Estasmoléculas se repiten constantemente en todos los seres vivos, por lo que el origen de la vida procede de un antecesor común, pues sería muy improbable que hayan aparecido independientemente dos seres vivos con las mismas moléculas orgánicas.[5][6] Se han encontrado microfósiles con una antigüedad de 3770-4280 millones de años, por lo que la vida podría haber surgido sobre laTierra durante elHádico.[1] Losrelojes moleculares también la estiman en el Hádico.[7]
Todos los seres vivos están constituidos porcélulas (véaseteoría celular). En el interior de éstas se realizan las secuencias dereacciones químicas, catalizadas porenzimas, necesarias para la vida.
Lareproducción es una característica básica de los seres vivos. En la parte superior de la figura se aprecia unabacteria reproduciéndose porfisión binaria.
Resulta fácil, habitualmente, decidir si algo está vivo o no. Ello se debe a que los seres vivos comparten muchos atributos. Asimismo, la vida puede definirse según estas propiedades básicas de los seres vivos, que nos permiten diferenciarlos de la materia inerte:[8][9][10][11]
Organización. Las unidades básicas de un organismo son las células. Un ser vivo puede estar compuesto de una sola célula (unicelular) o por muchas (pluricelular).
Relación oIrritabilidad. Es una reacción ante estímulos externos y permite a los seres vivos detectar u obtener información del medio en el que viven, tomar las decisiones acertadas y elaborar una respuesta adecuada para su supervivencia.[12] Una respuesta puede ser de muchas formas, por ejemplo, la contracción de un organismo unicelular cuando es tocado o las reacciones complejas que implican los sentidos en losanