

Este material genético debe haber sido recubierto por los coacervados , para incorporarlo y originar los cromosomas de ARN, de esta forma se inician las primeras células procariotas, sin núcleo definido.

Fox. Demostró que la luz ultravioleta puede inducir la condensación de aminoácidos a dipéptidos y, después, con calor moderado y seco observó que también podía polimerizar aminoácidos para producir polipétidos cortos. El descubrimiento más interesante es que el ácido polifosfórico fomentaba la producción de polímeros, resultando un tanto análogo a la función de ATP durante la síntesis de proteínas.

Melvin Calvin, en 196l, logró la formación de materias orgánicas ( aminoácidos, azúcares, urea, ácidos grasos) mediante el bombardeo en el cilotrón, de una mezcla de gases semejantes a los que se encontraría en la atmósfera primitiva. Otros científicos han argumentado que tanto los ácidos nucleicos como las proteínas fueron requeridos simultáneamente para el origen de un linaje celular que sobrevivió y evolucionó, una vez que se forma un patrón, un grupo de catalizadores y una membrana envolvente, éstas, seleccionaron del medio las moléculas orgánicas necesarias para sobrevivir, y al agotarse los nutrientes del caldo primitivo, hubo una selección, y surgen las primeras células

fotosintéticas capaces de utilizar el dióxido de carbono y la luz solar.

Al acumularse el oxígeno, surgen las primeras células heterótrofas capaces de utilizar oxígeno, se dice que de las autotrofas surgieron los procariotas heterotrofos y autotrofos, las eucariotas se desarrollaron a partir de las procariotas que obtienen su energía de la fermentación.

Los procariotas autotrofos, son llamados también procariotas quimiosintéticos son capaces de asimilar el dióxido de carbono y la luz solar, viven en ausencia de oxígeno y en la oscuridad realizan la fermentación.

Los procariotas fotosintéticos se originaron probablemente de los procariotas quimiosintéticos y desarrollaron la capacidad de asimilar el carbono mediante la fotosíntesis; para la producción de carbohidratos ricos en energía es necesario que exista el agua, la luz y el dióxido de carbono. Se presume que el oxígeno que apareció en la atmósfera proviene del proceso fotosintético y es posible que esto permitió la evolución de los organismos aeróbicos. 

Organización de los coacervados y su capacidad autoduplicativa; Cómo se ha visto hasta ahora, la materia orgánica se reunió formando las esférulas de los coacervados, aunque poseen características similares a las de una célula es mucho lo que falta por estudiar para afirmar que estamos en presencia de una estructura viviente verdadera y de tipo celular.

Los científicos pueden lograr formar los coacervados en los laboratorios, pero para llegar a formar un organismo viviente pluricelular es bastante el trecho que hay que recorrer.

Las esférulas no controlan ni dirigen su formación, división y crecimiento sino que dependen de condiciones ambientales exteriores. Es posible que las esférulas se formen de manera más complicada y su capa superficial constituya una verdadera membrana que la aisle del medio en forma más eficiente del contenido del coacervado.

Las esférulas no se encontrarían influidas por los cambios ambientales y podrían desarrollar sistemas de autocontrol que regularan todas sus actividades, estos sistemas en los seres vivos actualmente son las enzimas y los ácidos nucleicos. Los seres vivos mantienen un equilibrio dinámico con su ambiente, esto quiere decir que cuando se realiza algún cambio ambiental desde el punto de vista fisico-químico, los seres vivos tienen en su estructura mecanismos para mantener su medio interno constante y no mueran.

Todas las hipótesis y teorías evolucionistas que tratan de explicar la formación de los primeros compuesto orgánicos y de las primeras formas de vida coinciden en que este hecho ocurrió en los mares primitivos y las razones para afirmar esto son las siguientes:

1.- El agua y las sales con componentes necesario de los seres vivos, por lo que afirmaron que los mares están formados precisamente de estos compuestos.

2.- El agua es el solvente universal

3.- El agua es una molécula que está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno.

4.- Es una molécula polar, es decir, la distribución de los electrones en la estructura es irregular, originando dos polos positivos constituidos por los hidrógenos, y un polo negativo en el oxígeno.

El agua tiene las siguientes propiedades:

Conductividad eléctrica, esto quiere decir que es capaz de conducir electricidad

Alto calor específico, se requiere de mucho calor para calentar el agua, la temperatura tiende a permanecer constante o cambia poco a poco.

Punto de ebullición y fusión; dificulta que el agua cambie de estado dentro del cuerpo - densidad característica; 1g/cc.

- tensión superficial; facilita su ascenso a través de los capilares.

Historia de la vidaEste artículo trata sobre los procesos de la evolución de la vida. Para el pensamiento evolucionista,

véase Historia del pensamiento evolucionista.

Parte de la serie de

Evolución biológica

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La historia de la vida en la Tierra pretende narrar los procesos por los cuales los organismos

vivos han evolucionado, desde el origen de la vida en la Tierra, hace entre 3   800  millones de

años y 3   500  millones de años, hasta la gran diversidad y complejidad de formas, fisiología y

comportamiento que conocemos en la actualidad, así como los avatares que, en forma de

catástrofes globales, cambios climáticos o uniones y separaciones de continentes y océanos, han

condicionado su desarrollo. Las similitudes entre todos los organismos actuales indican la

existencia de un ancestro común del cual todas las especies conocidas se han diferenciado a

través de los procesos de la evolución.1

Los organismos dominantes de la vida en el Arcaico temprano fueron bacterias y arqueas, que

coexistieron formando alfombras microbianas(también conocidas como «tapetes» o «esteras

microbianas») y estromatolitos, y muchos de los pasos más importantes en la evolución temprana,

se cree que han tenido lugar dentro de ellos.2 La evolución de la fotosíntesis oxigénica, alrededor

de hace 3   500  millones de años, condujo a laoxigenación de la atmósfera, que comenzó hace

alrededor de 2   400  millones de años.3 La evidencia más temprana de los eucariotas (células

complejas con orgánulos), data de hace 1   850  millones de años,4 5 y si bien pueden haber estado

presente antes, su diversificación acelerada comenzó cuando empezaron a utilizar el oxígeno en

su metabolismo. Más tarde, alrededor de 1   700  millones de años, los

organismos multicelularescomenzaron a aparecer, con la diferenciación celular que realizan

funciones especializadas.6

Las primeras plantas terrestres datan de alrededor de 450 millones de años,7 aunque la evidencia

sugiere que la espuma de algas se formó en la tierra tan pronto como hace 1   200  millones de años.

Las plantas terrestres tuvieron tanto éxito que se cree que han contribuido a la extinción del

Devónico tardío.8 Los animales invertebrados aparecen durante el período Ediacárico,9 mientras

que los vertebrados se originaron hace alrededor de525 millones de años durante la explosión

cámbrica.10

Durante el período Pérmico, los sinápsidos, entre los que se encontraban los ancestros de

los mamíferos, dominaron la tierra11 pero el evento de extinción del Pérmico-

Triásico hace 251 millones de años estuvo a punto de aniquilar toda la vida compleja.12 Durante la

recuperación de esta catástrofe, los arcosaurios se convirtieron en los vertebrados terrestres más

abundantes, desplazando a los terápsidos a mediados del Triásico.13 Un grupo de arcosaurios,

los dinosaurios, dominaron los períodos Jurásico y Cretácico,14 con los antepasados de los

mamíferos sobreviviendo sólo como pequeños insectívoros.15 Después del la extinción masiva del

Cretácico-Terciario hace 65 millones de años que acabó con los dinosaurios no aviarios16 los

mamíferos aumentaron rápidamente en tamaño y diversidad.17 Estas extinciones masivas pudieron

haber acelerado la evolución, proporcionando oportunidades para que nuevos grupos de

organismos se diversifiquen.18

La evidencia fósil indica que las plantas con flores aparecieron y se diversificaron rápidamente en

el Cretácico temprano, entre hace 130 millones de años y 90 millones de años, probablemente

ayudado por coevolución con los insectos polinizadores. Las plantas con flores y

el fitoplancton marino siguen siendo los principales productores de materia orgánica. Los insectos

socialesaparecieron alrededor del mismo tiempo que las plantas con flores. A pesar de que ocupan

sólo una pequeña parte del "árbol genealógico" de insectos, que ahora forman más de la mitad de

la masa total de los insectos. Los seres humanos evolucionaron de un linaje de los

primeros hominoideos erguidos cuyos fósiles datan de más de 6 millones de años. A pesar de que

los primeros miembros de este linaje tenían cerebros del tamaño de chimpancés, hay signos de un

aumento constante en el tamaño del cerebro después de unos 3 millones de años.

Índice

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1   Historia temprana de la Tierra

o 1.1   Tabla geológica de eventos principales

1.1.1   Notas

o 1.2   Introducción

2   Evidencia temprana de vida en la Tierra

3   Origen de la vida en la Tierra

o 3.1   La vida "sembrada" de otros lugares

o 3.2   Aparición independiente en la Tierra

3.2.1   Primer replicación: Mundo del ARN

3.2.2   Primer metabolismo: Mundo de hierro-sulfuro

3.2.3   Primeras membranas: Mundo lípido

o 3.3   Teoría de la arcilla

4   Medio ambiente e impacto de la evolución de las alfombras microbianas

5   Diversificación de eukaryotas

o 5.1   Plástidos

6   Véase también

7   Referencias

8   Enlaces externos

Historia temprana de la Tierra [editar]

Artículo principal: Historia de la Tierra.

Véase también: Geología histórica.

Tabla geológica de eventos principales [editar]

Eón nota1 1 Era Período nota1 2 Época

M. años atrá

snota1 3

Eventos principales

Fanerozoico

Cenozoico

Cuaternario nota1 4

Holoceno0,011784 *

Final de la Edad de Hielo y surgimiento de la civilización actual

Pleistoceno 2,588 *Ciclos de glaciaciones. Evolución de los humanos modernos. Extinción de la megafauna

Neógeno

Plioceno 5,332 *Formación del Istmo de Panamá. Capa de hielo en el Ártico y Groenlandia. Clima similar al actual.Australopitecos

Mioceno 23,03 *Desecación del Mediterráneo. Reglaciación de la Antártida

Paleógeno

Oligoceno33,9 ±0,1 *

Orogenia Alpina. Formación de la Corriente Circumpolar Antártica y congelación de la Antártida. Familias modernas de animales y plantas

Eoceno55,8 ±0,2 *

India colisiona con Asia. Máximo térmico del Paleoceno-Eoceno. Disminución del dióxido de carbono.Extinción de final del Eoceno

Paleoceno 65,5 Continentes de aspecto actual. Clima

±0,3 *uniforme, cálido y húmedo. Florecimiento animal y vegetal

Mesozoico

Cretácico

145,5 ±4,0 *

Máximo de los dinosaurios. Primitivos mamíferos placentarios. Extinción masiva del Cretácico-Terciario

Jurásico199,6 ±0,6 *

Mamíferos marsupiales, primeras aves, primeras plantas con flores

Triásico251,0 ±0,4 *

Extinción masiva del Triásico-Jurásico. Primeros dinosaurios, mamíferos ovíparos

PaleozoicoPérmico

299,0 ±0,8 *

Formación de Pangea. Extinción masiva del Pérmico-Triásico, 95% de las especies desaparecen

Carbonífero nota1 5

Pensilvaniense

318,1 ±1,3 *

Abundantes insectos, primeros reptiles, bosques de helechos

Misisipiense

359,2 ±2,5 *

Árboles grandes primitivos

Devónico

416.0 ±2,8 *

Aparecen los primeros anfibios, Lycopsida y Progymnospermophyta

Silúrico443,7 ±1,5 *

Primeras plantas terrestres fósiles

Ordovícico488,3 ±1,7 *

Dominan los invertebrados. Extinciones masivas del Ordovícico-Silúrico

Cámbrico 542,0 Explosión cámbrica. Primeros

±1,0 *peces. Extinciones masivas del Cámbrico-Ordovícico

Proterozoico

Neoproterozoico nota1 6

Ediacárico

635 *Formación de Pannotia. Fósiles de metazoarios

Criogénico 850 Tierra bola de nieve

Tónico 1000 Fósiles de acritarcos

Mesoproterozoico

Esténico 1200 Formación de Rodinia

Ectásico 1400 Posibles fósiles de algas rojas

Calímmico 1600 Expansión de los depósitos continentales

Paleoproterozoico

Estatérico 1800 Posible primer eucariota

Orosírico 2050 Atmósfera oxigénica

Riásico 2300 Glaciación Huroniana

Sidérico 2500 Gran Oxidación

ArcaicoNeoarcaico

2800

Fotosíntesis oxigénica. Cratones más antiguos

Mesoarcaico 3200 Primera glaciación

Paleoarcaico 3600 Comienzo de la fotosíntesis anoxigénica y

primeros posibles fósiles y estromatolitos

Eoarcaico4000 **

Primeras células. Primer supercontinente, Vaalbará.

Hadeico

Ímbrico nota1 7 4050 **

Fin del bombardeo de meteoritos

Nectárico nota1 7 4100 **

Grandes impactos en la Luna

Grupos Basin nota1

7

4150 **

Primeras moléculas auto-replicantes

Críptico nota1 7 4570 **

Formación de la Tierra

Notas [editar]

(*) Las fechas marcadas con un asterisco se han determinado radiométricamente y están basadas en acuerdos

internacionales con GSSP. El resto de las fechas se han fijado cronométricamente.

(**) Las fechas marcadas con dos asteriscos no son reconocidas por la ICS.

1. ↑  a) Los eones Hadeico, Arcaico y Proterozoico se agrupan en el Tiempo Precámbrico,

también denominado Criptozoico.

2. ↑  b) Los paleontólogos generalmente hacen referencia a la etapa faunal en lugar de los

períodos geológicos. La nomenclatura de etapas es bastante compleja. Véase "The

Paleobiology Database" (http://paleodb.org/) para obtener una lista ordenada por Etapas

faunales.

3. ↑  c) Todas las fechas se dan en millones de años para el inicio de la época en cuestión.

Las fechas son inciertas mostrando una leve diferencia con las fuentes en común. Esto se

debe a la incerteza del fechado radiométrico y el problema que depós que son susceptibles

de ser fechadas radiométricamente no siempre son examinados en el lugar exacto en la

columna geológica que se desea fechar.

4. ↑  d) Una reciente propuesta de la ICS pretendía eliminar el Cuaternario de la nomenclatura

y extender el Neógeno hasta el presente.

5. ↑  e) En América del Norte, el Carbonífero se subdivide en los

períodos Misisipiense y Pensilvaniense.

6. ↑  f) Descubrimientos hechos durante el último cuarto de siglo XX han cambiado

substancialmente la forma de ver los eventos geológicos y paleontológicos inmediatamente

anteriores al Cámbrico. La nomenclatura no se ha estabilizado. El

término Neoproterozoico es utilizado aquí, pero otros escritores podrían igualmente usar

otros términos como 'Ediacariano', 'Vendiano', 'Varangiano', 'Precámbrico',

'Protocambriano', 'Eocambriano', o podrían haber extendido el período de duración

del Cámbrico. Todos estos términos son considerados como un subconjunto

del Proterozoico más que como un período entre el Proterozoico y el Paleozoico.

7. ↑ a b c d g) Estas eras no son reconocidas formalmente por la Comisión Internacional de

Estratigrafía (ICS), (Véase: Global Boundary Stratotype Section and Point (GSSP) of the

International Commission of Stratigraphy, Status on 2009 y International Stratigraphic

Chart, 2008) sino que representan una propuesta que se inspira en la escala de tiempo

geológico lunar.W. Harland, R. Armstrong, A. Cox, L. Craig, A. Smith, D. Smith (1990). A

Geologic time scale 1989. Cambridge University Press.

Introducción [editar]

Los fragmentos más antiguos de meteoritos encontrados en la Tierra tienen

aproximadamente 4   540  millones de años; esto, asociado principalmente con la datación

de antiguos yacimientos de plomo, ha hecho que la edad estimada de la Tierra sea

próxima a este periodo de tiempo.19 La Luna tiene la misma composición que la corteza

terrestre pero no contiene un núcleo rico enhierro, como el de la Tierra. Muchos científicos

creen que unos 40 millones de años más tarde, un planetoide chocó contra la Tierra,

poniendo en órbita material de la corteza terrestre, el cual formó la Luna. Otra hipótesis

dice que la Tierra y la Luna comenzaron a juntarse al mismo tiempo, pero la Tierra, con

la gravedad mucho más fuertes, atrajo a casi todas las partículas de hierro del área.20

Hasta hace poco las rocas más antiguas encontradas en la Tierra eran de

hace 3   800  millones de años,19 lo cual hace que lo científicos se inclinen a creer que

durante décadas la superficie de la Tierra había sido fundida hasta entonces. En

consecuencia, llamaron a esta parte de la historia de la Tierra en el Eón Hadeico, cuyo

nombre significa "infierno".21 Sin embargo el análisis decircones formados

entre 4   400   a   4   000  millones de años indica que la corteza terrestre se solidificó

100 millones de años después de la formación del planeta y que el planeta rápidamente

adquirió los océanos y la atmósfera, que pudieron haber sido capaces de soportar la

vida.22

La evidencia en la Luna indica que entre hace 4   000   a   3   800  millones de años atrás sufrió

un bombardeo intenso tardío de los escombros que quedaron de la formación del Sistema

Solar, y la Tierra debió haber experimentado un bombardeo más intenso debido a

su gravedad más fuerte.21 23 Si bien no hay evidencia directa de las condiciones en la

Tierra de entre hace4   000   a   3   800  millones de años atrás, no hay ninguna razón para

pensar que la Tierra no se vio afectada por este bombardeo intenso tardío.24 Este evento

podría haber despojado a cualquier atmósfera y océanos que existiesen en ese momento;

en este caso los gases y el agua de los impactos de cometas pudieron haber contribuido a

su reemplazo, aunque también pudo haber contribuido al menos en la mitad la emisión de

gases volcánicos en la Tierra.25

Evidencia temprana de vida en la Tierra [editar]

Los primeros organismos fueron identificados en un corto periodo de tiempo y

relativamente sin rasgos, sus fósiles parecen pequeñas varillas, que son muy difíciles de

distinguir de las estructuras que surgen a través de procesos físicos abióticos. La más

antigua evidencia indiscutible de vida en la Tierra, interpretadas

como bacterias fosilizadas, datan de hace3   000  millones de años.26 Otros se encuentran

en rocas que datan de hace 3   500  millones de años, estas se han interpretado como

bacterias,27 con evidencia geoquímica también parece demostrar la presencia de la vida

hace 3   800  millones de años.28 Sin embargo, estos análisis fueron examinados de cerca, y

no se encontraron procesos no-biológicos que pudieran producir todos los "signos de vida"

de los que se han informado.29 30 Mientras que esto no pruebe que las estructuras

encontradas tengan un origen no biológico, no puede ser tomado como una clara

evidencia de la presencia de vida. Marcas geoquímicas en las rocas depositadas

hace 3   400  millones de años han sido interpretados como evidencia de vida,26 31 aunque

estas declaraciones no han sido completamente examinado por críticos.

Origen de la vida en la Tierra [editar]

Árbol filogenético mostrando la divergencia de las especies modernas de su ancestro común en el

centro.32 Los tres dominios están coloreados de la siguiente forma; las bacterias en azul, las archaeas en

verde, y las eucariotas de color rojo.

Véanse también: Evidencia de un antepasado común, Antepasado común y Homología

(biología).

La razón biológica por la que todos los organismos vivos en la Tierra deben compartir el

único último antepasado común universal, es porque sería prácticamente imposible que

dos o más linajes separados pudieran haber desarrollado de manera independiente los

muchos complejos mecanismos bioquímicos comunes a todos los organismos

vivos.33 34 Se ha mencionado anteriormente que las bacterias son los primeros organismos

en los que la evidencia fósil está disponible, las células son demasiado complejas para

haber surgido directamente de los materiales no vivos.35 la falta de evidencia geoquímica o

fósil de organismos anteriores ha dejado un amplio campo libre para las hipótesis, que se

dividen en dos ideas principales: 1) Que la vida surgió espontáneamente en la Tierra. 2)

Que esta fue "sembrada" de otras partes del universo.

La vida "sembrada" de otros lugares [editar]

Artículos principales: Panspermia, Vida en Marte, Paradoja de Fermi e Hipótesis de la Tierra

especial.

La idea de que la vida en la Tierra fue "sembrada" de otras partes del universo se remonta

al menos al siglo V a. C. 36 Esto fue propuesto en el siglo XX por el Fisicoquímico Svante

Arrhenius,37 por los astrónomos Fred Hoyle y Chandra Wickramasinghe,38 y por el biólogo

molecular Francis Crick y el químico Leslie Orgel.39 Hay tres versiones principales de la

hipótesis "semilla de otros lugares": 1) En otras partes de nuestro sistema solar a través

de choques de fragmentos en el espacio por el impacto de un gran meteorito, en cuyo

caso la única fuente creíble es Marte;40 2) Por visitantes extraterrestres, posiblemente

como resultado de una contaminación accidental por microorganismos que trajeron con

ellos,39 3) Fuera del sistema solar, pero por medios naturales.37 40 Los experimentos

sugieren que algunos microorganismos pueden sobrevivir al shock de ser catapultados

dentro del espacio y también que algunos pueden sobrevivir a la exposición a la radiación

durante varios días, pero no hay ninguna prueba de que puedan sobrevivir en el espacio

por períodos mucho más largos.40 Los científicos creen principalmente en dos ideas; sobre

la probabilidad de que la vida surgiera de forma independiente en Marte,41 o en otros

planetas en nuestra galaxia.40

Aparición independiente en la Tierra [editar]

Artículo principal: Abiogénesis.

La vida en la Tierra está basada en el carbono y el agua. El carbono proporciona un

sistema estable para las sustancias químicas complejas y pueden ser fácilmente extraídos

del medio ambiente, sobre todo del dióxido de carbono. El único elemento diferente con

propiedades químicas similares, es el silicio, este forma estructuras mucho menos

estables y, ya que la mayoría de sus compuestos son sólidos, sería más difícil de extraer

para los organismos. El agua es un excelente solvente y tiene otras dos propiedades

útiles: el hecho de que el hielo flota le permite a los organismos acuáticos sobrevivir

debajo del hielo en invierno, y sus moléculas son eléctricamente positivas y negativas, lo

que le permite formar una gama más amplia de compuestos de lo que otros solventes

pueden tener. Otros buenos solventes, como el amoniaco, sólo son líquidos a

temperaturas tan bajas que las reacciones químicas pueden ser demasiado lentas para

sustentar la vida y carecen de otras ventajas que posee el agua.42 Organismos basados en

la bioquímica alternativa puede ser de cualquier manera posible en otros planetas.43

La investigación sobre cómo la vida pudo haber surgido sin la ayuda de químicos no vivos

se centra en tres puntos de partida posibles: autorreplicación, la capacidad de un

organismo para producir crías que son muy similares a sí misma; el metabolismo,

capacidad para alimentarse y repararse a sí mismo; y membranas plasmáticas, lo que

permite que los alimentos entren y que salgan los desechos, pero excluye las sustancias

no deseadas.44 La investigación sobre la abiogénesis todavía tiene un largo camino por

recorrer, ya que los enfoques teóricos y empíricosestán empezando a entrar en contacto

unos con otros.45 46

Primer replicación: Mundo del ARN [editar]

Artículos principales: Último antepasado común universal e Hipótesis del mundo de ARN.

El replicador de prácticamente toda la vida conocida es el ácido desoxirribonucleico. La estructura del ADN

y la replicación de los sistemas son mucho más complejas que las del replicador original.35

Incluso los miembros más sencillos de los tres dominios modernos de la vida utilizan

el ADN para grabar sus "recetas" junto con un complejo conjunto de moléculas

de ARN y proteínas para "leer" las instrucciones y usarlos para el crecimiento de auto-

replicación y mantenimiento. Este sistema es demasiado complejo como para haber

surgido directamente de los materiales no vivos.35 El descubrimiento de que algunas

moléculas de ARN pueden catalizar su propia replicación y la construcción de proteínas,

lleva a la hipótesis de que las primeras formas de vida se basaban enteramente en el

ARN.47 Estas ribozimas pudieron haber formado un mundo de ARN en los que había

individuos, pero no especies, como las mutaciones y la transferencia horizontal de

genes que han hecho que los descendientes de cada generación sean bastante

propensos a tener genomas diferentes de los que sus progenitores empezaron.48 El ARN

más tarde fue sustituido por el ADN, que es más estable y por lo tanto puede construir

más genomas, ampliando la gama de capacidades que un solo organismo puede

tener.4849 50 Los ribozimas siendo uno de los principales componentes de ribosomas, de las

células modernas son "fábricas de proteínas".51

Aunque pequeñas moléculas auto-replicantes de ARN se han producido artificialmente en

laboratorios,52 se han planteado dudas acerca de dónde la síntesis biológica de ARN es

posible naturalmente.53 Los primeros "ribozimas" pudieron haber sido formados por

simples ácidos nucleicos como el ANP, TNA o GNA, que han sido sustituidos más tarde

por el ARN.54 55

En el 2003 se propuso que el sulfuro de metal poroso precipitado pudo haber ayudado a la

síntesis del ARN a unos 100 °C (212 °F) y a una presión del fondo oceánico cerca

de fuentes hidrotermales. En esta hipótesis, las membranas lipídicas serían los últimos

componentes importantes de las células en aparecer y hasta entonces las proto-células

serían confinadas a los poros.56

Primer metabolismo: Mundo de hierro-sulfuro [editar]

Artículo principal: Teoría del mundo de hierro-sulfuro.

Una serie de experimentos a partir de 1997 mostró que las primeras etapas en la

formación de proteínas a partir de materiales inorgánicos como el monóxido de

carbono y sulfuro de hidrógeno pueden lograrse mediante el uso de sulfuro de

hierro y sulfuro de níquel como catalizadores. La mayoría de los pasos requieren

temperaturas de 100 °C (212 °F) y presiones moderadas, aunque requiere una etapa de

250 °C (482 °F) y una presión equivalente de la que se encuentra al menos 7 kilómetros

(4,349598344 mi) debajo de la roca. Por lo tanto, se sugirió que la síntesis

de proteínas auto-sostenible pudo haber ocurrido cerca de las fuentes hidrotermales.57

Primeras membranas: Mundo lípido [editar]

     = Sección captor de agua de moléculaslípidas

     = Colas repelentes de agua

Sección transversal a través de un liposoma.

Se ha sugerido que la doble pared de "burbujas" de los lípidos, como los que forman las

membranas externas de las células pudo haber sido un primer paso esencial.58 Los

experimentos que simulan las condiciones de la Tierra primitiva han reportado la formación

de lípidos, y que estos pueden ser formados espontáneamente de liposomas, de doble

pared de "burbujas", para luego reproducirse a si mismas. A pesar de que no son

intrínsecamente portadores de información de ácidos nucleicos, estarían sujetos a

la selección natural para la longevidad y la reproducción. Los ácidos nucleicos como el

ARN pudieron haberse formado con más facilidad dentro de los liposomas de lo que les

hubiera tomado fuera de estos.59

Teoría de la arcilla [editar]

El ARN es complejo y existen dudas sobre si se puede producir de una manera no

biológica en la naturaleza.53 Algunas arcillas, sobre todo lamontmorillonita, tienen

propiedades que las hacen plausibles aceleradoras del surgimiento de un mundo de ARN:

estas crecen por medio de la auto-replicación de su patrón cristalino, están sujetos a una

selección natural análoga, como las «especies» de la arcilla que crecen más rápido en un

ambiente particular que rápidamente se convierte en dominante; y estas

pueden catalizar la formación de moléculas de ARN.60 Aunque esta idea no ha tenido en

un consenso científico, todavía tiene partidarios activos.61

Medio ambiente e impacto de la evolución de las alfombras microbianas [editar]

Artículos principales: Alfombras microbianas y Gran Oxidación.

Estromatolitos modernos en la Bahía Shark, Australia Occidental.

Las «alfombras» microbianas son múltiples capas, multi-especies de colonias

de bacterias y otros organismos que generalmente sólo tienen unos pocos milímetros de

grosor, pero todavía contienen una amplia gama de entornos químicos, cada uno de ellos

a favor de un conjunto diferente de microorganismos.62 Hasta cierto punto, cada alfombra

forma su propia cadena alimenticia, pues los subproductos de cada grupo de

microorganismos generalmente sirven de "alimento" para los grupos adyacentes.63

Los estromatolitos son pilares rechonchos construidos como alfombras microbianas que

migran lentamente hacia arriba para evitar ser sofocados por los sedimentos depositados

en ellos por el agua.62 Ha habido un intenso debate acerca de la validez de fósiles que

supuestamente tienen más de3   000  millones de años,64 con los críticos argumentando que

los llamados estromatolitos podrían haberse formado por procesos no biológicos.29 En

2006, otro descubrimiento de estromatolitos fue reportado en el mismo lugar de Australia,

como los anteriores, en las rocas de hace 3   500  millones de años.65

En las modernas alfombras bajo el agua, la capa superior consiste a menudo

de cianobacterias fotosintéticas que crean un ambiente rico en oxígeno, mientras que la

capa inferior es libre de oxígeno y, a menudo dominado por el sulfuro de hidrógeno emitido

por los organismos que viven allí.63 Se estima que la aparición de la fotosíntesis

oxigénica por las bacterias en las alfombras, aumentó la productividad biológica por un

factor de entre 100 y 1.000. Elagente reductor utilizada por la fotosíntesis oxigénica es el

agua, pues es mucho más abundante que los agentes geológicos producidos por la

reducción requerida de la anterior fotosíntesis no oxigénica.66 A partir de este punto en

adelante, la «vida» misma produce mucho más los recursos que necesita que los

procesos geoquímicos.67 El oxígeno, en ciertos organismos, puede ser tóxico, pues éstos

no están adaptados a él, así mismo, en otros organismos que sí lo están, aumenta

considerablemente su eficiencia metabólica.68 69 El oxígeno se convirtió en un componente

importante de la atmósfera de la Tierra alrededor de hace 2   400  millones de años.70 A

pesar de que las Eukaryotas pueden haber estado presente mucho antes,71 72 la

oxigenación de la atmósfera es un requisito previo para la evolución de las células

eucariotas más complejas, de la cual todos los organismos multicelulares están

construidos.73 El límite entre las capas ricas en oxígeno y el oxígeno libre en alfombras

microbianas se eleva cuando la fotosíntesis no actúa durante la noche, y luego desciende,

al día siguiente. Esto ha creado una presión de selección para los organismos en esta

zona intermedia para adquirir la capacidad de tolerar y utilizar el oxígeno, posiblemente a

través de la endosimbiosis, donde un organismo vive dentro de otro y ambos se benefician

de su asociación.2

Las cianobacterias tienen la mayor "caja de herramientas" bioquímica completa de todos

los organismos que forman la alfombra. Por lo tanto estos son los organismos más

autosuficientes de este sistema, y se adaptan bien al borrar por su cuenta, tanto como

alfombras flotantes como el primer fitoplancton, proporcionando la base de la mayoría de

las cadenas tróficas marinas.2

Diversificación de eukaryotas [editar]

Eukaryotas

Bikonta

Apusozoa

Archaeplastida (Plantas terrestres, alga verde, alga roja,

y glaucophytas)

Chromalveolata

Rhizaria

Excavata

Unikonta

Amoebozoa

Opisthokonta

Metazoa (Animales)

Choanozoa

Eumycota (Fungi)

Posible árbol genealógico de eukaryotas.74 75

Artículo principal: Eukaryota.

Las Eukaryotas pueden haber estado presentes mucho antes de la oxigenación

atmosférica,71 pero las más modernas eukaryotas requieren oxigeno, el cual

las mitocondrias usan como combustible para la producción deATP, el suministro de

energía interna de todas las células conocidas.73 En los 1970s se propuso y, después de

muchos debates, fue ampliamente aceptado que las eukaryotas surgieron como resultado

de una secuencia deendosimbiosis entre "Prokaryotas". Por ejemplo: un microorganismo

depredador invadió un procaryote grande, probablemente un archaea, pero el ataque fue

neutralizado, y el atacante se volvió residente y evolucionó dentro de la mitocondria, una

de las quimeras más tarde trató de engullir una cianobacteria fotosintética, pero la víctima

sobrevivió en el interior del atacante y la nueva combinación se convirtió en el ancestro de

las plantas, y así sucesivamente. Después de que cada endosimbiosis comenzara, los

socios ya habrían eliminado la duplicación improductiva de las funciones genéticas de re-

organización de su genoma, un proceso que a veces implicaba la transferencia de genes

entre ellos.76 77 78 Otra hipótesis propone que las mitocondrias eran originalmente

endosimbiontes que metabolizaban hidrógeno o azufre, y más tarde se convirtieron

consumidores de oxígeno.79Por otra parte las mitocondrias podrían haber sido parte del

equipo original de las eukaryotas.80

Existe un debate acerca de cuándo aparecieron por primera vez las eukaryotas: la

presencia de esteranos enpizarras Australianas puede indicar que las eukaryotas

estuvieron presente hace 2,7 Ga (Giga-años; ×109);72 sin embargo, un análisis en el año

2008 llegó a la conclusión de que estos productos químicos se infiltraron en las rocas de

menos de 2,2 Ga y no prueban nada sobre el origen de las eukaryotas.81 Fósiles

del alga Grypania han sido reportados en rocas de 1,85 Ga (originalmente datados de 2,1

Ga, pero más tarde fue revisada5 ), e indica que las eukaryotas con organelos ya habían

evolucionado.82 Una variada colección de algas fósiles fue encontrada en rocas datadas

de hace entre 1,5 y 1,4 Ga.83 Los fósiles más antiguos conocidos de fungi son de hace

1,43 Ga.84

Plástidos [editar]

Se cree que los plástidos se formaron a partir de cianobacterias endosimbióticas. La

simbiosis se desarrolló alrededor de hace 1500 millones de años y ha permitido que las

eucariotas lleven a cabo la fotosíntesis oxigénica 85  Tres linajes evolutivos han surgido

desde que los plástidos se nombran de manera diferente: los cloroplastos en algas

verdes y plantas, rodoplastos en algas rojasy cianelas en glaucófitos.

AbiogénesisPara la historia de la evolución de la vida, véase Historia de la vida.

Estromatolitos del precámbrico en la Formación Siyeh,Parque Nacional de los Glaciares, Estados Unidos. En 2002,

William Schopf de la UCLA publicó un artículo en la revistaNature defendiendo que estas formaciones geológicas de

hace 3.500 millones de años son fósiles debidos acianobacterias 1  y, por tanto, serían las señales de las formas de

vida más antiguas conocidas.

La abiogénesis (griego: ἀ-βίο-γένεσις [a-bio-genésis], 'ἀ-/ἀν- «no» + βίος- «vida»

+ γένεσις- «origen/principio»')? se refiere al estudio delorigen de la vida a partir de materia inorgánica.

Es un tema que ha generado en la comunidad científica un campo de estudio especializado cuyo

objetivo es dilucidar cómo y cuándo surgió la vida en la Tierra. La opinión más extendida en el ámbito

científico establece la teoría de que la vida comenzó su existencia a partir de la materia inerte en algún

momento del período comprendido entre 4400 millones de años —cuando se dieron las condiciones

para que el vapor de agua pudiera condensarse por primera vez—2 y 2700 millones de años atrás —

cuando aparecieron los primeros indicios de vida—.n. 1 Las ideas e hipótesis acerca de un posible

origenextraterrestre de la vida (panspermia), que habría sucedido durante los últimos 13.700 millones de

años de evolución del Universo tras elBig Bang, también se discuten dentro de este cuerpo de

conocimiento.7

Con el objetivo de reconstruir el evento o los eventos que dieron origen a la vida se emplean diversos

enfoques basados en estudios tanto de campo como de laboratorio. Por una parte el ensayo químico en

el laboratorio o la observación de procesos geoquímicos oastroquímicos que produzcan los

constituyentes de la vida en las condiciones en las que se piensa que pudieron suceder en su entorno

natural. En la tarea de determinar estas condiciones se toman datos de la geología de la edad oscura de

la tierra a partir de análisisradiométricos de rocas antiguas, meteoritos, asteroides y materiales

considerados prístinos, así como la observación astronómica de procesos de formación estelar. Por otra

parte, se intentan hallar las huellas presentes en los actuales seres vivos de aquellos procesos mediante

la genómica comparativa y la búsqueda del genoma mínimo. Y, por último, se trata de verificar las

huellas de la presencia de la vida en las rocas, como microfósiles, desviaciones en la proporción

de isótopos de origen biogénico y el análisis de entornos, muchas veces extremófilos semejantes a

los paleoecosistemas iniciales.

Existe una serie de observaciones que intentan describir las condiciones fisicoquímicas en las cuales

pudo emerger la vida, pero todavía no se tiene un cuadro razonablemente completo acerca de cómo

pudo ser este origen. Se han propuesto varias teorías, siendo la hipótesis del mundo de ARN y la teoría

del mundo de hierro-sulfuro 8  las más aceptadas por la comunidad científica.

Índice

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1 Historia del problema en la ciencia

o 1.1 La cuestión de la generación espontánea: de Aristóteles a Pasteur

o 1.2 Darwin

o 1.3 Primeros planteamientos científicos: Oparin y Haldane

2 Condiciones iniciales

o 2.1 Primeras evidencias directas de aparición de la vida

o 2.2 Composición de la atmósfera, los océanos y la corteza terrestre en el eón Hadeico

o 2.3 Biogénesis en ambiente cálido contra frío

3 La evolución y su relación con los modelos del origen de la vida

4 Modelos de origen de la vida

o 4.1 Origen de las moléculas orgánicas

4.1.1 Los experimentos de Miller

4.1.2 Los experimentos de Fox

4.1.3 Los experimentos de Joan Oró

4.1.4 Hipótesis de Eigen

4.1.5 Hipótesis de Wächstershäuser

4.1.6 Teoría de la playa radiactiva

4.1.7 Homoquiralidad

4.1.8 Autoorganización y replicación

o 4.2 De las moléculas orgánicas a las protocélulas

4.2.1 Modelos «primero los genes»: el mundo de ARN

4.2.2 Modelos «primero el metabolismo»: el mundo de hierro-sulfuro y otros

4.2.3 Teoría de la burbuja

4.2.4 Modelos híbridos

5 Otros modelos

o 5.1 Autocatálisis

o 5.2 Teoría de la arcilla

o 5.3 Modelo de Gold de «Biosfera profunda y caliente»

o 5.4 El mundo de lípidos

o 5.5 El modelo del polifosfato

o 5.6 Hipótesis del mundo de HAP

o 5.7 El modelo de la ecopoiesis

o 5.8 Exogénesis: vida primitiva extraterrestre

5.8.1 Teoría de la panspermia

o 5.9 Hipótesis de la génesis múltiple

6 Argumentos contrarios al origen abiogénico

o 6.1 Hoyle

o 6.2 Yockey

o 6.3 Síntesis abiogénica de sustancias químicas clave

o 6.4 El problema de la homoquiralidad

7 Véase también

8 Notas

9 Referencias

10 Bibliografía

11 Enlaces externos

Historia del problema en la ciencia [editar]

La cuestión de la generación espontánea: de Aristóteles a Pasteur [editar]

Artículo principal: Teoría de la generación espontánea.

La concepción clásica de la abiogénesis se conoce específicamente como generación espontánea y

sostenía que los organismos vivos complejos se generaban por la descomposición desustancias

orgánicas, por ejemplo, se suponía que los ratones surgían espontáneamente en el grano almacenado o

que las larvas aparecían súbitamente en la carne. El término abiogénesis fue acuñado en 1870 por

el biólogo Thomas Huxley en su obra Biogenesis and abiogenesis.

La tesis de la generación espontánea fue defendida por Aristóteles, quien afirmaba que era una verdad

patente que los pulgones surgían del rocío que cae de las plantas, las pulgas de la materia en

putrefacción, los ratones del heno sucio o los cocodrilos de los troncos en descomposición en el fondo

de las masas acuáticas.9 Todos ellos se originaban a partir de una fuerza vital a la que

nombró entelequia. El término αυτοματικóς empleado por Aristóteles significa «fabricado por sí mismo».

La autoridad que se le reconoció a Aristóteles hizo que esta opinión prevaleciera durante siglos y fuera

admitida por pensadores tan ilustres como Descartes, Bacon o Newton. En el siglo XVI, elquímico y

naturalista Jan Baptista van Helmont, padre de la bioquímica, llegó a afirmar en su obra Ortus

medicinae 1648 que:

Los piojos, garrapatas, pulgas y gusanos surgen de nuestras vísceras y excrementos. Si juntamos con trigo la

ropa que usamos bajo nuestro atuendo cargada de sudor en un recipiente de boca ancha, al cabo de 21 días

cambian los efluvios penetrando a través de los salvados del trigo, y transmutando éstos por ratones. Tales se

pueden ver de ambos sexos y cruzar con otros que hayan surgido del modo habitual...

En 1546 el médico Girolamo Fracastoro se posicionó en contra de la generación espontánea

estableciendo la teoría de que las enfermedades epidémicas estaban provocadas por pequeñas

partículas diminutas e invisibles o "esporas", que podrían no ser criaturas vivas, pero no fue aceptada

ampliamente. Más tarde Robert Hooke publicó los primeros dibujos sobre microorganismosen 1665.

También se le conoce por dar el nombre a la célula, que descubrió observando muestras de corcho.

Lazzaro Spallanzani, humanista, erudito y científico italiano, llamado el «biólogo de biólogos». Uno de los primeros

personajes que se preocupó de buscar una explicación científica al origen de la vida, combatiendo la idea de

la generación espontánea.

En el siglo XVII la generación espontánea comienza a cuestionarse y Sir Thomas Browne en

su Pseudodoxia Epidemica, subtitulada Enquiries into Very many Received Tenets, and Commonly

Presumed Truths (Indagaciones sobre los principios tantas veces admitidos y las verdades comúnmente

supuestas) en 1646, realizó un ataque a las falsas creencias y «errores corrientes», aunque sus

conclusiones no fueron aceptadas por la mayoría. Su contemporáneo Alexander Ross escribió:

Pues poner en cuestión esto [la generación espontánea] es poner en tela de juicio la razón, los sentidos y la

experiencia. Si duda de esto, que se vaya a Egipto y allí se encontrará con que los campos se plagan de

ratones, engendrados del barro del Nilo para gran calamidad de sus habitantes.10

Para fortuna de Sir Thomas Browne en 1668, el italiano Francesco Redi, realizó un experimento con el

que comprobó que no aparecía ninguna larva en la carne en descomposición cuando se impedía que

las moscas depositaran en ellas sus huevos. Por otra parte, en 1676, Anton van Leeuwenhoekdescubrió

los microorganismos que, según sus dibujos y descripciones, podrían tratarse de protozoos y bacterias.

Esto encendió el interés por el mundo microscópico.11 El descubrimiento de los microorganismos abrió la

puerta para que se desechara la posibilidad de que los organismos superiores surjan por generación

espontánea, estando reservado este mecanismo para ellos. Desde el siglo XVII en adelante se ha visto

gradualmente que, al menos en el caso de todos los organismos superiores y visibles a simple vista, era

falso lo previamente establecido con respecto a la generación espontánea. La alternativa parecía ser el

aforismo omne vivum ex ovo: es decir, que todo lo que vive viene de otro ser vivo preexistente

(literalmente, del huevo). Sin embargo, el sacerdote católico inglés John Needham defendió el supuesto

de la abiogénesis para los microorganismos en su obra Observations upon the generation, composition

and descomposition of animal and vegetable substances (Londres, 1749) realizando un experimento en

el que calentó un caldo mixto de pollo y maíz en un frasco de boca ancha y en el que aún aparecieron

microorganismos a pesar de haber sido tapado con un corcho.

En 1768 Lazzaro Spallanzani probó que los microorganismos estaban presentes en el aire y se podían

eliminar mediante el hervido. Pero no fue hasta1861 que Louis Pasteur llevó a cabo una serie de

cuidadosos experimentos que probaron que los organismos como los hongos y bacterias no aparecían

espontáneamente en medios estériles y ricos en nutrientes, lo cual confirmaba la teoría celular.

Darwin [editar]

En una carta a Joseph Dalton Hooker del 1 de febrero de 1871,12 Charles Darwin escribió:

«Se dice a menudo que hoy en día están presentes todas las condiciones para la producción de un

organismo vivo, y que pudieron haber estado siempre presentes. Pero si pudiéramos concebir que en

algún charquito cálido, encontrando presentes toda suerte de sales fosfóricas y de amonio, luz, calor,

electricidad, etc., que un compuesto proteico se formara por medios químicos listo para sufrir cambios

aún más complejos, al día de hoy ese tipo de materia sería instantáneamente devorado o absorbido, lo

que no hubiera sido el caso antes de que los seres vivos aparecieran.»

En otras palabras, la presencia de la vida misma hace la búsqueda del origen de la vida dependiente de

las condiciones de esterilidad que se dan en el laboratorio. Más precisamente, el oxígenoproducido por

las diferentes formas de vida es muy activo a escala molecular, lo cual perjudica a cualquier intento de

formación de vida.

Aleksandr Oparin (derecha) en el laboratorio.

Primeros planteamientos científicos: Oparin y Haldane [editar]

Artículos principales: Aleksandr Oparin y J.B.S. Haldane.

Una vez desechada la generación espontánea, la cuestión del origen de la vida intentaría explicar el

origen de la primera célula. Los conocimientos de laastronomía y el origen del sistema solar permitían

especular sobre las condiciones en que surgió este sistema vivo. Simultáneamente, Oparin y Haldane

elaboraron una serie de hipótesis, estableciendo a partir de estas posibles condiciones la secuencia

probable de acontecimientos que originarían la vida.

Hasta 1924 no se realizó ningún progreso real, cuando Aleksandr Ivanovich Oparin demostró

experimentalmente que el oxígeno atmosférico impedía la síntesis de moléculas orgánicas que son

constituyentes necesarios para el surgimiento de la vida. Según el profesor Loren S. Graham en su

ensayo Science, philosophy, and human behavior in the Soviet Union. New York: Columbia University

Press, Oparin recibió el impulso para comenzar sus investigaciones en un intento de demostrar

el materialismo dialéctico en el contexto de la guerra fría en la antigua Unión de Repúblicas Socialistas

Soviéticas.13

En su obra El origen de la vida en la Tierra,14 15 Oparin exponía una teoría quimiosintética en la que una

«sopa primitiva» de moléculas orgánicas se pudo haber generado en una atmósfera sin oxígeno a

través de la acción de la luz solar. Éstas se combinarían de una forma cada vez más compleja hasta

quedar disueltas en una gotita de coacervado. Estas gotitas crecerían por fusión con otras y

se reproducirían mediante fisión en gotitas hijas, y de ese modo podrían haber obtenido

un metabolismo primitivo en el cual los factores que asegurarían «integridad celular» sobrevivirían y

aquellos que no acabarian extinguiéndose. Muchas teorías modernas del origen de la vida aún toman

las ideas de Oparin como punto de partida.

El mismo año J.   B.   S.   Haldane  también sugirió que los océanos prebióticos de la Tierra, muy diferentes

a los actuales, habrían formado una «sopa caliente diluída» en la cual se podrían haber formado los

compuestos orgánicos, los constituyentes elementales de la vida. Esta idea se llamó biopoesis, es decir,

el proceso por el cual la materia viva surge de moléculas autorreplicantes pero no vivas.16

Condiciones iniciales [editar]

El conocimiento de las condiciones iniciales es de extrema importancia para el estudio del origen de la

vida. Para ello se emplea la teoría geoquímica en el estudio de las rocas antiguas y se efectúan

simulaciones de laboratorio por medio de ordenadores (experimentos que se denominan in silico). Uno

de los puntos centrales es determinar la disponibilidad de elementos y moléculasesenciales, en

especial metales, puesto que son indispensables como cofactores en la bioquímica, así como su

estado redox en las distintas localizaciones.17 Asimismo, es esencial datar las primeras manifestaciones

de la vida para aproximar el lapso de tiempo en el que estamos buscando. Según las evidencias,

aunque están sujetas a controversia, la vida debió aparecer tras el enfriamiento del planeta que siguió

al bombardeo intenso tardío, hace unos 4.000 millones de años. Aunque todos los seres vivos parecen

provenir de un único organismo ancestral, en este apartado cabe preguntarse si hubo varias apariciones

«fortuitas» de formas de vida tras las que sólo sobrevivió una, o si bien esas formas de vida aún

sobreviven tal vez en ambientes extremos como en las profundidades de la corteza continental o en

el manto.17

Primeras evidencias directas de aparición de la vida [editar]

Una de las formas de verificar la actividad biológica es una curiosa propiedad de los sistemas celulares,

como la fotosíntesis que incorporan CO2 de diversas fuentes para transformarlo en moléculas orgánicas.

Existen dos isótopos estables del carbono, C12 y C13, siendo estables sus abundancias relativas en

la atmósfera. Cuando se incorpora CO2 por un sistema biológico, este prefiere el isótopo más ligero,

enriqueciendo las rocas carbonatadas por el otro isótopo.18

La prueba de una aparición temprana de la vida viene del cinturón supracortical de

Isua en Groenlandia occidental y formaciones similares en las cercanas islas de Akilia. El carbono que

forma parte de las formaciones rocosas tiene una concentración de δ13C elemental de aproximadamente

−5,5, lo que debido a que en ambiente biótico se suele preferir el isótopo más ligero del carbono,12C, la

biomasa tiene una δ13C de entre −20 y −30. Estas «firmas» isotópicas se preservan en los sedimentos,

Mojzis19 ha usado esta técnica para sugerir que la vida ya existió en el planeta hace 3.850 millones de

años. Lazcano y Miller (1994) sugieren que la rapidez de la evolución de la vida está determinada por la

tasa de agua recirculante a través de las fumarolassubmarinas centrooceánicas. La recirculación

completa lleva 10 millones de años, por ello cualquier compuesto orgánico producido por entonces

podría ser alterado o destruido por temperaturas que excedan los 300 °C. Ambos estiman que el

desarrollo a partir de un genoma de 100 kilobases de un heterótrofo primitivo de ADN/proteínas hasta la

generación de un genoma de 7.000 genes de una cianobacteria filamentosa hubiera requerido sólo 7

millones de años.20

Composición de la atmósfera, los océanos y la corteza terrestre en el eón Hadeico [editar]

La acreción y formación de la Tierra tuvo que haber tenido lugar en algún momento hace 4.500 a 4.600

millones de años, según diferentes métodos radiométricos.21 La diferenciación del manto terrestre, a

partir de análisis de la serie samario/neodimio en rocas de Isua, Groenlandia, pudo haber sido bastante

veloz, tal vez en menos de 100 millones de años.22 Posteriores estudios confirman esta formación

temprana de las capas de silicatos terrestres.23

Se ha sugerido que los océanos podrían haber aparecido en el eón Hadeico tan pronto como 200

millones de años después de la formación de la Tierra,24 en un ambiente caliente (100 °C) yreductor y

con un pH inicial de 5,8 que subió rápidamente hacia la neutralidad. Esta idea ha sido apoyada por

Wilde25 quien elevó la datación de los cristales de zircón encontrados

en cuarcitas metamorfizadas  del terrane de gneis del Monte Narryer, en Australia occidental, del que

previamente se pensaba que era de 4.100 - 4.200 millones de años a 4.402 millones de años. Otros

estudios realizados más recientemente en el cinturón de basalto de Nuvvuagittuq, al norte de Quebec,

empleando neodimio-142 confirman, estudiando rocas del tipo falsa anfibolita(cummingtonita-anfibolita),

la existencia muy temprana de una corteza, con una datación de 4.360 millones de años.26 Esto significa

que los océanos y la corteza continental existieron dentro de los 150 primeros millones de años tras la

formación de la Tierra. A pesar de esto, el ambiente hadeico era enormemente hostil para la vida. Se

habrían dado frecuentes colisiones con grandes objetos cósmicos, incluso de más de 500 kilómetros

de diámetro, suficientes para vaporizar el océano durante meses tras el impacto, lo que formaría nubes

de vapor de agua mezclado con polvo de rocas elevándose a elevadas altitudes que cubrirían todo el

planeta. Tras unos cuantos meses la altitud de esas nubes comenzaría a disminuir, pero la base de la

nube continuaría aún estando elevada probablemente durante los siguientes mil años, tras lo cual

comenzaría a llover a una altitud más baja. Durante 2.000 años las lluvias consumirían lentamente las

nubes, devolviendo los océanos a su profundidad original sólo 3.000 años tras el impacto.27 El

posible bombardeo intenso tardío provocado probablemente por los movimientos posicionales de

losplanetas gaseosos gigantes, que acribillaron la Luna y otros planetas interiores (Mercurio, Marte y,

posiblemente, la Tierra y Venus) hace 3.800 a 4.100 millones de años probablemente habrían

esterilizado el planeta si la vida ya hubiera aparecido en ese periodo.

Biogénesis en ambiente cálido contra frío [editar]

Si se examinan los periodos libres de cataclismos producidos por impactos de meteoros que impedirían

el establecimiento de protoorganismos autoreplicantes, la vida pudo haberse desarrollado en diferentes

ambientes primitivos. El estudio llevado a cabo por Maher y Stephenson28 muestra que si los sistemas

hidrotermales marinos profundos propician un lugar aceptable para el origen de la vida y la abiogénesis

pudo haber sucedido entre hace 4.000 y 4.200 millones de años, mientras que si hubiera sucedido en la

superficie de la Tierra la abiogénesis sólo podría haber ocurrido hace 3.700 o 4.000 millones de años.

Otros trabajos de investigación sugieren un comienzo de la vida más frío. Los trabajos de Stanley

Miller mostraron que los aminoácidos adenina y guanina requieren condiciones de congelación para su

síntesis, mientras que la citosina y el uracilo precisan temperaturas de ebullición.29 Basándose en estas

investigaciones sugirió que el origen de la vida implicaría condiciones de congelación y meteoritos

impactando.30

Un artículo de la publicación Discover Magazine señala hacia la investigación de Stanley Miller

indicando que se pueden formar siete aminoácidos diferentes y 11 tipos de nucleobases en hielo, como

cuando se dejó amoníaco y cianuro en el hielo antártico entre 1972 y 1997,31 así como a la investigación

llevada a cabo por Hauke Trinks mostrando la formación de moléculas de ARN de 400 bases de longitud

en condiciones de congelación utilizando un molde de ARN (una cadena sencilla de ARN que guía la

formación de una nueva cadena). A medida que la nueva cadena de ARN crecía, los

nuevos nucleótidos se iban adhiriendo al molde.32 La explicación dada para la inusitada velocidad de

estas reacciones a semejante temperatura es que se trataba de unacongelación eutéctica. A medida

que se forman cristales de hielo, éste permanece puro: sólo las moléculas de agua se unen al cristal en

crecimiento, mientras que las impurezas como la sal o el cianuro quedan excluidas. Estas impurezas

acaban apiñadas en bolsillos microscópicos de líquido entre el hielo, y es esta concentración lo que

hace que las moléculas choquen entre sí con más frecuencia.33

La evolución y su relación con los modelos del origen de la vida [editar]

Se ha discutido si el origen de la vida y el origen del proceso de evolución surgieron al mismo tiempo.

Se ha postulado que, de forma equivalente a como actúa el proceso de evolución en los seres vivos,

también actuarían los mecanismos evolutivos en compuestos químicos antes de que hubiese vida. En

este sentido, científicos como Martin A. Nowak y Hisashi Ohtsuki han postulado cómo y cuándo

la cinética química pasa a convertirse en una dinámica evolutiva, formulando una teoría matemática

general para el origen de la evolución. En ella se describe la previda como un alfabeto de

activos monómeros que forman al azar polímeros, siendo un sistema generativo que puede producir la

información, en la que originalmente se presenta una preevolutiva dinámica de selección y mutación,

pero no replicación, a diferencia de la vida. A partir de análisis matemático se concluye que las mejores

y más competentes candidatas moleculares para la vida ya habían sido seleccionadas antes incluso de

que empezaran a reproducirse. Igualmente, aunque la previda es un andamiaje en que se basa la vida,

existe una fase de transición en la que, si la tasa efectiva de replicación supera un valor crítico, entonces

la vida compite con la previda y, finalmente, la vida destruye a la previda.34

Modelos de origen de la vida [editar]

No existe un modelo generalizado del origen de la vida. Los modelos más aceptados se construyen de

uno u otro modo sobre cierto número de descubrimientos acerca del origen de los componentes

celulares y moleculares de la vida, enumerados en el orden más o menos aproximado en el que se

postula su emergencia:

1. Las posibles condiciones prebióticas terminaron con la creación de ciertas moléculas pequeñas

básicas (monómeros) de la vida, como los aminoácidos. Esto fue demostrado en el

experimento Urey-Miller llevado a cabo por Stanley L. Miller y Harold C. Urey en 1953.

2. Los fosfolípidos (de una longitud adecuada) pueden formar espontáneamente bicapas lipídicas,

uno de los dos componentes básicos de la membrana celular.

3. La polimerización de los nucleótidos en moléculas de ARN al azar pudo haber dado lugar

a ribozimas autorreplicantes (hipótesis del mundo de ARN).

4. Las presiones de selección para una eficiencia catalítica y una diversidad mayor terminaron en

ribozimas que catalizaban la transferencia de péptidos (y por ende la formación de

pequeñas proteínas), ya que los oligopéptidos formaban complejos con el ARN para formar

mejores catalizadores. De ese modo surgió el primer ribosoma y la síntesis de proteínas se

hizo más prevalente.

5. Las proteínas superan a las ribozimas en su capacidad catalítica y por tanto se convierten en

el biopolímero dominante. Los ácidos nucleicos quedan restringidos a un uso

predominantemente genómico.

El origen de las biomoléculas básicas, aunque aún no se ha establecido, es menos controvertido que el

significado y orden de los pasos 2 y 3. Los reactivos químicos inorgánicos básicos a partir de los cuales

se formó la vida son el metano, amoníaco, agua, sulfuro de hidrógeno (H2S), dióxido de carbono y

anión fosfato.

Aún no se ha sintetizado una protocélula utilizando los componentes básicos que tenga las propiedades

necesarias para la vida (el llamado enfoque «de abajo a arriba»). Sin esta prueba de principio, las

explicaciones tienden a quedarse cortas. No obstante, algunos investigadores están trabajando en este

campo, como por ejemplo Jack Szostak de la Universidad Harvard. Otros autores han argumentado que

un enfoque «de arriba a abajo» sería más asequible. Uno de estos intentos fue realizado por Craig

Venter y colaboradores en el Institute for Genomic Research. Utilizaba ingeniería genética con

células procariotas existentes con una cantidad de genes progresivamente menor, intentando discernir

en qué punto se alcanzaban los requisitos mínimos para la vida. El biólogo John Desmon Bernal acuñó

el término biopoiesis para este proceso, y sugirió que había un número de «estadios» claramente

definidos que se podían reconocer a la hora de explicar el origen de la vida:

Estadio 1: El origen de los monómeros biológicos.

Estadio 2: El origen de los polímeros biológicos.

Estadio 3: La evolución desde lo molecular a la célula.

Bernal sugirió que la evolución darwiniana pudo haber comenzado temprano, en algún momento entre

los dos primeros estadios listados.

Origen de las moléculas orgánicas [editar]

El experimento de Miller y Urey intentó recrear las condiciones químicas de la Tierra primitiva en el

laboratorio y sintetizó algunos cuestionamientos de los posibles orígenes de la vida.

Los experimentos de Miller [editar]

Artículo principal: Experimento de Miller y Urey.

Stanley Miller junto a su experimento en 1999.

Diagrama del experimento de Miller y Urey.

Los experimentos, que comenzaron en 1953, fueron llevados a cabo por Stanley Miller bajo condiciones

simuladas que recordaban aquellas que se pensaba que habían existido poco después de que la Tierra

comenzara su acreción a partir de la nebulosa solar primordial. Los experimentos se llamaron

«experimentos de Miller», ya que el experimento original de 1953 fue realizado por Miller cuando era

estudiante de licenciatura y su profesor Harold Urey. El experimento usaba una mezcla altamente

reducida de gases (metano, amoníaco e hidrógeno). No obstante la composición de la atmósfera

terrestre prebiótica aún resulta materia de debate. Otros gases menos reductores proporcionan una

producción y variedad menores. En su momento se pensó que cantidades apreciables de oxígeno

molecular estaban presentes en la atmósfera prebiótica, y habrían impedido esencialmente la formación

de moléculas orgánicas. El experimento mostraba que algunos de los monómeros orgánicos básicos

(como los aminoácidos) que forman los ladrillos de los polímeros de la vida moderna se pueden formar

espontáneamente. Las moléculas orgánicas más simples están lejos de lo que es una vida

autorreplicante completamente funcional, pero en un ambiente sin vida preexistente estas moléculas se

podrían haber acumulado y proporcionado un ambiente rico para la evolución química (teoría de la

sopa).

Por otra parte, la formación espontánea de polímeros complejos a partir de

los monómeros generados abióticamente bajo esas condiciones no es un proceso tan sencillo. Además

de los monómeros orgánicos básicos necesarios, durante los experimentos también se formaron en

altas concentraciones compuestos que podrían haber impedido la formación de la vida.

Se ha postulado otras fuentes de moléculas complejas, incluyendo fuentes de origen extraterrestre,

estelares o interestelares. Por ejemplo, a partir deanálisis espectrales, se sabe que las moléculas

orgánicas están presentes en meteoritos y cometas. En el 2004, un equipo detectó trazas

de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH's) en una nebulosa, siendo la molécula más compleja

hasta la fecha encontrada en el espacio. El uso de PAH's también ha sido propuesto como un precursor

del mundo de ARN en la hipótesis del mundo de PAH's (PAH world).

Se puede argumentar que el cambio más crucial que aún sigue sin recibir respuesta por esta teoría es

cómo estos «ladrillos» orgánicos relativamente simples polimerizan y forman estructuras más complejas,

interactuando de modo consistente para formar una protocélula. Por ejemplo, en un ambiente acuoso,

la hidrólisis de oligómeros/polímeros en sus constituyentes monoméricos está energéticamente

favorecida sobre la condensación de monómeros individuales en polímeros. Además, el experimento de

Miller produce muchas sustancias que acabarían dando reacciones cruzadas con los aminoácidos o

terminando la cadena peptídica.

Los experimentos de Fox [editar]

Sidney W. Fox.

Entre las décadas de los 50 y los 60, Sidney W. Fox estudiaba la formación espontánea de estructuras

peptídicas bajo condiciones que posiblemente pudieran haber existido tempranamente en la historia de

la Tierra. Demostró que los aminoácidos podían formar espontáneamente pequeños péptidos. Estos

aminoácidos y pequeños péptidos podían haber sido estimulados para formar membranas esféricas

cerradas, llamadas microesferas. Fox describió este tipo de formaciones como «protocélulas», esferas

de proteínas que podían crecer y reproducirse.

Los experimentos de Joan Oró [editar]

El científico español Joan Oró obtuvo en sus experimentos sobre el origen de la vida bases

nitrogenadas, que son los elementos fundamentales del ADN.

En 1961 Juan Oró, añadió ácido cianhídrico al caldo primigenio y obtuvo algunas purinas. En 1962, en

otro experimento, añadió formaldehído y consiguió la síntesis de dos azúcares, ribosa y desoxirribosa,

componentes de soporte de los ácidos nucleicos en el ADN y ARN.

Hipótesis de Eigen [editar]

A principios de los años 1970 se organizó una gran ofensiva al problema del origen de la vida por un

equipo de científicos reunidos en torno a Manfred Eigen, del instituto Max Planck. Intentaron examinar

los estados transitorios entre el caos molecular de una sopa prebiótica y los estados transitorios de

un hiperciclo de replicación y entre el caos molecular en una sopa prebiótica y sistemas

macromoleculares autorreproductores simples.

En un hiperciclo, el sistema de almacenamiento de información (posiblemente ARN) produce

una enzima, que cataliza la formación de otro sistema de información en secuencia hasta que el

producto del último ayuda a la formación del primer sistema de información. Con un tratamiento

matemático, los hiperciclos pueden crear cuasiespecies, que a través de selección natural entraron en

una forma de evolución darwiniana. Un impulso a la teoría del hiperciclo fue el descubrimiento de que el

ARN, en ciertas circunstancias, se transforma en ribozimas (una forma de enzima de ARN) capaces de

catalizar sus propias reacciones químicas.

Hipótesis de Wächstershäuser [editar]

Fumarolas negras. Algunas teorías afirman que la vida surgió en las proximidades algún tipo de fuente

hidrotermal submarina.

Artículo principal: Teoría del mundo de hierro-sulfuro.

Otra posible respuesta a este misterio de la polimerización fue propuesta por Günter

Wächtershäuser en 1980, en su teoría del hierro-sulfuro. En esta teoría, postuló la evolución de las rutas

(bio) químicas como el fundamento de la evolución de la vida. Incluso presentó un sistema consistente

para rastrear las huellas de la actual bioquímica desde las reacciones ancestrales que proporcionaban

rutas alternativas para la síntesis de «ladrillos orgánicos» a partir de componentes gaseosos simples.

Al contrario que los experimentos clásicos de Miller, que dependían de fuentes externas de energía

(como relámpagos simulados o radiación UV), los «sistemas de Wächstershäuser» vienen con una

fuente de energía incorporada, los sulfuros de hierro y otros minerales como la pirita. La energía

liberada a partir de las reacciones redox de esos sulfuros metálicos, no sólo estaba disponible para la

síntesis de moléculas orgánicas, sino también para la formación de oligómeros y polímeros. Se lanza

por ello la hipótesis de que tales sistemas podrían ser capaces de evolucionar hasta formar conjuntos

autocatalíticos de entidades autorreplicantes metabólicamente activas que serían los precursores de las

actuales formas de vida.

El experimento tal y como fue llevado a cabo rindió una producción relativamente pequeña de dipéptidos

(del 0,4% al 12,5 %) y una producción inferior de tripéptidos (0,003%) y los autores advirtieron que «bajo

estas mismas condiciones los dipéptidos se hidrolizaban rápidamente.»35 Otra crítica del resultado es

que el experimento no incluía ninguna organomolécula que pudiera con mayor probabilidad dar

reacciones cruzadas o terminar la cadena (Huber y Wächsterhäuser, 1998).

La última modificación de la hipótesis del hierro-sulfuro fue propuesta por William Martin y Michael

Russell en 2002.36 De acuerdo con su escenario, las primeras formas celulares de vida pudieron haber

evolucionado dentro de las llamadas «chimeneas negras» en las profundidades donde se encuentran

las zonas de expansión del fondo oceánico. Estas estructuras consisten en cavernas a microescala que

están revestidas por delgadas paredes membranosas de sulfuros metálicos. Por tanto, estas estructuras

resolverían varios puntos críticos de los sistemas de Wächstershäuser de una sola vez:

1. Las microcavernas proporcionan medios para concentrar las moléculas recién sintetizadas, por

tanto aumentando la posibilidad de formar oligómeros.

2. Los abruptos gradientes de temperatura que se encuentran dentro de una chimenea

negra permiten establecer «zonas óptimas» de reacciones parciales, por ejemplo la síntesis

demonómeros en las zonas más calientes, y la oligomerización en las zonas más frías.

3. El flujo de agua hidrotermal a través de la estructura proporciona una fuente constante de

«ladrillos» y energía (sulfuros metálicos recién precipitados).

4. El modelo permite una sucesión de diferentes pasos de evolución celular (química prebiótica,

síntesis de monómeros y oligómeros, síntesis de péptidos y proteínas, mundo de ARN,

ensamblaje de ribonucleoproteínas y mundo de ADN) en una única estructura, facilitando el

intercambio entre todos los estadios de desarrollo.

5. La síntesis de lípidos como medio de «aislar» las células del medio ambiente no es necesaria

hasta que básicamente estén todas las funciones celulares desarrolladas.

Este modelo sitúa al último antepasado común universal (LUCA, del inglés Last Universal Common

Ancestor) dentro de una chimenea negra, en lugar de asumir la existencia de una forma de vida libre de

LUCA. El último paso evolutivo sería la síntesis de una membrana lipídica que finalmente permitiera al

organismo abandonar el sistema en el interior de la microcaverna de las chimeneas negras y comenzar

su vida independiente. Este postulado de una adquisición tardía de los lípidos es consistente con la

presencia de tipos completamente diferentes de lípidos de membrana

en arqueobacterias y eubacterias (más los eucariotas) con una fisiología altamente similar en todas las

formas de vida en otros aspectos.

Otro asunto sin resolver en la evolución química es el origen de la homoquiralidad. Por ejemplo, todos

los monómeros tienen la misma «mano dominante» (los aminoácidos son zurdos y los ácidos nucleicos

y azúcares son diestros). La homoquiralidad es esencial para la formación de ribozimas funcionales (y

probablemente también de proteínas). El origen de la homoquiralidad podría explicarse simplemente por

una asimetría inicial por casualidad seguida de una descendencia común.

Los trabajos llevados a cabo en 2003 por científicos de Purdue identificaron el aminoácido serina como

la probable raíz que provoca la homoquiralidad de las moléculas. La serina produce enlaces

particularmente fuertes con los aminoácidos de la misma quiralidad, lo cual resulta en un grupo de ocho

moléculas que podrían todas ella ser diestras o zurdas. Esta propiedad se contrapone a la de otros

aminoácidos que son capaces de formar enlaces débiles con los aminoácidos de quiralidad opuesta.

Aunque el misterio de por qué acabó siendo dominante la serina aún está sin resolver, los resultados

sugieren una respuesta a la cuestión de la transmisión quiral: el cómo las moléculas orgánicas de una

quiralidad mantienen la dominancia una vez que se establece la asimetría.

Teoría de la playa radiactiva [editar]

Zachary Adam,37 de la Universidad de Washington en Seattle, afirma que procesos mareales mayores

que los actuales, producidos por una luna situada a una distancia mucho menor podrían haber

concentrado partículas radiactivas de uranio y otros elementos radiactivos en la marea alta en las playas

primordiales donde debieron haber sido los responsables de generar los componentes elementales de la

vida. De acuerdo con los modelos de computación publicados en Astrobiology38 un depósito de tales

materiales radiactivos podría haber mostrado la misma reacción nuclear autosostenida que se encuentra

en el yacimiento de uranio de Oklo, en Gabón. Esta arena radiactiva proporciona suficiente energía para

generar moléculas orgánicas, comoaminoácidos y azúcares a partir de acetonitrilo procedente del agua.

La monazita radiactiva también libera fosfatos solubles en las regiones que se encuentran entre los

granos de arena, haciéndolos biológicamente accesibles. Así pues los aminoácidos, azúcares y fosfatos

solubles pueden ser producidos simultáneamente, de acuerdo con Adam. Los actínidos radiactivos, que

entonces se encontraban en mayores concentraciones, pudieron haber formado parte de complejos

órgano-metálicos. Estos complejos pudieron haber sido importantes como primeroscatalizadores en los

procesos de la vida.

John Parnell, de la Universidad de Aberdeen, sugiere que tales procesos formaron parte del «crisol de la

vida» en los comienzos de cualquier planeta rocoso hasta que éste fuera lo suficientemente grande para

generar un sistema de tectónica de placas que aportara minerales radiactivos a la superficie. Puesto que

se cree que la Tierra en sus orígenes estaba formada por muchas «microplacas», se darían condiciones

favorables para este tipo de procesos.

Homoquiralidad [editar]

Algunos procesos de la evolución química deberían explicar el origen de la homoquiralidad, es decir, el

hecho de que todos los componentes elementales de los seres vivos tienen la mismaquiralidad, siendo

los aminoácidos levógiros, los azúcares ribosa y desoxirribosa de los ácidos nucleicos son dextrógiros,

así como los fosfoglicéridos quirales. Se pueden sintetizar moléculas quirales, pero en ausencia de una

fuente de quiralidad o de un catalizador quiral se forman en una mezcla 50/50 de ambos enantiómeros,

a la cual se le llama mezcla racémica. Clark sugirió que la homoquiralidad pudo comenzar en el espacio,

puesto que los estudios sobre los aminoácidos del meteorito Murchison mostraron que la L-alanina era

dos veces más frecuente que la forma D, y el ácido L-glutámico era 3 veces más prevalente que su

contrapartida dextrógira. Se ha sugerido que la luz polarizada tuvo el poder de destruir uno de

los enantiómeros dentro del disco protoplanetario. Noyes ha demostrado que la desintegración

beta provocaba la destrucción de la D-leucina en una mezcla racémica y que la presencia de 14 C ,

presente en grandes cantidades en las sustancias orgánicas del ambiente temprano de la tierra, podría

haber sido la causa.39 Robert M. Hazen ha publicado informes de experimentos realizados en distintas

superficies cristalinas quirales que actuaban como posibles lugares de concentración y ensamblaje de

monómeros quirales en macromoléculas.40 Una vez estabilizado el sistema, la quiralidad podría haber

sido seleccionada favorablemente por la evolución.41 Los trabajos con compuestos orgánicos

encontrados en meteoritos tienden a sugerir que la quiralidad es una característica de la síntesis

abiogénica, puesto que los aminoácidos actuales son levógiros, mientras que los azúcares son

predominantemente dextrógiros.42

Un trabajo llevado a cabo en 2003 por científicos de Purdue identificaron el aminoácido serina como la

probable raíz causal de la homoquiralidad de las moléculas orgánicas.43 La serina forma enlaces

particularmente fuertes con los aminoácidos de la misma quiralidad, lo cual resulta en un grupo de ocho

moléculas que deben ser todas o bien dextrógiras o levógiras. Esta propiedad contrasta con otros

aminoácidos que son capaces de formar enlaces débiles con los aminoácidos de la quiralidad opuesta.

Aunque el misterio de por qué la serina levógira acabó siendo la dominante aún permanece sin resolver,

estos resultados sugieren una respuesta a la cuestión de la transmisión quiral: cómo las moléculas

orgánicas de una quiralidad mantienen la dominancia una vez que la asimetría ha sido establecida.

Autoorganización y replicación [editar]

Artículo principal: Autoorganización.

Si se considera, como a menudo sucede, que la autoorganización y autoreplicación son los procesos

principales que caracterizan a los sistemas vivos, hay que decir que hay muchos tipos de moléculas

abióticas que exhiben estas características en las condiciones adecuadas. Por ejemplo, Martin y Russel

mostraron que la formación de un compartimento distinto del ambiente pormembranas celulares y la

autoorganización de reacciones redox autocontenidas son los atributos más conservados entre los seres

vivos, y esto les lleva a argumentar que la materia inorgánica con estos atributos podrían estar entre los

atributos más probables del antepasado común de todos los seres vivos.44

De las moléculas orgánicas a las protocélulas [editar]

La cuestión de cómo unas moléculas orgánicas simples forman una protocélula lleva mucho tiempo sin

respuesta, pero existen muchas hipótesis. Algunas de éstas postulan una temprana aparición de los

ácidos nucleicos (teorías denominadas «primero los genes») mientras que otras postulan que primero

aparecieron las reacciones bioquímicas y las rutas metabólicas (las «primero el metabolismo»). También

hay tendencias con modelos híbridos que combinan aspectos de ambas.

Modelos «primero los genes»: el mundo de ARN [editar]

ARN con sus bases nitrogenadas a la izquierda y ADN a la derecha.

Artículo principal: Hipótesis del mundo de ARN.

La hipótesis del mundo de ARN fue enunciada por Walter Gilbert, de Harvard, con base en los

experimentos de Thomas Cech (Universidad de Colorado) y Sidney Altman (Yale) en 1980.45 Sugiere

que las moléculas relativamente cortas de ARN se podrían haber formado espontáneamente de modo

que fueran capaces de catalizar su propia replicación continua. Es difícil de calibrar la probabilidad de

esta formación. Se han expuesto algunas hipótesis de cómo pudo haber sucedido. Las primeras

membranas celulares pudieron haberse formado espontáneamente a partir de proteinoides (moléculas

similares a proteínas que se producen cuando se calientan soluciones de aminoácidos). Cuando están

presentes a la concentración correcta en solución acuosa, forman microesferas que, según se ha

observado, presentan una conducta similar a los compartimentos rodeados de membrana.

Otras posibilidades incluyen sistemas de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de sustratos

de arcilla o en la superficie de rocas piríticas. Entre los factores que apoyan un papel importante para el

ARN en la vida primitiva se incluye su habilidad para replicar (véase el Monstruo de Spiegelman); su

habilidad para actuar tanto para almacenar información y catalizar reacciones químicas

(como ribozimas); su papel extremadamente importante como intermediario en la expresión y

mantenimiento de la información genética (en forma de ADN) en los organismos modernos y en la

facilidad de su síntesis química o al menos de los componentes de la molécula bajo las condiciones

aproximadas de la Tierra primitiva. Se han producido artificialmente en el laboratorio moléculas de ARN

relativamente cortas capaces de duplicar a otras.46

Un punto de vista ligeramente distinto sobre esta misma hipótesis es la de que un tipo diferente de ácido

nucleico, como los ácidos nucleicos peptídicos (ANP) o los ácidos nucleicos de treosa (TNA) fueron los

primeros en emerger como moléculas autorreproductoras para ser reemplazadas por el ARN sólo

después.47 48

Aún quedan algunos problemas con la hipótesis del mundo de ARN, en particular la inestabilidad del

ARN cuando se expone a la radiación ultravioleta, la dificultad de activar y ligar los nucleótidos y la

carencia de fosfato disponible en solución requerida para construir su columna vertebral y la

inestabilidad de la base citosina (que es susceptible a la hidrólisis). Recientes experimentos también

sugieren que las estimaciones originales del tamaño de una molécula de ARN capaz de autorreplicación

eran muy probablemente ampliamente subestimadas. Formas más modernas de la teoría del mundo de

ARN proponen que una simple molécula era capaz de autorreplicación (que otro «mundo» por tanto

evolucionó con el tiempo hasta producir el mundo de ARN). En este momento, no obstante, las distintas

hipótesis tienen insuficientes pruebas que lo apoyen. Muchas de éstas pueden ser simuladas y

probadas en el laboratorio, pero la ausencia de rocas sedimentarias sin alterar de un momento tan

temprano en la historia de la Tierra nos deja pocas oportunidades de probar robustamente esta

hipótesis.

Modelos «primero el metabolismo»: el mundo de hierro-sulfuro y otros [editar]

Artículo principal: Teoría del mundo de hierro-sulfuro.

Chimeneas de Tynagh (círculos oscuros) junto con burbujas. Según una teoría49 los lugares donde surgió el

metabolismo podrían ser semejantes a estas formaciones.

Algunos modelos rechazan la idea de la autorreplicación de un «gen desnudo» y postulan la emergencia

de un metabolismo primitivo que pudo proporcionar un ambiente para la posterior emergencia de la

replicación del ARN. Una de las más tempranas encarnaciones de esta idea fue presentada en 1924 por

la noción de Alexander Oparin de primitivas vesículas autorreplicantes que precedieron al

descubrimiento de la estructura del ADN. Las variantes más recientes de los años 1980 y 1990 incluyen

la teoría del mundo de hierro-sulfuro de Günter Wächtershäuser y modelos presentados por Christian de

Duve basados en la química de los tioésteres.

Entre algunos modelos más abstractos y teóricos de la plausibilidad de la emergencia del metabolismo

sin la presencia de genes se incluye un modelo matemático presentado por Freeman Dyson a principios

de los años 1980 y la noción de Stuart Kauffman de conjuntos colectivamente autocatalíticos, discutidos

ya avanzada la década. Sin embargo, la idea de que un ciclo metabólico cerrado, como el ciclo reductor

del ácido cítrico propuesto por Günter Wächstershäuser, pudo formarse espontáneamente, aún

permanece sin pruebas. De acuerdo con Leslie Orgel, un líder en los estudios sobre el origen de la vida

durante algunas de las pasadas décadas, hay razones para creer que la afirmación permanecerá así.

En un artículo titulado Self-Organizing Biochemichal Cycles,50 Orgel resume su análisis de la propuesta

estipulando que «por ahora no existe razón para esperar que ciclos de múltiples pasos como el ciclo

reductor del ácido cítrico pudiera autoorganizarse en la superficie de FeS/FeS2 o de algún otro mineral».

Es posible que otro tipo de ruta metabólica fuera usado en los comienzos de la vida. Por ejemplo, en

lugar del ciclo reductivo del ácido cítrico, la ruta abierta del acetil-CoA (otra de las cuatro vías

reconocidas de fijación de dióxido de carbono en la naturaleza) podría ser más compatible con la idea

de autoorganización en una superficie de sulfuro metálico. La enzima clave de esta vía, monóxido de

carbono deshidrogenasa/acetil-CoA tiene anclados grupos mixtos de sulfuro de hierro y níquel en sus

centros de reacción y cataliza la formación de acetil-CoA (que podría ser recordado como una forma

moderna de acetilo-tiol) en un único paso.

Teoría de la burbuja [editar]

Las olas que rompen en las costas crean una delicada espuma compuesta por burbujas. Los vientos

que barren el océano tienen tendencia a llevar cosas a la costa, de forma similar a la madera que se

junta a la deriva en una playa. Es posible que las moléculas orgánicas se pudieran concentrar en los

bordes costeros de un modo parecido. Las aguas costeras más someras también tienden a ser más

cálidas, concentrando más tarde las moléculas orgánicas por evaporación. Mientras las burbujas

formadas mayormente por agua estallan rápidamente, sucede que las burbujas de grasas son mucho

más estables, dándole más tiempo a cada burbuja en particular para llevar a cabo estos cruciales

experimentos.

Los fosfolípidos son un buen ejemplo de un compuesto graso que se cree que fue prevalente en los

mares prebióticos. Debido a que los fosfolípidos contienen una cabeza hidrofílica en un extremo y una

cola hidrofóbica en el otro, tienen tendencia a formar espontáneamente bicapas lipídicas en agua. Una

burbuja de monocapa lipídica sólo puede contener grasa y una burbuja de bicapa lipídica sólo puede

contener agua y fue un probable precursor de las modernas membranas celulares. Si una proteína

acaba incrementando la integridad de su burbuja nodriza, entonces la burbuja tiene una gran ventaja y

acaba situándose en la cúspide de la selección natural. La primitiva reproducción se podría visualizar

cuando las burbujas estallaban, liberando el resultado del experimento en su medio circundante. Una

vez que se libera una cantidad suficiente del «material correcto», el desarrollo de los

primeros procariotas, eucariotas y organismos multicelulares se podía lograr.51 De modo similar, las

burbujas formadas completamente por moléculas similares a proteínas, llamadas microesferas, se

formarían espontáneamente bajo las condiciones adecuadas. Pero no hay precursores probables de las

modernas membranas celulares, puesto que las membranas celulares están compuestas primariamente

de componentes lipídicos más que de componentes aminoacídicos.

Un modelo propuesto por Fernando y Rowe52 sugiere que el confinamiento de un metabolismo

autocatalítico no-enzimático dentro de las protocélulas podría haber sido un modo de evitar el problema

de las reacciones colaterales que son típicas de los modelos de «metabolismo primero».

Modelos híbridos [editar]

Una creciente comprensión de los fallos de los modelos que consideran puramente «primero los genes»

o «primero el metabolismo» está llevando a tendencias hacia modelos que incorporan aspectos de

ambos. Concretamente, y basándose en la implausibilidad logística del modelo de mundo de ARN,

Robert Griffith ha establecido un modelo de cooperación entre el ARN, los primitivos péptidos y lípidos

cuya secuencia sería como sigue: la materia orgánica generada mediante síntesis abiótica en los

océanos primitivos se separaría en fases por densidad y solubilidad. La síntesis de monómeros

complejos y también de polímeros tendría lugar en superficies hidrofílicas y en sus proximidades

(interfases) tanto con el medio acuoso como aéreo. La replicación y la traducción encontrarían su lugar

idóneo en la interfase de elementos emulsificados de carácter hidrofóbico. Los primeros ácidos

nucleicos codificarían preferentemente arginina. Estos péptidos enriquecidos en arginina servirían para

secuestrar y transferir enlaces de fosfato ricos en energía. Esto haría que los péptidos fueran esenciales

para el mantenimiento de los ácidos nucleicos, ricos en fosfato, y al mismo tiempo los mantendrían

cerca de las interfases lipídicas.53

Otros modelos [editar]

Autocatálisis [editar]

El etólogo británico Richard Dawkins escribió sobre la autocatálisis como una explicación potencial para

el origen de la vida en su libro La historia del antepasado (2004). Los autocatalizadores son substancias

que catalizan su propia producción y tienen por tanto la propiedad de ser un replicador molecular simple.

En este libro, Dawkins cita experimentos llevados a cabo por Julius Rebek y colaboradores en el Sripps

Research Institute de California en el que combinan aminoadenosina y éster de pentafluorofenilo con el

autocatalizador éster triácido de aminoadenosina (AATE). Un sistema del experimento contenía

variantes de AATE que catalizaban su propia síntesis. Este experimento demostraba la posibilidad de

que la autocatálisis podía mostrar competición entre una población de entidades con herencia, que

podía ser interpretada como una forma rudimentaria de selección natural.

Teoría de la arcilla [editar]

Graham Cairns-Smith, de la Universidad de Glasgow, presentó una hipótesis sobre el origen de la vida

en 1985 basada en la arcilla y fue adoptada como una ilustración plausible por sólo unos pocos

científicos, incluyendo a Richard Dawkins. La teoría de la arcilla postula que las moléculas orgánicas

complejas crecieron gradualmente en una plataforma de replicación no orgánica preexistente —cristales

de silicato en disolución—. La complejidad de las moléculas acompañantes que se desarrollaba como

una función de las presiones de selección en tipos de cristales de arcilla es entonces extraída para

servir a la replicación de moléculas orgánicas independientemente de su «pista de despegue» en su

silicato.

Cairns-Smith es un firme crítico de otros modelos de evolución química.54 No obstante, él admite que,

como muchos modelos del origen de la vida, el suyo también tiene defectos (Horgan 1991). Es

verdaderamente, «sacar la vida de debajo de las piedras».

Peggy Rigou del Instituto Nacional de Investigación Agronómica de EE. UU. (INRA), en Jouy-en-Josas,

Francia, publicó en la edición del 11 de febrero de Science News que los priones son capaces de unirse

a partículas de arcilla y abandonar estas partículas cuando la arcilla se carga negativamente. Aunque no

se hace ninguna referencia en el apartado de implicaciones para las teorías del origen de la vida, esta

investigación podría sugerir que los priones son una ruta probable hacia las primeras moléculas

reproductoras. En 2007, Kahr y colaboradores publicaron sus experimentos que examinan la idea de

que los cristales pueden actuar como una fuente de información transferible, usando cristales

de ftalato de potasio hidrogenado. Los cristales «madre» con imperfecciones fueron cortados y usados

como semillas para criar cristales «hijos» a partir de la disolución. Entonces examinaron la distribución

de las imperfecciones en el sistema cristalino y encontraron que las imperfecciones de los cristales

madre realmente se reproducían en los hijos. Los cristales hijos tenían muchas imperfecciones

adicionales. Para una conducta paragenética las imperfecciones adicionales deberían ser mucho

menores que las de los padres, y de ahí que Kahr concluya que los cristales «no eran lo suficientemente

fieles como para almacenar información de una generación a la siguiente».55 56

Modelo de Gold de «Biosfera profunda y caliente» [editar]

El descubrimiento de los nanobios (estructuras filamentosas más pequeñas que las bacterias que

contienen ADN) en rocas profundas, llevó a una teoría controvertida presentada por Thomas Gold a

principios de los años 1990 en la que se exponía que la vida se desarrolló al principio no en la superficie

de la Tierra, sino varios kilómetros bajo la superficie. Ahora se sabe que la vida microbiana es

abundante a más de cinco kilómetros bajo la superficie de la Tierra en forma de arqueobacterias, que se

considera que se originaron o antes o aproximadamente al mismo tiempo que las eubacterias, muchas

de las cuales viven en la superficie (incluyendo los océanos). Se ha afirmado que el descubrimiento de

vida microbiana bajo la superficie de otro cuerpo del Sistema Solar daría un crédito significativo a esta

teoría. También decía que un suministro de nutrientes de una fuente profunda e inalcanzable

promovería la supervivencia porque la vida que surge en un montón de materia orgánica probablemente

consumiría todo su alimento y acabaría extinguiéndose.

El mundo de lípidos [editar]

Hay una teoría que afirma que las primeras sustancias autorreplicantes eran de tipo lipídico.57 Se sabe

que los fosfolípidos forman bicapas en el agua si están sometidas a agitación. Esta estructura es

idéntica a la de las membranas celulares. Estas moléculas no se encontraban en la tierra primigenia,

aunque otras cadenas anfifílicas largas también forman membranas. Además, estos cuerpos se pueden

expandir por inserción de lípidos adicionales, y bajo una expansión excesiva pueden sufrir escisiones

espontáneas que conservan el mismo tamaño y composición de lípidos en ambas progenies. La idea

principal de esta teoría es que la composición molecular de los cuerpos lipídicos es la primera forma de

almacenar información y la evolución conduce a la aparición de entidades poliméricas como el ARN o el

ADN que pueden almacenar información favorablemente. Aún no se ha hablado de ningún mecanismo

que apoye la teoría del mundo de lípidos.

El modelo del polifosfato [editar]

El problema con muchos de los modelos de abiogénesis es que el equilibrio termodinámico favorece a

los aminoácidos dispersos antes que a sus polímeros, los polipéptidos; es decir, que la polimerización

es endotérmica. Lo que hace falta es una causa que promueva la polimerización. Una solución al

problema puede encontrarse en las propiedades de los polifosfatos.58 59 Los polifosfatos se forman por la

polimerización de los iones ordinarios de monofosfato (PO4-3) bajo la acción de la radiación ultravioleta.

Los polifosfatos pueden catalizar la polimerización de los aminoácidos a polipéptidos, reduciendo la

barrera de energía y haciendo así factible el proceso.

Hipótesis del mundo de HAP [editar]

Ensamblaje de un apilamiento de HAPs.

Artículo principal: Hipótesis del mundo de HAP.

Se han postulado otras fuentes de moléculas complejas, incluyendo algunas de origen extraterrestre,

estelar o interestelar. Por ejemplo, se sabe a partir de análisis espectrales y directos que las moléculas

orgánicas están presentes en cometas y meteoritos. En 2004, un equipo de investigación detectó trazas

de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) en una nebulosa.60 Éstas son las moléculas más

complejas encontradas en el espacio hasta el momento. El uso de los HAP ha sido también propuesto

como precursor del mundo de ARN en la hipótesis del mundo de HAP.61 ElTelescopio espacial

Spitzer ha detectado recientemente una estrella, la HH 46-IR, que está formándose en un proceso

similar al del Sol. En el disco de material que rodea la estrella hay una gran variedad de moléculas que

incluyen los compuestos de cianuro, hidrocarburos e hidróxido de carbono. También se han encontrado

HAPs por toda la superficie de la galaxia M81, que está a 12 millones de años luz de la Tierra,

confirmando su amplia distribución en el espacio.62

El modelo de la ecopoiesis [editar]

El modelo de la ecopoiesis ha sido desarrollado por los científicos brasileños Félix de Sousa y

Rodrigues Lima.63 Es un modelo que integra elementos y observaciones de varios otros. En esta teoría

es el ambiente físico (Οικος) el que promueve la aparición de la vida en los estadios tempranos en lugar

de hacerlo la aparición al azar de organismos que posteriormente condicionan el entorno, en especial,

en cuanto a la acumulación de oxígeno. Propone que los ciclos geoquímicos de loselementos

biogénicos, dirigidos por una atmósfera primordial rica en oxígeno procedente de la fotólisis del vapor de

agua evaporado de los océanos e hipercarbónica, pudieron ser la base de un metabolismo planetario de

carácter espacialmente continuo y global, que habría precedido y condicionado la aparición gradual de

una vida como la actual, organizada en organismos discontinuos (individualizados). Algunas de sus

predicciones serían las siguientes:

La fotólisis y posterior escape del hidrógeno acumularían una cantidad significativa de oxígeno en la

atmósfera primitiva.

Se generaría un potencial redox entre las zonas de producción fotolítica de oxígeno y el ambiente

submarino con minerales reductores, en especial, de hierro divalente.

Estas interacciones darían lugar a un metabolismo global de base geoquímica, el holoplasma, con

la aparición de «ciclos» (como los actuales del carbono o del fosfato) de elementos biogénicos.

Este «protometabolismo» debería ser congruente con las principales rutas metabólicas que

encontramos hoy en día.

En el medio hipercarbónico aumentan los cationes divalentes y por ello la carboxilación (fijación de

CO2 a otras moléculas) es energéticamente favorable. Se requeriría, no obstante, de ciertos

hidrocarburos de la litosfera, en especial acetileno, que podría convertirse por hidratación y

carboxilación en intermediarios del ciclo de Krebs reversible. Este sería el elemento más

característico de la circulación del carbono en la ecosfera primitiva.

Se aplica el principio de congruencia: se postula la existencia de una continuidad entre los factores

protobiológicos ambientales y el metabolismo actual. Éste se puede rastrear en

lascoenzimas claves. Posteriormente se produciría la incorporación de estas actividades a unidades

catalíticas durante el mundo de ARN. El hecho de que estas coenzimas estén relacionadas

estructuralmente con los nucleótidos con ribosa parece confirmar este extremo. El ambiente

hipercarbónico también favorecería la propagación quiral de uno de los enantiómeros una vez

seleccionado.

El camino hacia las protocélulas se realizaría mediante una sucesión de hábitos. En principio habría

una agregación de materia orgánica (hábito flocular) debida a principios sencillos como la baja

actividad de agua, la coalescencia hidrófoba y la formación de tioácidos y su extracción parcial en la

fase lipídica.

En la siguiente fase evolutiva (hábito reticular) aumenta la integración entre las fases de los flóculos

(lipídica, peptídica y de polímeros fosforilados) dando lugar a la traducción. Se agregarían vacuolas

metabólicas con vacuolas ácidas o respiratorias, dando lugar a retículos que posteriormente se

fusionarían en un único compartimiento con el «hábito celular».

Exogénesis: vida primitiva extraterrestre [editar]

Otra alternativa a la abiogénesis terrícola es la hipótesis de que la vida primitiva pudo haberse formado

originalmente fuera de la Tierra (adviértase que exogénesis está relacionado, pero no es lo mismo que

la noción de panspermia). Se supone que una lluvia de material procedente de cometas que se precipitó

sobre la Tierra primitiva pudo haber traído cantidades significativas demoléculas orgánicas complejas y,

quizás, la misma vida primitiva formada en el espacio fue traída a la Tierra por material cometario

o asteroides de otros sistemas estelares.

Los componentes orgánicos son relativamente comunes en el espacio, especialmente en el Sistema

Solar exterior, donde las sustancias volátiles no son evaporadas por el calentamiento solar. En los

cometas se encuentran incrustaciones de capas externas de material oscuro que, se piensa, son

sustancias bituminosas compuestas por material orgánico complejo formado por compuestos

de carbono simples tras reacciones iniciadas mayormente por irradiación por luz ultravioleta.

Una hipótesis relacionada con ésta es que la vida se formó en primer lugar en el Marte primigenio y fue

transportada a la Tierra cuando material de su corteza fue expulsada de Marte por un asteroide e

impactos cometarios para más tarde alcanzar la Tierra. Es difícil encontrar evidencias para ambas

hipótesis y puede que haya que esperar a que se traigan muestras de cometas y de Marte para su

estudio. Ninguna de ellas responde realmente a la cuestión de cómo se originó por primera vez la vida,

sino que meramente traslada este origen a otro planeta o cometa. No obstante, esta hipótesis extiende

tremendamente el abanico de condiciones bajo el cual se pudo haber formado la vida, desde las

posibles condiciones primitivas de la Tierra a literalmente las condiciones de todo el Universo.

Teoría de la panspermia [editar]

Formación en un meteorito marciano que se creía que era una bacteria.

Artículo principal: Panspermia.

La ventaja de las hipótesis de un origen extraterrestre de la vida primitiva es que incrementa el campo

de probabilidad para que la vida se desarrolle. No se requiere que se desarrolle en cada planeta en el

cual se halle, sino más bien en una sola localización y posteriormente se extiende por la galaxiahacia

otros sistemas estelares a través del material cometario. Esta idea ha recibido impulsos debido a los

descubrimientos sobre microbios muy resistentes.64 Una alternativa a la abiogénesis terrestre es la

hipótesis de la panspermia, que sugiere que las «semillas» o la esencia de la vida prevalecen

diseminadas por todo el Universo y que la vida comenzó en la Tierra gracias a la llegada de tales

semillas a nuestro planeta. Estas ideas tienen su origen en algunas de las consideraciones del filósofo

griego Anaxágoras. El astrónomo Sir Fred Hoyle también apoyó la idea de la panspermia. Se basa en la

comprobación de que ciertos organismos terrestres (ciertas bacterias, cianobacterias y líquenes) son

tremendamente resistentes a condiciones adversas y que eventualmente pueden viajar por el espacio y

colonizar otros planetas.

Hipótesis de la génesis múltiple [editar]

Se habría dado la aparición de diferentes formas de vida casi simultáneamente en la historia temprana

de la Tierra, 65 dado que parece existir un único antepasado común entre todos los seres vivos, las otras

formas estarían extintas, dejándonos fósiles a través de su diferente bioquímica. Por ejemplo, por el uso

de otros elementos, como el arsénico en lugar del fósforo, y sobreviviendo como extremófilas o

simplemente permaneciendo ignoradas al ser análogas a los organismos del actual árbol de la vida.

Hartman, por ejemplo, combina algunas teorías proponiendo lo siguiente:66

«Los primeros organismos autorreplicantes fueron arcillas ricas en hierro que fijaban dióxido de carbono en el

ácido oxálico y otros ácidos dicarboxílicos. El sistema de replicación de las arcillas y su fenotipo metabólico

evolucionó entonces hacia la región rica en sulfuro del manantial hidrotermal, adquiriendo la capacidad de fijar

nitrógeno. Finalmente se incorporó el fosfato en el sistema en evolución que permitía la síntesis de

nucleótidos y fosfolípidos. Si la biosíntesis recapitula la biopoiesis, entonces la síntesis de los aminoácidos

precedió a la síntesis de bases púricas y pirimidínicas. Más allá de esto la polimerización de los tioésteres de

aminoácido en polipéptidos precedió la polimerización dirigida de ésteres de aminoácidos por

polinucleótidos.»

Argumentos contrarios al origen abiogénico [editar]

El concepto de abiogénesis ha sufrido las críticas de los científicos a lo largo de los años. El

astrónomo Sir Fred Hoyle se pronunció en este sentido basándose en la probabilidad de que la

abiogénesis suceda por azar. El físico Hubert Yockey criticaba la abiogénesis en el sentido de creerla

más cercana a la teología que a la ciencia.

Otros científicos han propuesto contrapuntos a la abiogénesis, como Harold Urey, Stanley Miller, Francis

Crick (biólogo molecular) y también cabría alinear en este sentido la hipótesis de la panspermia dirigida

de Leslie Orgel.

Más allá de la observación trivial de que la vida existe, es difícil probar la abiogénesis; por tanto, la

hipótesis tiene muchas críticas, tanto de la comunidad científica como desde posiciones no científicas.

No obstante, la investigación y la generación de hipótesis continúan con la esperanza de desarrollar un

mecanismo teórico satisfactorio de la abiogénesis.

Hoyle [editar]

Artículo principal: Falacia de Hoyle.

Sir Fred Hoyle, junto con Chandra Wickramasinghe, fue un crítico de la abiogénesis. En concreto Hoyle

rechazaba que la evolución química pudiera explicar el origen natural de la vida: su argumento se

basaba principalmente en la improbabilidad de que los que se estima que fueron los componentes

necesarios llegaran a agregarse por la evolución química. Aunque las teorías modernas tratan este

argumento, Hoyle nunca vio la evolución química como una explicación razonable. Hoyle prefería

la panspermia como una explicación natural alternativa del origen de la vida en la Tierra.

Yockey [editar]

El teórico de la información Hubert Yockey argumentaba que la investigación sobre la evolución química

se enfrenta a los siguientes problemas:67

La investigación del origen de la vida parece ser única en la conclusión que ha sido ya aceptada como

autorizada... lo que aún no se ha hecho es encontrar los escenarios que describen el mecanismo detallado y

los procesos por los cuales sucedió. Se debe concluir que, contrariamente al actual, establecido y sabio

escenario que describe la génesis de la vida en la Tierra por azar y causas naturales que pueda ser aceptado

con base en los hechos y no a la fe, aún no ha sido escrito.

En un libro que escribió 15 años después, Yockey defendía la idea de que la abiogénesis había surgido

a partir de una sopa primordial es un paradigma fallido:68

Aunque cuando comenzó el paradigma era digno de consideración, ahora todo el esfuerzo empleado en el

primitivo paradigma de la sopa se ha tornado en decepción en la ideologíade sus campeones. (...) La historia

de la ciencia muestra que un paradigma, una vez que ha adquirido un estatus de aceptación (es incorporado

en los libros de texto) y a pesar de sus fallos, sólo es declarado inválido cuando se dispone de un paradigma

para reemplazarlo. No obstante, con objeto de generar progreso en la ciencia, es necesario hacer limpieza en

los anaqueles, por así decirlo, de paradigmas fallidos. Esto se debería hacer incluso si deja los anaqueles

completamente limpios y no sobrevive ningún paradigma. Es una característica del verdadero creyente en

la religión, filosofía e ideología de que debe tener un conjunto de creencias pase lo que pase (Hoffer, 1951).

La creencia en una sopa primitiva basándonos en que no tenemos ningún otro paradigma es un ejemplo de la

falacia lógica de la falsa alternativa. En la ciencia es una virtud reconocer la ignorancia. Éste ha sido el caso

universalmente en la historia de la ciencia, tal y como Kuhn (1970) ha discutido en detalle. No hay razón para

que esto sea diferente en la investigación del origen de la vida.

Yockey, en general, manifiesta una actitud altamente crítica hacia los que dan crédito a los orígenes

naturales de la vida, a menudo haciendo uso de palabras como fe o ideología. Las publicaciones de

Yockey se han hecho las favoritas en manos de los creacionistas, aunque él no se considera a sí mismo

como creacionista (como aparece en un email enviado en 1995).69

Síntesis abiogénica de sustancias químicas clave [editar]

Aún quedan algunos problemas con la hipótesis del mundo de ARN. No hay rutas químicas conocidas

para la síntesis abiogénica de las bases nitrogenadas pirimidínicas citosina y uracilo bajo condiciones

prebióticas.70 Otros problemas son la dificultad de la síntesis de nucleósidos, ligarlos con fosfato para

formar el esqueleto del ARN, y la corta vida de las moléculas de nucleósido, en especial la citosina que

es proclive a la hidrólisis.71 Algunos experimentos también sugieren que las estimaciones originales del

tamaño de la molécula de ARN capaz de autorreplicación han sido probablemente altamente

subestimadas. Otras propuestas de la teoría del mundo de ARN sugieren que una molécula más simple

fue capaz de autorreplicación (que otro «mundo», por tanto, evolucionó al cabo del tiempo para producir

un mundo de ARN). No obstante, las distintas hipótesis no tienen suficientes evidencias que las apoyen.

Muchas de ellas pueden ser simuladas y probadas en el laboratorio, pero la carencia de una roca

sedimentaria sin perturbar en una época tan temprana de la historia deja pocas oportunidades para

probar esta hipótesis de forma incontestable.

El problema de la homoquiralidad [editar]

Otro asunto no resuelto en la evolución química es el origen de la homoquiralidad, esto es, que todos los

monómeros tienen la misma «mano dominante» (los aminoácidos son zurdos, y los azúcares de ácidos

nucleicos, diestros). Las moléculas quirales existen en la naturaleza como mezclas homogéneas

equilibradas aproximadamente al 50%. Esto es lo que se conoce como mezcla racémica. No obstante,

la homoquiralidad es esencial para la formación de ribozimas funcionales y proteínas. La adecuada

formación de moléculas es impedida por la misma presencia de aminoácidos diestros o azúcares zurdos

que distorsionan y malforman las estructuras.

Un trabajo llevado a cabo en 2003 por científicos de Purdue identificaron el aminoácido serina como la

probable raíz causal de la homoquiralidad de las moléculas orgánicas.72 La serina forma enlaces

particularmente fuertes con los aminoácidos de la misma quiralidad, lo cual resulta en un grupo de ocho

moléculas que deben ser todas o bien dextrógiras o levógiras. Esta propiedad contrasta con otros

aminoácidos que son capaces de formar enlaces débiles con los aminoácidos de la quiralidad opuesta.

Aunque el misterio de por qué la serina levógira acabó siendo la dominante aún permanece sin resolver,

estos resultados sugieren una respuesta a la cuestión de la transmisión quiral: cómo las moléculas

orgánicas de una quiralidad mantienen la dominancia una vez que la asimetría ha sido establecida.

La Bioingeniería en Venezuela 

• Introducción 

• Definición de Bioingeniería 

• Especialidades de la Bioingeniería 

• ¿Cómo surgió la Bioingeniería? 

• La Bioingeniería hoy 

• Bioingeniería en Venezuela 

• Formación Académica Nacional en el área 

• Grupos de Bioingeniería a Nivel Nacional 

• Conclusiones 

• Literatura citada 

Definición de Bioingeniería 

La Bioingeniería es una de las disciplinas más jóvenes de la ingeniería en la que los principios y herramientas de la ingeniería, ciencia y tecnología se aplican a los problemas presentados por la biología y la medicina. 

Especialidades de la Bioingeniería 

Se incluyen: 

• Biomecánica La biomecánica estudia el sistema osteoarticular y muscular como estructuras mecánicas sometidas a movimientos y fuerzas. Esto incluye el análisis del modo de andar humano y la investigación de las fuerzas deformantes que sufre el cuerpo en un accidente. La biomecánica también estudia otros sistemas y órganos corporales, como el comportamiento de la sangre como fluido en movimiento, la mecánica de la respiración, o el intercambio de energía en el cuerpo humano. Las aplicaciones de la biomecánica van, por tanto, desde el diseño de cinturones de seguridad para automóviles hasta el diseño y utilización de máquinas de circulación extracorpórea (utilizadas durante la cirugía cardíaca para sustituir las funciones cardíacas y pulmonares). Un desarrollo importante fue el pulmón de acero, primer dispositivo de respiración artificial que salvó la vida a algunos enfermos de poliomielitis. La biomecánica interviene en el desarrollo de implantes y órganos artificiales. Se han desarrollado prótesis mioeléctricas para extremidades de enfermos amputados. Están movidas por pequeños motores eléctricos estimulados por sistemas electrónicos que recogen las señales musculares (no todos los pacientes son capaces de utilizarlas de forma apropiada). Uno de los avances más importantes de la medicina de las últimas décadas son las prótesis articulares, que permiten sustituir articulaciones destruidas por diferentes enfermedades reumáticas mejorando, de forma radical, la calidad de vida de los pacientes; han obtenido gran éxito clínico las de cadera y rodilla, y algo menos las de hombro. El desarrollo de implantes artificiales para tratar fracturas ha revolucionado el mundo de la traumatología: su enorme variedad incluye tornillos, agujas, placas atornilladas, clavos intramedulares y sistemas de fijación externa; todos requieren un estudio biomecánico pormenorizado previo a su ensayo y aplicación clínica. También se están desarrollando corazones artificiales; desde 1982 muchos pacientes han sido tratados con tales dispositivos con éxito. 

• Ingeniería bioquímica 

Estudia las interacciones químicas entre el organismo y los materiales artificiales. Éstos nunca son inertes, siempre provocan un cierto grado de reacción o rechazo. La especialidad más implicada en este fenómeno es la cirugía ortopédica: se trata de obtener prótesis articulares que generen el menor rechazo posible en el organismo y sean capaces de integrarse o adherirse de la manera más firme al hueso adyacente, consiguiendo duraciones superiores a las actuales. Se han desarrollado asimismo implantes para sustituir arterias fabricados en tejido acrílico que evita la formación de coágulos. Para proteger los implantes electrónicos se encapsulan en silicona, lo que facilita la integración tisular. El logro más importante es el desarrollo de las máquinas de diálisis, que permiten vivir a millones de pacientes que sufren insuficiencia renal en todo el mundo. 

• Bioelectricidad 

Estudia la actividad bioeléctrica, base fundamental del sistema nervioso y de la mayoría de los procesos vitales. El ingeniero bioeléctrico investiga estos procesos y utiliza las señales bioeléctricas para fines diagnósticos. Los desarrollos de esta especialidad han conducido a la invención del marcapasos, el desfibrilador y el electrocardiógrafo. El marcapasos controla y restaura el ritmo normal de la contracción cardíaca mediante electroestimulación. El desfibrilador sirve para aplicar una descarga eléctrica potente pero controlada sobre el tórax de un paciente cuyo corazón se ha parado, e intentar conseguir que reanude sus contracciones. El electrocardiógrafo registra, a través de electrodos sobre la piel, las ondas eléctricas cardíacas. Hoy en día se analizan los electrocardiogramas con ayuda de la informática y se transmiten vía telefónica a centros diagnósticos. La monitorización de muchas otras funciones bioeléctricas juega un papel fundamental en las salas modernas de reanimación quirúrgicas y unidades de cuidados intensivos. 

¿Cómo surgió la Bioingeniería? 

Antes de la segunda guerra mundial, el personal médico y los investigadores en el campo de la biología se valían de técnicas de ingeniería que fuesen relativamente sencillas y cayesen dentro de sus conocimientos. Por ejemplo, un fisiólogo investigador se hubiera sentido muy satisfecho si para llenar las necesidades de su laboratorio hubiese podido contar con un soplador de vidrio, un carpintero y un mecánico a su disposición. Como los fundamentos del diseño de los instrumentos que necesitaba encajaban bien dentro de sus conocimientos teóricos y prácticos, hubiera podido especificar con toda claridad lo que quería, y ese equipo de obreros especializados lo hubieran construido de acuerdo con su diseño. 

Fue un accidente histórico lo que hizo que por vez primera en Gran Bretaña un gran número de biólogos adquiriesen sólidos fundamentos en el campo de la electrónica,

abriendo de este modo rápidamente la posibilidad de aplicar técnicas más elaboradas en la resolución de los problemas biológicos y médicos. Al estallar la segunda guerra mundial, los químicos, físicos e ingenieros fueron rápidamente acaparados por aquellos que eran responsables de la fabricación de municiones, de aviones, etc. Para cuando se hizo evidente que en el campo del radar hacía falta trabajar mucho para lograr desarrollarlo, resultó que los biólogos eran casi los únicos científicos que quedaban disponibles para hacer este trabajo. 

En los años inmediatos de la posguerra muchos biólogos estaban, por tanto, bien impuestos en lo que constituían los últimos adelantos en el campo de la electrónica. Naturalmente, ellos los enfocaron hacia ciertos temas especializados. Pero la tecnología electrónica progresó muy rápidamente y los biólogos, que se habían familiarizado antaño con el manejo de válvulas y grandes componentes, pronto se vieron a la zaga en una nueva era de transistores y componentes en miniatura, y como los conocimientos de los antiguos investigadores quedaron anticuados, empezó a surgir una nueva generación de médicos y biólogos, sin ninguna práctica en el campo de la electrónica. 

Los investigadores dentro del campo de la biología y la medicina vieron claramente que ganarían una incalculable cantidad de tiempo no sólo si se familiarizaban con los adelantos técnicos existentes, sino también si iban dando paso a los nuevos que fuesen llegando. Entonces surgió la necesidad de un nuevo tipo de persona que hiciese de puente sobre el hueco que separaba a la elaborada tecnología de la ingeniería de las ciencias biológicas. En pocas palabras, surgió la necesidad de los bioingenieros. 

Fueron distintas instituciones las que por diferentes caminos vieron patente esta necesidad. Algunas empezaron a reclutar técnicos, que habían de trabajar ciñéndose casi exclusivamente al desarrollo de los instrumentos y que, al menos en principio, no tenían la categoría de investigadores. Otras instituciones fueron más rápidas en darse cuenta de la importancia de este asunto y contrataron a personal graduado, equiparándole con sus compañeros médicos y biólogos. 

En este estado de cosas no había sido reconocida todavía la carrera de Bioingeniería, e incluso no se había acuñado la palabra correspondiente. ¿Quiénes fueron, por tanto, los primeros bioingenieros en una época en la que todavía no existía un método adecuado para la formación de estas personas? 

La mayoría de ellos fueron científicos del campo de las ciencias biológicas, con frecuencia médicos, los cuales se dedicaban a la ingeniería como entretenimiento o tenían un especial talento para ello. Esto no es sorprendente si uno piensa que es casi una tradición el que los médicos y cirujanos sean ingenieros aficionados. 

En realidad, lo que hoy llamamos Ingeniería Biomédica se llamó al principio Electrónica Médica, y la asociación internacional constituida por los que practicaban esta actividad se conoció como "International Federation of Medical Electronics" (Federación Internacional

de Electrónica Médica). Hasta 1965 no fue adoptado el título actual, mucho más adecuado, de "The International Federation of Medical and Biological Engineering" (Federación Internacional de Ingeniería Médica y Biológica). 

Presente y Futuro de la Bioingeniería 

La creciente complejidad de los instrumentos, de los métodos de medida e incluso de la interpretación de los datos obtenidos, hace que los hospitales necesiten de los bioingenieros, con frecuencia jugando papeles complementarios a los del médico en los equipos clínicos. Fuera de los hospitales encontrará la oportunidad de trabajar paralelamente al médico, al psicólogo, al trabajador social y a otras personas semejantes que comparten la responsabilidad del bienestar médico de la comunidad en su conjunto. 

En las Universidades se le necesitará no sólo para la investigación biológica pura, sino también para que desarrolle nuevos métodos de medida, de diagnóstico y de análisis, y con toda seguridad irá encontrando cada vez más oportunidades de trabajo de asesoramiento y desarrollo en aquellas industrias que han de producir los instrumentos para la Bioingeniería del futuro. 

Por tanto, si se trata de un hombre de carrera y nada más, no necesita preocuparse de sus perspectivas profesionales. Si además ocurre que es un altruista, encontrará una satisfacción aumentada. Verá que su trabajo consiste en canalizar la moderna tecnología, que con tanta frecuencia ha trabajado para la destrucción, hacia el beneficio de sus semejantes. 

La Bioingeniería hoy, está creciendo y estableciéndose como uno de los polos de mayor desarrollo, tanto en el mercado actual como en el área de la investigación. No obstante, aún son muchos los profesionales de la salud que desconocen qué es la Bioingeniería y cuáles son sus aplicaciones. 

La apertura del mercado actual, tanto en la importación como en la exportación de nueva y compleja tecnología médica, como también, la falta de normativa clara que rija en todos los aspectos de esta tecnología, hacen que la demanda de bioingenieros se haga cada vez más relevante en este mercado y que ámbitos prestadores de la salud requieran de sus servicios. 

Bioingeniería en Venezuela 

En Venezuela no existe aún una visión global del problema de las tecnologías médicas y su conexión con la prestación de los servicios de salud. Por una parte, los hospitales se encuentran en una grave crisis económica y a duras penas cumplen sus funciones y por la otra, hay instituciones que se han encargado de desarrollar tecnologías aplicadas sobre todo a la medicina, y ambas partes no se han podido poner de acuerdo. 

Formación Académica Nacional • Universidad Central de Venezuela Doctorado en Ingeniería • Universidad Simón Bolívar Maestria en Ingeniería Biomedica Doctorado en Ingeniería. • Universidad de Los Andes Especialización en Ingeniería Biomedica Maestria en Ingeniería Biomedica 

Grupos de Bioingeniería a Nivel Nacional 

• Sociedad Venezolana de Bioingeniería 

• Instituto Nacional de Bioingeniería 

El Centro de Bioingeniería de la Universidad Central de Venezuela (CEBIO) surge para dar respuesta a la creciente demanda de técnicas médicas y clínicas que contribuyen a la solución de problemas de la pujante medicina venezolana, las cuales incidirán, sin lugar a dudas, en la calidad de vida de nuestra sociedad. 

http://www.ucv.ve/cebio.htm 

Estructura Organizacional 

• División de Biomecánica 

Está encargada de problemas relacionados con el sistema músculo-esquelético del cuerpo humano (huesos, músculos y tejidos duros y semiduros). En esta división se dictan clases y cursos en las áreas de Traumatología, Anatomía y Biomecánica a nivel de maestría y doctorado. Cuenta con múltiples proyectos, todos referidos al diseño y construcción de dispositivos de traumatología y ortopedia, tales como prótesis de cadera, clavos, tornillos, placas, fijadores externos, entre otros. 

• División de Biofluidos 

Está encargada de problemas relacionados con sistema cardiovascular, puesto que el corazón y los vasos son un sistema cerrado de circulación de líquidos. En esta se estudia y diseña, para luego construir dispositivos bien sea para uso diagnostico (catéteres y guías) o terapéutico (balones de dilatación). Actualmente se llevan dos grandes proyectos , englobados en un programa llamado CARDIOMA, que significa cardiología matemática y análisis, los cuales se desarrollan en el área de STENT y el área de válvulas cardiacas. 

• División de Bioseñales 

Básicamente se dedica al desarrollo de soluciones económicas en términos de sensores para electromiografías y electrocardiografías, que son dispositivos que conectados al cuerpo, producen la información al exterior. 

• División de Biomateriales 

Se encarga del estudio de aleaciones para prótesis, etc; que puedan ser implantadas en el cuerpo humano. 

• División de Producción 

Se dedica a dos funciones pales, la primera de ellas es la fabricación de todos los prototipos diseñados por los diferentes proyectos de investigación, y la segunda el desarrollo de un nuevo enfoque en ingeniería, denominado Ingeniería concurrente, en el cual el proceso de fabricación va modificando el proceso de diseño desde el principio, con la finalidad de que los investigadores vayan desarrollando su diseño en un camino que termine en la factibilidad a bajo costo de implante. 

• Grupo de Bioingeniería y Biofísica Aplicada (GBBA) de la Universidad Simón Bolívar (USB) 

La Universidad Simón Bolívar comienza las actividades en bioingeniería en 1974. Hoy en día, el Grupo de Bioingeniería y Biofísica Aplicada (GBBA) de la Universidad Simón Bolívar (USB) representa la confluencia de profesionales de la Universidad, o de fuera de ella, que tienen como objetivo fundamental la aplicación de los métodos de la Física y las Ciencias Aplicadas a la Medicina y la Biología. 

http://www.gbba.usb.ve/ 

Líneas de Investigación 

• Electrocardiografía: Donde se busca aplicar nuevos métodos, recursos computacionales y sistemas de instrumentación avanzada al análisis y procesamiento de señales electrocardiográficas en diversas situaciones clínicas como: 

• Estudio de la Miocarditis Chagásica: innovando en el uso de técnicas de registro como la electrocardiografía de alta resolución (ECGAR) y procedimientos de análisis de los datos y de interpretación de los resultados, con el fin de realizar un diagnóstico temprano de la afección y de su evolución a lo largo del tiempo. 

• Detección y seguimiento de la Isquemia Miocárdica: en diferentes situaciones clínicas tales como la monitorización, cateterismo y en pruebas de esfuerzo. Siendo los objetivos de los estudios el lograr una detección más eficiente de los instantes de isquemia;

cuantificar el tamaño de las áreas afectadas por la pérdida de irrigación sanguínea en el corazón; mejorar la interpretación de los resultados para aumentar la especificidad y sensibilidad de los procedimientos clínicos usuales; y por último obtener una mejor comprensión de los procesos fisiológicos y patofisiológicos involucrados. 

• Detección de arritmias cardíacas: como componente fundamental de sistemas de monitorización inteligente de pacientes en unidades de cuidados intensivos o bien para su aplicación a los dispositivos intracardíacos. 

• Neurocardiología: consistiendo en la integración de una gran cantidad de información dentro de un análisis integral del sistema cardiovascular para efectuar diagnóstico y seguimiento a la terapia. Se trabaja activamente en el diseño de instrumentación y métodos de análisis, procesamiento e interpretación de señales y datos para esta clase de aplicaciones. 

• Electrofisiología Cardíaca: Tanto para aplicaciones diagnósticas como para situaciones terapéuticas como marcapasos y desfibriladores implantables. En particular se experimenta con el diseño de un sistema de estimulación cardíaca esofágica-estomacal a ser usado en consultorios cardiológicos para el diagnóstico de taquicardia ventricular. 

• Angiografía cardíaca: concentrándose el esfuerzo tanto en el pre-procesamiento de las imágenes angiográficas así como en la reconstrucción tri-dimensional del árbol coronario y en el estudio de la movilidad cardíaca. Igualmente se ha trabajado en el diseño de estaciones de trabajo para uso clínico. Proyectos  • Incorporación de la técnica de ECGAR en el estudio y seguimiento de la Miocarditis Chagásica, mediante la instalación del primer sistema de registro para dicho fin y la recolección de la primera base de datos a escala mundial. • Diseño del primer laboratorio de Neurocardiología en Venezuela. • Aplicación de métodos de análisis de tendencia para la detección de isquemia cardiaca. • Descripción del fenómeno del pre-condicionamiento miocárdico durante pruebas de esfuerzo. • Descripción del movimiento de arterias coronarias a partir de imágenes angiográficas. • Propuesta del uso de la técnica de fusión de datos para diversas aplicaciones de procesamiento de señales biomédicas. • PCP • Proyecto Alfa-Beta 

• Grupo de Bioingeniería – Universidad Nacional Experimental del Táchira 

El Grupo de Bioingeniería, es el resultado del esfuerzo realizado entre el Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tencnologicas (CONICIT), actualmente Fondo Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación (FONACIT), y la Universidad Nacional del Táchira, para crear un grupo de trabajo cuyo objetivo fundamental es la aplicación de la

tecnología en las Ciencias Aplicadas a la Medicina y la Biología. 

http://investigacion.unet.edu.ve/bioingenieria/ 

Líneas de Investigación 

• Instrumentación Biomédica y Adquisición de Datos o Sistemas de adquisición y monitoreo de señales biomédicas. o Sistemas de estimulación cardíaca. o Sistemas para la estimulación funcional eléctrica. 

• Diseño de Modelos de Redes Neurales y Lógica Difusa o Clasificación automatizada de arrítmias cardíacas. o Modelaje predictivo de sistemas microbiológicos. 

• Análisis y Procesamiento de Señales Electrocardiográficas y Electroencefalográficas 

• Procesamiento Digital de Imágenes Medicas o Desarrollo de estaciones de adquisición y procesamiento de imágenes basadas en computadoras personales. o Estudio de técnicas matemáticas para la segmentación de la cavidad ventricular y de la red coronaria. o Aplicación de técnicas de segmentación para la evaluación cuantitativa de la función cardiovascular. o Desarrollo de software para el procesamiento de digital de imágenes en muestras de cultivos biológicos (hongos, bacterias y otros). 

• Telemedicina o Diseño del modelos para el manejo del flujo de información de centros hospitalarios. o Diseño de modelos para la transmisión de datos biomédicos. 

Proyectos de Investigación • Análisis Frecuencial de las Ondas del ECG, para la Caracterización de pacientes con Fibrilación Auricular. • Diseño de un Algoritmo para el Análisis Tiempo-Frecuencia de Señales Biomédicas • Diseño de un Algoritmo de Transformada Rápida de Fourier (FTT) para Procesamiento en Frecuencia de Señales Biomédicas. • Diseñar el Algoritmo para el Cálculo de la Transformada en Tiempo Corto de Fourier. • Diseño de un Algoritmo para la Visualización de la Respuesta en Frecuencia de Varias Señales Biomédicas. • Sistema de Información Para la Adquisición, Monitoreo y Clasificación Automatizada de Variables Fisiológicas en Unidades de Cuidados Intensivos. • Diseño e Implementación de un Sistema de Procesamiento Digital de Imágenes. • Clasificación Automática de Arritmias y Latidos Cardíacos Utilizando Redes Neurales y

Lógica Difusa. • Modelo Estratégico de Incubadora de Empresas para la UNET. • Diseño de un Modelo Integral e Integrado de Información hospitalaria para Hospitales tipo I. Estudio Integral de Centros Hospitalarios en función de Analizar los Datos utilizados para la Gestión Médica, Administrativa y Operativa. • Planificación Detallada de Desarrollo del Modelo Integral e Integrado de Información Hospitalaria. • Estudio del Hardware para la Implementación. • Estudio de Protocolos de Comunicación y Tecnologías de Red. • Sistema Neurodifuso aplicado a la clasificación de enfermedades representadas por patrones solapados. Procesamiento de señales Electrocardiográficas utilizando Lenguaje de Descripción de Hardware, HDL. Software para la automatización de la cuantificación y caracterización morfológica en tamaño de bacterias. • Procesamiento de imágenes para Biometría. • Diseño y construcción de un Transmisor de Señal Eléctrica Cardíaca por vía telefónica. Empresa: ASCARDIO Lugar: Barquisimeto, Edo. Lara. • Diseño y construcción de un Simulador de Señal Cardíaca, para ser utilizados en la calibración, prueba y reparación de equipos de procesamiento de Señal Eléctrica Cardíaca. Empresa: K.I.T. Electrónica C.A. Lugar: Barquisimeto, Edo. Lara. • Diseño y construcción de un Amalgamador con control de tiempo digital y velocidad regulable. Empresa: K.I.T. Lugar: Barquisimeto, Edo. Lara. • Diseño y construcción de un Monitor de parámetros fisiológicos digitales, de dos canales (ECG, presión) controlado por microprocesadores. Empresa: ASCARDIO Lugar: Barquisimeto, Edo. Lara.• Diseño y construcción de un Indicador y Control electrónico digital de temperatura. Empresa: K.I.T. Electrónica C.A. Lugar: Barquisimeto, Edo. Lara. • Diseño y construcción de un Marcapasos Antiarritmicos. Empresa: ASCARDIO Lugar: Barquisimeto, Edo. Lara. • Diseño y construcción de un Electrobisturi. Empresa: ASCARDIO Lugar: Barquisimeto, Edo. Lara. • Diseño y construcción de un Pulsioximetro. Empresa: ASCARDIO Lugar: Barquisimeto, Edo. Lara. • Diseño y construcción de un Desfibrilador. Empresa: ASCARDIO Lugar: Barquisimeto, Edo. Lara. • Diseño y construcción de un Espirómetro. Empresa: FUGARISA C.A. Lugar: Barquisimeto, Edo. Lara. • Análisis frecuencial en señales ECG en pacientes con fibrilación auricular. • Análisis en tiempo-frecuencia de señales electroencefalográficas. • Proyecto sistema de información hospitalario. • Clasificación automática de arritmias y latidos cardiacos utilizando redes neurales y lógica difusa 

Literatura citada 

Caminal Magrans, Pere. ; Mompín Poblet, José. Introducción a la bioingeniería Pere Caminal Magrans... [et al.] ; bajo la coordinación de José Mompín Poblet. $aMundo electrónico , Barcelona, España : Marcombo , ESPAÑA 

http://www.bioingenieros.com/index.asp 

http://books.google.co.ve/books?id=iFCVkjTiRqwC&pg=PA37&dq=bioingenieria&lr=&as_brr=3#PPP1,M1 

http://argentina.indymedia.org/news/2007/05/519261.php 

"Bioingeniería," Enciclopedia Microsoft® Encarta® Online 2008 http://es.encarta.msn.com © 1997-2008 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos. 

http://www.ucv.ve/cebio.htm 

http://www.gbba.usb.ve/ 

http://investigacion.unet.edu.ve/bioingenieria/

Instituto Nacional de Bioingeniería (INABIO)

   

   Centra su principal objetivo en dar respuesta a la creciente demanda de investigación, técnicas, tecnologías

y productos para la medicina venezolana.

 

   La Bioingeniería no es una disciplina nueva. Existe desde hace unas décadas a nivel internacional y su

función primordial consiste en la articulación de la actividad de las ciencias ingenieriles y aplicadas con la

práctica médica.

   Numerosos problemas de la práctica médica requieren sin duda de la intervención de técnicos y

especialistas, para su solución.  En Venezuela, esta actividad está tomando gran auge, y ya cuenta con un

nutrido grupo de profesionales dedicados al trabajo de investigación en esta área. Muestra de ello, son los

numerosos trabajos de investigación que se han venido desarrollando principalmente en la Universidad

Central de Venezuela, con la participación de estudiantes y profesores provenientes  de diferentes facultades

de todo el país y con la estrecha colaboración de otras universidades e institutos de investigación   a nivel

internacional.

    

   Para mayor información visite la página web:

 

www.inabio.edu.ve/index.php

Biología sintéticaLa Biología sintética se define como la síntesis de biomoléculas o ingeniería de sistemas

biológicos con funciones nuevas que no se encuentran en la naturaleza. Se trata de una disciplina que,

a diferencia de otras, no se basa en el estudio de la biología de los seres vivos, sino que posee como

objetivo el diseño de sistemas biológicos que no existen en la naturaleza. La Biología Sintética busca la

creación de nuevos organismos programables, es decir, la creación de microorganismos a la carta que

se comporten como pequeños ordenadores.

Índice

[ocultar]

1 Tecnologías de Biología sintética

o 1.1 Expansión del código genético

o 1.2 Circuitos genéticos

o 1.3 Genoma mínimo

o 1.4 Evolución dirigida

o 1.5 Ingeniería genética in silico

2 Aplicaciones de la biología sintética

o 2.1 Biomedicina

2.1.1 Fármacos

2.1.2 Genómica personalizada

2.1.3 Terapia genética

2.1.4 Reparación y regeneración de tejidos

2.1.5 Reprogramación celular

3 Fotografía bacteriana

4 Medio ambiente

o 4.1 Biorremediación

o 4.2 Explotación de reservas mineras de baja calidad

o 4.3 Seguridad de organismos transgénicos

o 4.4 Biosensores

5 Energía

6 Nuevos biomateriales

7 Perspectivas futuras de la biología sintética

o 7.1 Perspectivas a corto plazo

o 7.2 Perspectivas a medio plazo

o 7.3 Perspectivas a largo plazo

8 Referencias

9 Enlaces externos

[editar]Tecnologías de Biología sintética

[editar]Expansión del código genético

El ADN está compuesto por 4 pares de bases nucleotídicas: A (adenina), T (timina), C (citosina) y G

(guanina). Mediante un proceso denominado "Transcripción" las bases nucleotídicas del ADN se

transforman en ARN, que a su vez está compuesto por A (adenina), C (citosina), G (guanina) y U

(uracilo) en lugar de timina. A continuación tiene lugar la "Traducción" de ARN a proteínas. En este

proceso, mediante combinaciones de 4 bases nucleotídicas del ARN se obtienen 64 posibles

combinaciones de tres bases llamadas codones, que son específicos de un aminoácido. 61 de estos

codones se corresponden con los 20 aminoácidos naturales, debido a que existen duplicaciones que

provocan que más de un codón codifique para un mismo aminoácido. Los otros tres codones restantes

se denominan codones de terminación y constituyen señales de terminación que interrumpen la síntesis

de proteínas. Los primeros pasos en el diseño de nuevas formas de vida consisten en el diseño de

microorganismos que utilizan un código genético diferente al que actualmente emplean todas las formas

de vida existentes en la tierra. Mediante la introducción de nuevas unidades sintéticas en su ADN, estos

organismos poseerían proteínas sintéticas.

[editar]Circuitos genéticos

El circuito genético consiste en un conjunto de genes que participan en la digestión de la lactosa en la

bacteria E. coli. Un gen regulador denominado represor se encuentra normalmente encendido,

manteniendo el metabolismo de la digestión de la lactosa inactivo. Cuando la lactosa está presente en el

medio, la bacteria apaga el represor.

Los circuitos genéticos formados por genes y sus reguladores se comportan de forma equivalente a

circuitos electrónicos realizando operaciones Booleanas o lógicas.

En concreto, los circuitos genéticos se describen mediante diagramas semejantes a los que se emplean

en los circuitos eléctricos, con nodos que representan a determinados genes y flechas que indican otros

genes a los que regulan los primeros.

La activación de estos genes oscila entre los estados de encendido y apagado a medida que la señal se

propaga por el circuito, produciendo a su vez oscilaciones periódicas en la concentración de las

proteínas que codifican. La arquitectura de estos circuitos es cíclica y en ellos cada gen inhibe al

siguiente y es inhibido por el anterior, razón por la cual a este tipo de circuitos se les denomina

osciladores.

[editar]Genoma mínimo

Para lograr construir microorganismos artificiales es necesario un requisito previo, identificar la

configuración mínima de genes necesarios para permitir a las células artificiales replicarse de manera

autónoma, es decir, su genoma mínimo teórico. Estos hasta ahora hipotéticos microorganismos podrían

derivarse de microorganismos naturales con una mínima colección de genes (microorganismos

mínimos) o podrían ser generados de un modo totalmente sintético usando un grupo de genes

esenciales (microorganismos sintéticos).

El proceso necesario para identificar el genoma mínimo de los microorganismos sintéticos se puede

realizar por diversos métodos, que van desde la identificación de genes esenciales

pormutagénesis hasta el análisis de homología de secuencias génicas mediante herramientas

bioinformáticas. Una tercera alternativa consiste en el estudio de sistemas biológicos que, de forma

natural, han experimentado una reducción de su material genético.

[editar]Evolución dirigida

El diseño de circuitos genéticos se realizaba en sus comienzos por medio de estrategias combinatorias

en las cuales los componentes individuales del circuito se ensamblaban in vitro, y posteriormente se

introducían en una célula para observar su comportamiento.

Un método alternativo que no necesita de un conocimiento previo acerca de los detalles de la función

del circuito es la evolución dirigida. Este es un proceso que se aprovecha de la habilidad de las células

para sobrevivir frente a una presión selectiva. Una de las técnicas que emplea esta estrategia es el

denominado “DNA shuffling” o “molecular breeding”. El DNA shuffling consiste en la recombinación de

múltiples secuencias de ADN para crear librerías de genes quiméricos. Los genes quiméricos

posteriormente se insertan en vectores de expresión y se transfieren a una célula huésped, con el

objetivo de seleccionar aquellas secuencias quiméricas que posean las características deseadas. La

principal ventaja de esta técnica radica en que permite diseñar circuitos complejos que posean múltiples

interacciones entre sí. Esta estrategia ha sido empleada en el diseño de redes sintéticas a partir

de mutaciones conocidas, que posteriormente se mejoran mediante evolución dirigida.

[editar]Ingeniería genética in silico

Hasta la fecha, se ha conseguido diseñar circuitos genéticos simples empleando diversas estrategias in

vivo tales como la expansión del código genético, la evolución dirigida o la identificación y síntesis de

genomas mínimos. Sin embargo, el principal factor limitante de estas estrategias radica en la

imposibilidad de predecir el comportamiento de un circuito en su medio natural. La verdadera biología

sintética tiene como objetivo la construcción de modelos que puedan predecir de forma precisa cómo se

comportaría este circuito genético en el interior de las células. Las células están sujetas a cambios

constantes que incluyen estrés del medio y mutaciones genéticas que afectan a su habilidad para crecer

y propagarse. Las simulaciones realizadas mediante Ingeniería Genética in silico, deben tener en cuenta

este tipo de circunstancias para dotar de realismo a los modelos que se creen. Las simulaciones por

ordenador son una herramienta básica de la biología sintética, siempre y cuando mantengan los

principios de estandarización de los componentes del modelo y optimización de los circuitos diseñados.

[editar]Aplicaciones de la biología sintética

[editar]Biomedicina

La medicina será una de las áreas que más se beneficiará de los avances en esta nueva disciplina, en

concreto las áreas sobre las que tendrá una mayor repercusión serán el desarrollo de nuevos fármacos,

la terapia génica, la reparación y regeneración de tejidos y la reprogramación celular.

[editar]Fármacos

Un fármaco compuesto por una envuelta sintética que contiene una molécula que al detectar un

indicador concreto, activa la liberación del fármaco. La administración de este tipo de fármacos ha de

ser sencilla y sólo debe activarse cuando el paciente desarrolle la enfermedad.

Un ejemplo de esta tecnología puede ser el diseño de microorganismos que detecten cambios en la

concentración de hormonas, y como respuesta den lugar a la secreción de compuestos químicos o

biológicos. Esta estrategia requiere del desarrollo de materiales de encapsulación así como de enzimas

que produzcan la liberación del fármaco.

[editar]Genómica personalizada

Artículo principal: Genómica personalizada.

La biología sintética permitirá obtener un conocimiento más amplio de la complejidad de las

enfermedades y, por tanto, será posible desarrollar fármacos a la carta. Esto se realizará gracias a las

tecnologías propias de este campo como son la creación de circuitos genéticos y la ingeniería genética

in silico. Mediante estas tecnologías se podrán crear modelos tanto teóricos como experimentales que

permitirán probar la respuesta o efectos secundarios de un fármaco frente a los distintos modelos

diseñados en el laboratorio. Como consecuencia, los fármacos del futuro estarán ajustados a las

necesidades del paciente en su formulación, dosis, cinética de liberación, y patrón de glicosilación.

También se entiende por la búsqueda del fármaco o combinación de fármacos existentes -dentro de los

protocolos existentes o incluso al margen de ellos- que pueden ser más eficaces en un paciente

concreto. La comprobación de dicha eficacia es previa al tratamiento y se desarrolla en laboratorio

mediante pruebas y tests sobre tejidos o muestras in vitro del paciente.

[editar]Terapia genética

Consiste en el diseño y modificación de virus para transportar genes a tejidos concretos y conseguir la

recombinación e integración de los mismos de forma eficiente en el genoma del paciente. Esta

aplicación constituiría un gran empuje para la terapia génica, que, tras sus prometedores comienzos, no

ha conseguido superar una de sus grandes barreras, la capacidad de llevar eltransgén a la célula diana,

sobre todo para el tratamiento del cáncer o de síndromes genéticos. Además de virus, también es

posible el diseño de circuitos biológicos que detecten cambios fisiológicos anormales en las células y

den lugar a una respuesta basada en la recombinación del gen anormal con su homólogo normal. Tanto

los virus como los circuitos biológicos sintéticos pueden ser empleados para reconocer y eliminar células

anormales, siendo el cáncer la aplicación más inmediata.

[editar]Reparación y regeneración de tejidos

Esta aplicación se basa en el diseño de sistemas moleculares formados por sensores capaces de

reconocer la existencia de daños en determinados tejidos, unido a un grupo de enzimascapaces de

reparar el daño. Ejemplos potenciales podrían ser la regeneración endotelial de los vasos sanguíneos

en lesiones vasculares y la reparación tisular a través de la regeneración de la matriz de colágeno.

[editar]Reprogramación celular

Las células madre pueden ser modificadas de modo que adquieran nuevas propiedades y

posteriormente sean introducidas en pacientes para, por ejemplo, revertir una patología. Esta terapia

podría ser de utilidad en la reprogramación del sistema inmune con el objeto de combatir enfermedades

infecciosas. La regeneración de órganos por medio de estrategias de reprogramación celular es otra de

las aplicaciones potenciales en biomedicina, proceso común en otros vertebrados como las

salamandras o tritones. Recientemente se ha hecho entrega del premio nobel demedicina a los "padres"

de la reprogramación celular el japonés Shinya Yamanaka y el británico John B. Gurdon, quienes han

revolucionado la investigación de cómo se desarrollan los organismos y las células. 1

[editar]Fotografía bacteriana

La fotografía bacteriana es un ejemplo de biología sintética a pequeña escala que usa células

de Escherichia coli modificadas genéticamente.2

[editar]Medio ambiente

Las investigaciones se están dirigiendo hacia el diseño de sistemas complejos y el rediseño de

componentes biológicos inspirados en circuitos electrónicos.

[editar]Biorremediación

El empleo de bacterias y hongos modificados como herramientas con el fin de eliminar compuestos

tóxicos y descontaminar los ecosistemas.

[editar]Explotación de reservas mineras de baja calidad

Diseño de microorganismos capaces de extraer minerales de interés presentes incluso en bajas

concentraciones, debido a la sobreexplotación de la mina o a la baja calidad de la misma.

[editar]Seguridad de organismos transgénicos

La inserción de ácidos nucleicos no naturales en secuencias transgénicas proporcionaría un mecanismo

de control de estos organismos, ya que su presencia dependería exclusivamente del aporte de

percusores de ácidos nucleicos no naturales, los cuales no se encuentran en la naturaleza.

[editar]Biosensores

Dispositivos compactos de análisis que se componen de un elemento capaz de reconocer e

interaccionar con sustancias o microorganismos de interés, y de un sistema electrónico que permite

procesar la señal producida por esta interacción.

[editar]Energía

La producción de bioenergía mediante microorganismos sintéticos se encuentra en sus primeras etapas

de desarrollo. Se trata de una aplicación realista que para su desarrollo necesita de una mayor

evolución en las tecnologías en las que se basa. En primer lugar, es necesario identificar el número de

genes mínimos e indispensables para la vida, para posteriormente rediseñar rutas metabólicas

novedosas encaminadas a la producción de energía. Existen tres campos de investigación principales

en cuanto a producción de bioenergía mediante Biología Sintética, la producción de hidrógeno o etanol,

la conversión eficiente de residuos en energía y la conversión de energía solar en hidrógeno.

[editar]Nuevos biomateriales

Los biomateriales son materiales farmacológicamente inertes, utilizados para ser incorporados o

implantados dentro de un sistema vivo para reemplazar o restaurar alguna función permaneciendo en

contacto permanente o intermitente con fluidos corporales. Será posible diseñar o modificar células y

microorganismos para que sean capaces de sintetizar polipéptidos constituidos por aminoácidos no

naturales que posean propiedades interesantes. Entre las nuevas propiedades se encontrarían la

capacidad de entrecruzamiento o el reconocimiento de moléculas (útil para la unión de materiales entre

sí). Uno de los retos de la nanotecnología y de la ingeniería de biomateriales es conseguir alcanzar un

mayor grado de control en la manipulación de los nanomateriales. La Biología Sintética proporciona

herramientas para conseguir este control. Las proteínas motoras de la célula se pueden programar para

transportar nanopartículas a una localización concreta, y el ADN se ha empleado como molde para el

ensamblaje de objetos de escala nanométrica sobre su superficie.

[editar]Perspectivas futuras de la biología sintética

Su futuro desarrollo supondrá un impacto para la biología y la biotecnología actual comparable al

impacto que ha tenido la introducción de la informática en las distintas disciplinas científicas. Según los

expertos consultados, las aplicaciones de Biología Sintética con unas perspectivas de desarrollo más

inminentes son las relacionadas con el medio ambiente, mientras que la Biomedicina se presenta como

la aplicación con unas perspectivas de desarrollo a más largo plazo, el resto de aplicaciones se

encuentran en una situación intermedia.

[editar]Perspectivas a corto plazo

Medio Ambiente es el campo de aplicación de la Biología Sintética que los expertos han valorado con

unas perspectivas de desarrollo más cercanas en el tiempo y, por debajo de la Biomedicina, es el área

donde existe mayor interés entre ellos. Las aplicaciones de Biología Sintética que pertenecen al ámbito

del Medio Ambiente, tales como la seguridad de organismos transgénicos y la explotación de reservas

mineras de baja calidad, son situadas en un plazo de tiempo de 5 a 10 años.

[editar]Perspectivas a medio plazo

Los expertos consultados sitúan a la síntesis de nuevos materiales en un plazo de tiempo de 5 a 10

años, el desarrollo de nuevos materiales mediante técnicas de Biología Sintética se encuentra

estrechamente relacionado con otra disciplina con grandes perspectivas de desarrollo, la

nanotecnología. En cuanto a las aplicaciones de la Biología Sintética relacionadas con Procesos

Industriales la necesidad de disponer de enzimas con características más específicas hace que este sea

un campo con una gran actividad investigadora.

[editar]Perspectivas a largo plazo

La Biomedicina es el que más investigadores señalan como área de interés principal de la Biología

Sintética, según estos, la Biomedicina alcanzará un mayor grado de desarrollo en un período de tiempo

comprendido entre 10 y 15 años.

Ingeniería biomédica

biomedicina o biomédica

Otros nombres Ingeniería médica

Áreas del saber Biomedicina

Campo de aplicación Tecnología

tecnología sanitaria

medicina

Reconocida en Todo el mundo

Subárea de Ingeniería electrónica

Ingeniería mecánica

Ingeniería informática

Ingeniería química

Ingeniería de telecomunicación

La ingeniería biomédica es el resultado de la aplicación de los principios y técnicas de la ingeniería al

campo de la medicina. Se dedica fundamentalmente al diseño y construcción de productos

sanitarios y tecnologías sanitarias tales como los equipos médicos, las prótesis, dispositivos médicos,

dispositivos de diagnóstico (imagenología médica) y de terapia. También interviene en la gestión o

administración de los recursos técnicos ligados a un sistema de hospitales. Combina la experiencia de la

ingeniería con las necesidades médicas para obtener beneficios en el cuidado de la salud. El cultivo

de tejidos, lo mismo que la producción de determinados fármacos, suelen considerarse parte de la

bioingeniería.

Índice

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1 Áreas del conocimiento

2 Campos de acción

3 Historia

4 Véase también

5 Referencias

o 5.1 Bibliografía

o 5.2 Notas al pie

Áreas del conocimiento [editar]

Esquema de unamplificador de instrumentación usado en biomedicina para controlar las señales biológicas de

pequeño voltaje.

Villahermosa, Tabasco es la capital de Ingeniería Biomédica. La ingeniería biomédica es

ampliamente reconocida como un campo multidisciplinar, resultado de un largo espectro de disciplinas

que la influyen desde diversos campos y fuentes de información. Debido a su extrema diversidad, no es

extraño que la bioingeniería se centre en un aspecto en particular. Existen muy diversos desgloses de

disciplinas para esta ingeniería, a menudo se desgrana en:1

biomagnetismo  y técnicas cerebrales

creación de imagénes y óptica biomédicas

biomateriales

biomecánica  y biotransporte

instrumentación médica

ingeniería molecular y celular

biología de sistemas

Implantes de pecho de silicona, ejemplo de aplicación de material biocompatible y cirugía estética.

En otros casos, las disciplinas dentro de la biongeniería se dividen en la cercanía con otros campos de

la ingeniería más arraigados, los cuales suelen incluir:

Ingeniería química  - a menudo asociada con la ingeniería bioquímica, celular, molecular, nuevos

materiales y tejidos, etc.

Ingeniería clínica - a menudo asociada con la ingeniería médica o la ingeniería hospitalaria,

administración y mantenimiento de equipos médicos en una clínica u hospital.

Ingeniería electrónica  - a menudo asociada con la bioelectricidad, bioinstrumentación, creación de

imágenes, e instrumentación médica.

Ingeniería mecánica  - a menudo asociada con la biomecánica, biotransporte y con el modelado de

sistemas biológicos.

Óptica  e ingeniería óptica - óptica médica, imagen e intrumentación.

Campos de acción [editar]

Una bomba para la inyección subcutánea continua de insulina, un ejemplo de ingeniería biomédica basada en la

aplicación de ingeniería electrónicaen un dispositivo médico.

En sus inicios, esta disciplina estuvo ligada fundamentalmente a la aplicación de técnicas

de ingeniería eléctrica y electrónica para la construcción de equipos médicos (instrumentación médica),

así como al diseño de prótesis y ortesis (biomecánica y rehabilitación). Posteriormente, una parte muy

importante de las aplicaciones de la ingeniería a la medicina fue la instrumentación para la adquisición

de imágenes del cuerpo humano (imagenología médica). A partir del desarrollo de los ordenadores, la

importancia de la instrumentación fue disminuyendo, mientras que el procesamiento de las señales

adquiridas cobró mayor ímpetu debido a que fue posible obtener información adicional a partir de las

señales que la instrumentación proporcionaba, y que no era visible directamente a partir de los trazos

puros (procesamiento de señales biomédicas). En la actualidad la disciplina está ligada también a otras

como la genómica y proteómica (biología computacional).Hoy en día también existen las especialidades

en ingeniería clínica.2

Historia [editar]

Hay autores que indican que existe la ingeniería biomédica desde que se aplicaron remedios a

problemas particulares del individuo como una prótesis del dedo gordo del pie que fue descubierta en

una tumba egipcia con una antigüedad de más de 3000 años[cita requerida]. Otros autores mencionan a los

dibujos anatómicos de Leonardo Da Vinci y sus aproximaciones a brazos de palanca o los trabajos

de Luigi Galvani y de Lord Kelvin sobre la conducción eléctrica en los seres vivos[cita requerida]. No obstante,

el desarrollo de la instrumentación eléctrica y electrónica produjo una explosión de resultados y se

puede considerar como uno de los orígenes más cercanos de la ingeniería biomédica. Esto se da

principalmente entre los años de 1890 y 1930. Ejemplos de esto son los diseños para el registro de

señales electrofisiológicas, comenzando por los registros de A.D. Waller en corazones de humanos

(1887), el refinamiento de la técnica por parte de W. Einthoven al desarrollar un galvanómetro de cuerda

(1901) y la aplicación de este al registro de señales electroencefalográficas en humanos por Berger

(1924). La instrumentación electrónica a partir de tubos de vacío se empleó por E. Lovett Garceau para

amplificar estas señales eléctricas y el primer sistema de electroencefalógrafo comercial de tres canales

fue construido por Alfred Grass en 1935. Otro ejemplo es el desarrollo de la instrumentación en

imagenología. Desde el descubrimiento de los rayos-X por Röntgen en 1895 hasta su primera aplicación

en biomedicina pasó una semana. Desde 1896, Siemens y General Electric ya vendían estos sistemas.

En la actualidad, los nuevos desarrollos en imagenología han tomado mucho más tiempo en lograr su

aplicación clínica. El principio de resonancia magnética se descubrió en 1946, pero no fue sino hasta 30

años después, que se pudo desarrollar un sistema para uso en humanos.

¿Qué es la bioingeniería?PUBLICADO EL ABR 24, 2011Aún sin comentarios

ISTOCKPHOTO/THINKSTOCK

La bioingeniería es   una de las últimas ramas de la ingeniería en ser creadas. Un

bioingeniero es un profesional que se ocupa de todos los aspectos tecnológicos

relacionados de alguna manera al ámbito de la medicina y de la biología. Además, al

igual que un biólogo o un médico, se encarga del estudio y el análisis de todos los

organismos vivos. A nivel molecular, celular y de aparatos y sistemas del cuerpo

humano o de cualquier otra forma de vida.

Esta nueva rama de la ingeniería era necesaria ya que los avances tecnológicos en

biología y medicina requerían de profesionales capaces de comprender y aplicar los

mismos conocimientos de biología, para los que se aplican los dispositivos ideados y

fabricados por los ingenieros. El diseño y la fabricación de nuevas tecnologías que son

cada vez más complejas y la necesidad de normativas al respecto hacen que la

demanda de bioingenieros sea cada vez más importante.

Uno de los lugares más frecuentes donde podemos encontrar a

un bioingeniero realizando su trabajo es en los hospitales. Es el encargado de

garantizar el correcto funcionamiento de todos los equipos necesarios para el cuidado

de los pacientes, debe asesorar en todo lo referente al uso de las tecnologías y aplicar

los métodos tecnológicos que crea convenientes para resolver todo tipo de problemas

relacionados con el buen funcionamiento del hospital.

Otra área en la que la bioingeniería es muy importante, y mucho más en estos

últimos tiempos, es en el área de la investigación. Un bioingeniero es quien diseña y

fabrica todo tipo de dispositivos tecnológicos para el estudio y análisis de cualquier

objeto de investigación. También participa de la investigación en sí misma, aportando

su conocimiento tecnológico y recogiendo datos que le servirán para mejorar los

sistemas anteriores aplicando el conocimiento a nuevos diseños.

Introducción a La BiotecnologíaLa Biotecnología es el uso o manipulación de organismos vivos, o compuestos obtenidos de los mismos, para la obtención de productos de valor para los seres humanos.

Los primeros organismos usados fueron microorganismos (como bacterias y hongos), aunque posteriormente se emplearon plantas y últimamente animales. La biotecnología tradicional incluía procesos microbianos, implemetos para la elaboración de la cerveza o el pan, la obtención de antibióticos o la depuración de aguas residuales. El término ha llegado a hacerse familiar desde el desarrollo, durante la década de 1970, de la ingeniería genética. La biotecnología moderna utiliza organismos modificados genéticamente para obtener beneficios mayores, o procedimientos completamente nuevos. 

Obtención de láminas de piel humana mediante ingeniería de tejidos

Este estudio quiere desarrollar un sistema de cultivo de queratinocitos humanos sobre un equivalente dérmico que permita tratar varias lesiones producidas en la piel. Para ello: 1) Los queratinocitos de los cultivos primarios derivados de biopsias de piel son sembrados sobre una matriz de fibrina con fibroblastos humanos incluidos. Las células creciendo sobre los equivalentes dérmicos alcanzan confluencia y un epitelio estratificado es obtenido entre 20-25 días de cultivo. 2) Las láminas de piel producidas son removidas del fondo de los frascos de cultivo mediante un procedimiento simple y rápido, sin usar químicos o enzimas. Un

número de ventajas, que incluye la expansión de los queratinocitos obtenidos de los cultivos primarios, la disponibilidad del plasma en los bancos de sangre y manipulación de la lámina obtenida in vitro permiten asegurar que este sistema es muy apropiado para el tratamiento de lesiones, pequeñas y/o extensas en la piel.

en 12:46 p.m. 2 comentarios:  

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INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA TISULAREsta disciplina es de carácter multidisciplinar, intenta ofrecer una alternativa a pacientes que por accidente o enfermedad han sufrido pérdidas de tejidos. Se apoya en la participación de especialistas en: Biología, Farmacología, Medicina y Ciencia de Materiales, para desarrollar procesos de regeneración tisular. El aporte del campo es muy importante ya que se hace necesaria su participación en el diseño y preparación de soportes para conseguir la proliferación celular, y para modular y controlar la liberación de compuestos bio activos característicos, necesarios para conseguir un proceso regenerativo adecuado. Se describen con detalle las metodologías que se usan en

este campo, y la influencia de este campo en la sociedad y economía.

La ingeniería de tejidos se ha desarrollado durante las últimas décadas con el fin de devolver la funcionalidad y la salud de los tejidos que se han perdido, que están enfermos o que nunca han existido.

La ingeniería biomédica se define como la aplicación de la ingeniería a la medicina clínica y la cirugía. Esta ciencia se originó 200 años atrás con los estudios de electrofisiología realizados por Galvani y Volta. Hacia 1.960 los avances en la ingeniería mecánica, química y eléctrica junto con la investigación en fisiología y medicina empezaron a producir avances en el área de la salud. 

La bioingeniería es la especialidad que aplica los principios de la ingeniería y las ciencias de la vida a la fabricación de sustitutos biológicos que mantengan, mejoren o restauren la función de órganos y tejidos en el cuerpo humano. La ingeniería de tejidos incluye ramas tan diversas como la biología celular, la micro fabricación, la robótica y la ciencia de los materiales para diseñar partes de reemplazo del cuerpo humano. También se conoce por el término de medicina regenerativa. A diferencia de las terapias estándar, los productos de la ingeniería son células vivas que se integran en el paciente.

La primera homo-transplantación de un miembro completo fue realizada por Santo Damian y Cosmas. Aunque el concepto fue descrito en la Biblia donde se dice que Dios tomo una costilla del hombre y crea a la mujer a partir de esta.

Dentro de las contribuciones más importantes de la ingeniería biomédica al área clínica se pueden destacar la creación de instrumentos para diagnóstico, terapia y rehabilitación de diferentes patologías. Una revolución en el diagnóstico de las enfermedades comenzó en 1.970 con la introducción de la tomografía computarizada, la resonancia magnética y las imágenes por ultrasonido. Estas herramientas han sido mejoradas con el uso de los computadores y los algoritmos. Son productos de la ingeniería biomédica: el implante coclear, el cardiodesfibrilador, los catéteres de ablasión y el uso del “Stent” para el tratamiento de aneurismas, enfermedad periférica y enfermedad coronaria. Estos han sustituido la cirugía. La medicina actual quiere acabar la cirugía invasiva con cámaras diminutas y guías

laser que reducen la mortalidad y permiten una rehabilitación más rápida.

En 1965, Urist reporto la generación de tejidos estructurados, lo cual significa la autoinducción de hueso. En los 70s, Green describió una serie de experimentos relacionados a la generación de nuevo cartílago. En uno de los experimentos, cultivo condrocitos en espiculas de hueso estéril implantándolas en un ratón. Aunque los experimentos no fueron del todo favorables, Green postulo correctamente que el uso de nuevos materiales biocompatibles podría permitir cultivar las células en modelos sintéticos y luego ser implantados dentro de los animales para así generar nuevos tejidos funcionales.

En años recientes, numerosos autores han tratado de describir los procesos que envuelven el reemplazo del hueso o cartílago perdido debido a injurias o enfermedades. Se han

utilizado tanto injertos autologos como heterologos. Los sustitutos de hueso y materiales aloplásticos han sido utilizados solos y en conjunto con hueso desmineralizado o con injertos autogenos de hueso. El tejido mesenquimal puede ser estimulado para diferenciarse en hueso por medio de polipéptidos, polvo de hueso demineralizado o ambos. Recientemente, células vivas han sido colocadas sobre implantes aloplásticos para producir hueso. La producción de cartílago por medio de la ingeniería de tejido ha sido reportada utilizando células sin ningún otro medio, células adheridas a matrices naturales, o por medio de estimulación de péptido.

Los descubrimientos que mostraron como las fuerzas mecánicas son potentes reguladores del crecimiento mediado por células, y de la degradación y reparación de los tejidos cardiovasculares y músculo-esqueléticos orientan el conocimiento de los mecanismos involucrados en la mecano-transducción celular y la señalización mecánica. Estos conocimientos

son importantes para desarrollar nuevas terapias basadas en la ingeniería de tejidos, que en medicina están dirigidas al tratamiento de la osteoartritis, osteoporosis y arteroesclerosis, y en odontología están orientadas a la solución de problemas relacionados con la articulación temporomandibular y con el tratamiento de maloclusiones de origen esquelético.

La biotecnología, la ingeniería de tejidos, la biología molecular; son algunas de las áreas que han hecho contribuciones más rutilantes y sorprendentes y que abren nuevas esperanzas a las personas aquejadas de males para los cuales no había salida.

En ellas se produce la interrelación de disciplinas como la química, la biología molecular, la virología, la genética, entre muchas otras. El resultado se hace perceptible en nuevos y originales abordajes terapéuticos que aportan al arsenal de la medicina nuevas alternativas de tratamiento (y prevención) para numerosas afecciones.

en 12:42 p.m. No hay comentarios:  

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CONSTRUCCIÓN DE TEJIDOS Y/U ÓRGANOSSu construcción depende de la ubicación:

a. Biorreactivos in vitro: Utiliza moldes tridimensionales con complejos celulares para trasplantes eventuales.

b. Recipientes heterotópicos: Utiliza células propias para trasplantes heterotópicos.

c. Donador exógeno: Utiliza animales como donantes.

Varios laboratorios en el mundo trabajan:

• Ingeniería de Hueso

Los defectos óseos secundarios a una lesión, enfermedad, y/o desórdenes congénitos representan un problema importante de salud. Las estrategias que se dirigen a sustituir los defectos óseos, incluyen el uso de injertos autologos, heterologos, y biomateriales sintéticos. Aunque éstos injertos devuelven la estabilidad y la función del tejido, todavía existen limitaciones. La bioingeniería ósea usa la estrategia conductiva y la inductiva para la regeneración de pequeños defectos. La

regeneración tisular guiada (GTR) después de una cirugía periodontal, presenta un acercamiento conductivo en la regeneración del hueso. Las BMPs, proteínas relacionadas, y los genes que codifican estas proteínas permiten que se usen estrategias inductivas en situaciones donde GTR no es suficiente. En contraste, la estrategia de trasplante celular ofrece la posibilidad de pre-formar estructuras de hueso. Éstas estructuras se desarrollan en laboratorios antes de ser usadas. Para que la ingeniería de tejidos sea una realidad en la obtención de nuevo hueso con sus características morfológicas y funcionales, será necesario conocer los mecanismos involucrados en su formación normal.

 

• Ingeniería de cartílago

La destrucción del cartílago es común en muchas enfermedades y después de un trauma. El diseño de templetes de polímeros con propiedades mecánicas y de degradación ha permitido diseñar tejidos cartilaginosos en animales con tamaños y formas definidas que se usan en la reconstrucción cráneofacial.

 

• Ingeniería de Piel y mucosa oral

La aplicación más eficaz en la ingeniería de tejidos. El tejido de la piel es necesario en los tratamientos estéticos de pacientes que han sido desfigurados por quemaduras, en

tratamientos por cáncer, o en el tratamiento de cicatrices por heridas de bala o cuchillos. Se está cultivando y desarrollando piel en laboratorios, componentes dermicos y epidérmicos, usando una combinación de células con polímeros como medio de transporte.

Una aproximación se ha desarrollado en el reemplazo de mucosa oral, aunque este procedimiento no ha sido definitivo. La ingeniería y trasplantación de mucosa oral y encía son importantes en los injertos periodontales y en los tratamientos de recesiones gingivales.

Las técnicas de ingeniería tisular ofrecen matrices biológicas o aloplásticas reabsorbibles con células vivas para la reconstrucción tridimensional de los tejidos afectados. Los sustitutos de mucosa oral desarrollados incluyen sustitutos basados en monocapas, sustitutos bicapa, Co-cultivos organotípicos y Co-cultivo de queratinocitos. Estos han sido usados en la reconstrucción secundaria de estructuras orales perdidas por tumores, en injertos realizados a pacientes con labio y paladar fisurado y en reconstrucción de tejidos perio dontales

perdidos por trauma o por enfermedad periodontal.

• Ingeniería de dentina y pulpa dental

La producción de dentina y pulpa dental han sido desarrolladas en animales y en estudios in vitro usando las estrategias de ingeniería. El potencial de uso de esta ingeniería de tejidos se encuentra en la sustitución de material dentario perdido. Una de las estrategias es inducir la formación de células provenientes de la pulpa dental usando BMPs. La ingeniería de tejido pulpar también es posible usando fibroblastos cultivados y el uso de matrices sintéticas poliméricas.

La pulpa dental tiene la capacidad de generar dentina en respuesta a estímulos, como la caries.

La pulpa dental contiene stem cells progenitoras, que proliferan y diferencian odontoblastos formadores de dentina. Los odontoblastos dañados son reemplazados por nuevos derivados de stem cells de pulpa. Las células pulpares se diferenciaron en odontoblastos y fueron estimuladas por señales morfogenéticas, proteína morfogenética ósea 2 (BMP2). Basados en este hallazgo in vitro, se diseñó un experimento en perros, en el cual se realizó un transplante del cultivo de stem cells tratado con BMP2 sobre la pulpa amputada. Se observó que las BMP2 pueden diferenciar directamente las stem cells pulpares en odontoblastos formadores de dentina.

• Ingeniería de glándulas salivares:

La aplicación más excitante. Esta genera la necesidad de desarrollar una vasculatura de soporte metabólico para estos órganos. Para este propósito se están investigando dos procedimientos: 1) El transplante de células endoteliales y 2) La liberación de factores de crecimiento angiogénicos en los tejidos creados por ingeniería.

Los templetes sintéticos o naturales para el cultivo celular que simulan la arquitectura normal y la bioquímica de la superficie de los órganos reemplazados (colágeno, fibronectina) podrían impulsar el desarrollo de técnicas para el reemplazo de órganos funcionales. La biología de las células madre mesenquimatosas ofrece alternativas terapéuticas que deben seguir siendo investigadas. Es necesario entender profundamente las vías de señalización intracelular, los factores de transcripción y las secuencias de activación genética que controlan

la diferenciación de células mesenquimatosas, en células bien definidas y totalmente caracterizadas.

La ingeniería de tejidos y el uso de stem cells, con la terapia génica permitirá manipular las proteínas salivales y los patrones de colonización de los microorganismos orales. Esta ciencia afectará la odontología porque ofrece una herramienta biológica, química y física para solucionar los problemas clínicos que involucran enfermedad periodontal, caries, tumores, trauma y anomalías dentomaxilofaciales.

en 12:37 p.m. No hay comentarios:  

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Estrategias para trasplantes de TejidosEl desarrollo de tecnologías para la reparación de cartílago, hueso, hígado, riñón, músculo esquelético, vasos sanguíneos y elementos del sistema nervioso permanece en progreso.

Las estrategias actuales usan injertos autologos y sintéticos. Muchos de estos avances presentan limitaciones como la insuficiente cantidad de tejidos donantes para realizar los injertos, la mala morfología de los injertos (mayor problema en los injertos óseos), grandes reabsorciones luego de los implantes. El estándar seria el tejido natural, por lo cual, se ha llegado a la ingeniería de un tejido nuevo a partir del mismo tejido preexistente.

Las estrategias que usa la bioingeniería para crear tejidos y órganos se fundamentan en la combinación de materiales artificiales con moléculas bioactivas que inducen la formación tisular o el crecimiento de células en un laboratorio. Las moléculas bioactivas más usadas son factores de crecimiento o proteínas de matriz extracelular. Esta combinación puede ser realizada en procedimientos conductivos, inductivos y de transplante de células.

1. Estrategias conductivas :  Utilización de materiales pasivos como las membranas para guiar la regeneración tisular.

2. Estrategias inductivas: colocación de células o factores como proteínas morfogenéticas óseas (BMPs) que se activan en el sitio del defecto induciendo la formación de los tejidos.

3. Estrategias de trasplante celular: trasplante directo de células producidas en el laboratorio. El odontólogo toma la biopsia la envía al laboratorio y allí es colocada en moldes, que generan tejido para implantarlo.

Una falla muy común en las tres técnicas, es el uso del material polimérico el cual sirve como medio de transporte de células y tejidos fabricados, ya que al degradarse van a formar ácidos que afectan el sitio del injerto, por esta razón se están investigando nuevos materiales para realizar la movilización de estos injertos

El uso de la cerámica ha sido de tejidos de hueso, donde modelos porosos con hidroxiapatita han sido usados para llevar células osteoprogenitoras derivadas del periostio del hueso medular. Los polímeros sintéticos se han usado como materiales para los modelos debido a sus características de procesamiento. Estos materiales tienen un rango de degradación corto (días), o largo (meses). Los modelos poliméricos se encuentran como mallas fibrosas, esponjas porosas o hidrogeles.

en 12:28 p.m. 1 comentario:  

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FORMAS DE RESTAURACIÓN TISULARLos procedimientos inductivos activan células cercanas al tejido por señales específicas. Estos procedimientos se han fortalecido por el descubrimiento de factores de crecimiento osteogénicos y angiogénicos. Las proteínas de la matriz extracelular (MEC), inducen neoformación ósea cuando son colocadas en el sitio del defecto. Estas proteínas tienen la

capacidad de dirigir la función de las células residentes y promueven la regeneración tisular. Para que la inducción tisular sea exitosa clínicamente, los factores biológicos de inducción deben activarse por el tiempo necesario. Por esa razón un objetivo de la bioingeniería es diseñar sistemas de liberación controlada. Las células incorporan el DNA liberado y producen cantidades suficientes de proteínas inductivas que promueven la neoformación de tejidos. La biocompatibilidad de las propiedades mecánicas del material y de aquellas del tejido es muy importante.

Se han desarrollado estrategias:

1. Modelo endógeno: se crea un hueso a partir del conocimiento de procesos naturales. Un ejemplo es el estudio de la distracción osteogénica en la cual se investigan los procesos moleculares que están involucrados para usar estrategias en la formación de hueso.

2. Estrategia de recombinación con bases proteicas: está basada en la colocación de factores de crecimiento exógenos, para aumentar la inducción de hueso o la cicatrización de un tejido. Muchos trabajos se han enfocado en suplir factores de crecimiento exógenos para aumentar la inducción ósea o la cicatrización de fracturas. En animales, los factores de crecimiento han sido administrados para aumentar la reparación de defectos craneofaciales de tejido óseo en cráneo, proceso cigomático, procesos alveolares, procesos periodontales y mandibulares. Entre las proteínas osteogénicas y angiogénicas que han sido investigadas están: el factor de crecimiento tranformante ßs (TGF-ßs), la activin A, las BMPs,

el factor de crecimiento fibroblástico (FGF–1, FGF–2), factores de crecimiento parecidos a la insulina (IGF), factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF) y hormonas de crecimiento (GH). Se ha usado BMP2 recombinante sobre esponjas de colágeno por medio de CT y de histología, para aumentar el proceso alveolar en pacientes que requieren aumento óseo de los defectos de las paredes bucales luego de las exodoncias. Se añaden factores de crecimiento directamente biodegradables para la fijación ósea en cirugías cráneofaciales.

3. Estrategias basadas en genes :  El objetivo es el reclutamiento celular, la diferenciación, la producción de matriz y el ensamblaje ordenado de estructuras para la regeneración de tejidos. Dentro de los modos virales, los adenovirus han sido utilizados para los métodos basados en la transferencia genética como medio de transporte para los genes, presentan habilidad para infectar las células con nuevos genes, poseen eficiencia en la transfección y una capacidad transgénica. Se han empleado adenovirus para transportar potentes factores angiogénicos (VEGF) y osteoinductores (BMPs)

en ratas. Los modos no virales como la transferencia génica mediada por genes liposómicos son han sido usados por la baja eficiencia.

4. Estrategias basadas en células :  cuando un tejido es incapaz de cicatrizar un defecto, debe ser diseñado in vitro, se necesitan bloques de células vivas para sus requerimientos. Para que una célula sea funcional en la ingeniería de tejidos craneofaciales, debe seguir criterios, como ser capaz de formar múltiples tejidos, no ser inmunogénica, ser de rápida y fácil expansión en cultivos y ser accesible con mínima morbilidad para el sitio donante. Aunque las stem cells derivadas de embriones cumplen con los criterios, las controversias sobre la ética de

la obtención de estas células, han conllevado al estudio de las stem cells derivadas de tejidos adultos. Las stem cells de hueso medular o BMSC, son las más usadas. La nueva fuente de stem cells adultas se encuentran en las células de tejido graso obtenidas luego de procedimientos como la liposucción. Estas células tienen la capacidad de diferenciarse a linajes adipogénicos, osteogénicos, condrogénicos o miogénicos. Algunos estudios sugieren que estas células de tejido adiposo migran hacia lugares de cicatrización ósea, sin embargo los procesos involucrados en la diferenciación de estas células, aún no se han aclarado totalmente.

Resumen

La Bioingeniería o Ingeniería Biomédica es la disciplina científica y tecnológica que aplica los principios y los métodos de la ingeniería, ciencia y tecnología para la comprensión, definición y resolución de problemas biológicos y médicos. [10]

Index Terms TECNOLOGIA, MEDICINA, DISCIPLINA, TECNICAS.

Introducción

La bioingeniería es una rama interdisciplinaria de la ingeniería que encierra desde temas teóricos y no experimentales hasta aplicaciones muy actuales. La bioingeniería puede abarcar investigación, desarrollo, aplicación y operación. Se dice que la bioingeniería al igual que la medicina encierra un campo bien amplio para el estudio de la misma. [1]

"La bioingeniería es una de las disciplinas más jóvenes de la ingeniería en la que los principios y herramientas de la ingeniería, ciencia y tecnología se aplican a los problemas presentados por la biología y la medicina". [12]

La bioingeniería es una serie de técnicas donde hace una combinación de materia inerte con materia viva. La ingeniería biológica se utiliza como elemento principal para el control de las erosiones que se dan en el suelo. [2]

Marco teórico

Definiciones:

La IEEE define a la bioingeniería como "la ciencia que estudia y busca la aplicación de principios y métodos de las ciencias exactas, en general, y de la ingeniería, en particular, a la solución de problemas de las ciencias biológicas y médicas" Esto quiere decir es la aplicación de dos ciencias muy importante como son la ingeniería y la medicina para dar soluciones a problemas de salud. [8]

La bioingeniería es una aplicación de la ingeniería y de la medicina, que juntas se complementan para ser utilizadas en beneficio del hombre. [1]

También se le conoce a la bioingeniería como el diseño de modelos y dispositivos que se imitan a inventos realizados por el hombre. Algunos de estos inventos sirven de prótesis o de material de repuesto. [1]

La bioingeniería o conocida como ingeniería médica combina los conocimientos técnicos con las necesidades médicas que se dan para beneficio del hombre. [3]

Proposito:

Su proposito principal es prevalecer la vida. [11]

La bioingenieria en el futuro

A bioingenieria puede incidir en el cuidado al madio ambiente como el calentamiento global. [11]

La utilización de los avances tecnológicos en el desarrollo de nuevos materiales sintéticos, la microelectrónica y la bioinformática que facilitaran laproducción de biochips (bionanotecnológia), de órganos artificiales y prótesis artificiales donde se combinen diseños de la avanzada ingeniería conrecursos biológicos. [11]

Aplicación de la bioingeniería o ingeniería médica

La aplicación de la bioingeniería se da en tres áreas muy importantes como es la prevención, diagnóstico, tratamiento y rehabilitación [5]. La primer área consiste en adecuar y crear nuevas técnicas para evitar que se presente la enfermedad, la segunda es el diagnóstico, que tiene por misión el generar nuevas tecnologías para que el trabajo del médico se facilite y llegar a un diagnóstico preciso, todo esto a través de equipos que brinden datos e imágenes lo más reales posibles, la robótica también

entra en todo ese universo ya que sirve para  implementar nuevas tecnologías en las cirugías. [5]

Entre mucho de los beneficios de la bioingeniería es la construcción de prótesis que reemplazan órganos vitales y que cada vez se dan de mejor manera en los seres humanos o también los conocidos tratamientos de cáncer mediante micro- robots que se introduce dentro del ser humano para combatir lascélulas cancerígenas.[6]

LOS CONOCIMIENTOS QUE POSEE LA BIOINGENIERIA

La estructura y conformación del organismo humano, las relaciones anátomo - funcionales y los principios fisicoquímicos, cualitativos y cuantitativos que lo rigen. [9]  Los principios biológicos y fisiopatológicos de la enfermedad. Las bases para el diagnóstico y tratamiento. [9]

 Los elementos para el diseño, análisis y construcción de equipamiento médico. [9]

Las propiedades físicas y fisicoquímicos de materiales tecnológicos de interés biomédico y biocompatibles. [9]

 La estructura y funcionamiento de hospitales de diferente complejidad. Seguridad eléctrica y otros factores de riesgo en el hospital.  [9]

Ingeniería y medicina

•La medicina de la mano de la tecnología está avanzando y contribuyendo inexorablemente a mejorar la capacidad de prevenir las enfermedades, facilitar su detección precoz y optimizar su tratamiento. [10]

•Los avances tecnológicos, junto con los profundos cambios socio-económicos producidos por la sociedad de la información, nos llevan a una nueva forma de entender el cuidado de la salud. [10] BIOINSTRUMENTACION:

Sensores que cuantifican los componentes químicos en sangre y la integración de biosensores en dispositivos de monitorización[10]

Figura 1. Sensores que cuantifican los componentes químicos en la sangre [10]

Prótesis: marcapasos, desfibriladores, riñones artificiales y prótesis cardíacas, de articulaciones (brazos y piernas).[10]

Figura 2. Prótesis [10]

Instrumental y dispositivos terapéuticos, tales como un sistema láser para cirugía oftalmológica, un catéter o una bomba de insulina.[10]

Figura 3. Instrumental y dispositivos terapéuticos [10]

Monitorización de pacientes durante cirugía o en cuidados intensivos, o la monitorización de personas sanas en entornos especiales, como los astronautas en el espacio o los ancianos en su domicilio.[10]

Figura 4. Monitorización de Pacientes [10]

LAS DISCIPLINAS QUE ABARCA LA BIOINGENIERÍA:

Figura 5. El mundo del I.B. [2]

Entre los más importantes campos que nuclea la Bioingeniería a nivel mundial se pueden mencionar: Biomateriales; Ingeniería Biomédica;

Ingeniería Hospitalaria; Biomecánica; Bioóptica; Biosensores; Ingeniería Clínica y de Rehabilitación; Imágenes Médicas; Informática Médica; Órganos Artificiales; Procesamiento de Señales Biológicas; Telemedicina; y todo lo que concierne a la Tecnología Médica. [9]

En otros casos, las disciplinas dentro de la bioingeniería se dividen en la cercanía con otros campos de la ingeniería más arraigados, los cuales suelen incluir: [9]

Ingeniería química - a menudo asociado con la ingeniería bioquímica, celular, molecular, nuevos materiales y tejidos, etc. [9]

Ingeniería Clínica- a menudo asociado con la Ingeniería Médica ó la Ingeniería Hospitalaria , administración y mantenimiento de equipos médicos en una clínica u hospital.[9]

Ingeniería electrónica - a menudo asociado con la bioelectricidad, bioinstrumentación, creación de imágenes, e instrumentación médica. [9]

Ingeniería mecánica - a menudo asociado con biomecánica, biotransporte, y modelado de sistemas biológicos. [9]

Óptica e ingeniería óptica - óptica médica, imagen e instrumentación. [9]

La bioingeniería trata de compaginar la medicina con diseños y materiales de ingeniería. [13]

Por ejemplo la biomecánica se encarga de estudiar el comportamiento mecánico del cuerpo. Comprobando el comportamientos de los tejidos y órganos si tienen interacción con las prótesis. [13]

Lo biomateriales constituye uno de los avances más importantes en la medicina actual. Puede ser un metal o una cerámica ya que la única condición que debe cumplir es que debe ser compatible esto quiere decir que no produzca rechace por la parte inmunitario del ser humano. Por otra es importante que sus propiedades mecánicas sean compatibles con el órgano que se implante y a todo esto se suma que debe tener facilidad para colocar, esterilizar y manipular. [13]

Solo que sean materiales de metal, cerámicos polímeros y aleaciones pueden garantizar un contacto directo con el sistema biológico del cuerpo humanosin tener problemas. [13]

Cuestión Semántica

BIOINGENIERÍA: la definición más amplia abarca todas las posibles interacciones entre las Ciencias Naturales y la Ingeniería. [2]

INGENIERIA BIOMÉDICA: Centrada en el ser humano y en el cuidado de su salud. [2]

INGENIERIA CLÍNICA: Centrada en el paciente (excluye el desarrollo de tecnologías). [2]

INGENIERIA HOSPITALARIA: Centrada en la infraestructura soporte. [2]

ELECTROMEDICINA: Exclusivamente equipamiento electrónico de uso en Medicina. [2]

BIOTECNOLOGÍA: Generalmente asociada a la Genética y relacionada con aplicaciones agropecuarias y en medicamentos. [2]

AREAS DE INCISION:

 Área empresaria: asesoramiento, capacitación, diseño de producto, generación, gestión de calidad, instalación de equipamiento, planeamiento,servicio técnico. [9]

Area hospitalaria: aparatología, desarrollos técnicos, dirección, gestión de compra, mantenimiento, planeamiento, seguridad hospitalaria. [9]

Centros de investigación: investigación básica y aplicada. [9]

Organismos públicos: control, reglamentaciones, normativa, pliegos de adquisición de tecnología médica.  [9]

Universidades e instituciones de educación: docencia, investigación y extensión. [9]

Conclusiones

La bioingeniería es una aplicación de la ingeniería y la medicina, donde la unión de las dos puede dar soluciones a problemas que se presentan en la vida del hombre. La bioingeniería comprende muchas disciplinas de las que se habló al comienzo de este documento.

La bioingeniería combina los conocimientos técnicos y lo conocimientos de medicina para beneficio del hombre.

Como bien sabemos la medicina a tenido un avance impresionante tanto en equipos de trabajo así como en prótesis que pueden remplazar varias partes del cuerpo del ser humano.

La medicina en cierta época no experimentaba, mas bien se basaba solamente en la observación, lo cual con el transcurso del tiempo se veía necesario implementar la ingeniería para así la medicina sea mas desarrollada y de esta manera sea útil para el hombre.

Bioingeniería Carrera declarada de interés por el Gobierno Argentino por estar vinculada a áreas prioritarias del desarrollo nacional.

Carrera acreditada por Res 619/06 de la CONEAU - Comisión Nacional de Evaluación y Acreditación Universitaria.

      La Bioingeniería es una de las disciplinas más jóvenes de la ingeniería en la que los principios y herramientas de la ingeniería, ciencia y tecnología se aplican a los problemas presentados por la biología y la medicina. 

      La formación del Bioingeniero comprende una sólida base en ingeniería conjugada con los conocimientos fundamentales de medicina y biología, complementados con materias específicas de aplicación de tecnología: electrónica, informática, robótica, óptica, etc., para satisfacer las demandas de la medicina y la biología. 

      Esta carrera fue creada con el objetivo de dar soluciones a la problemática del ámbito de la salud mediante la aplicación de modernos métodos tecnológicos. 

      La Bioingeniería hoy, en nuestro país, está creciendo y estableciéndose como uno de los polos de mayor desarrollo, tanto en el mercado médico-tecnológico como en el área de la investigación. 

      La fabricación, la importación y la exportación de nueva y compleja tecnología médica, y la necesidad de normativas que rijan en todos los aspectos de la misma, hacen que la demanda de Bioingenieros se haga cada vez más relevante y que diferentes ámbitos prestadores de salud requieran de sus servicios. 

      Entre los más importantes campos que nuclea la Bioingeniería a nivel mundial se pueden mencionar: Biomateriales; Ingeniería Biomédica; Ingeniería Hospitalaria; Biomecánica; Bioóptica; Biosensores; Ingeniería Clínica y de Rehabilitación; Imágenes Médicas; Informatica Médica; Órganos Artificiales; Procesamiento de Señales Biológicas; Telemedicina; y todo lo que concierne a la Tecnología Médica. 

¿Que conocimientos posee ? 

        La estructura y conformación del organismo humano, las relaciones anátomo - funcionales y los principios fisicoquímicos, cualitativos y cuantitativos que lo rigen. 

        Los principios biológicos y fisiopatológicos de la enfermedad. Las bases para el diagnóstico y tratamiento. 

        Los elementos para el diseño, análisis y construcción de equipamiento médico. 

        Las propiedades físicas y fisicoquímicos de materiales tecnológicos de interés biomédico y biocompatibles.

        La estructura y funcionamiento de hospitales de diferente complejidad. Seguridad eléctrica y otros factores de riesgo en el hospital. 

        El bioingeniero para todo esto debe además de su formación en el campo de la biología formarse fuertemente en matemáticas, electrónica e informática. 

¿ Que labor realiza ? 

        Aplica métodos tecnológicos e ingenieriles a los problemas presentados por la medicina y la biología. 

        Tiene también en los hospitales un ámbito de trabajo muy amplio ya que debe asesorar y contribuir en la elección de los equipos necesarios para el cuidado de los pacientes, debe además garantizar su correcto funcionamiento.

        Idea y desarrolla equipos orientados al uso médico.

       Se desempeña con gran idoneidad cuando se trata del estudio y análisis de la estructura y el funcionamiento de los organismos vivos tanto a nivel molecular, celular y de aparatos y sistemas del cuerpo humano. Esto le permite el desarrollo de materiales aptos para reemplazos de órganos dañados o implantes. 

 

¿ Cuales son las áreas de inserción ? 

       Area empresaria: asesoramiento, capacitación, diseño de producto, generación, gestión de calidad, instalación de equipamiento, planeamiento, servicio técnico.

      Area hospitalaria: aparatología, desarrollos técnicos, dirección, gestión de compra, mantenimiento, planeamiento, seguridad hospitalaria.

     Centros de investigación: investigación básica y aplicada

     Organismos públicos: control, reglamentaciones, normativa, pliegos de adquisición de tecnología médica.  

     Universidades e instituciones de educación: docencia, investigación y extensión.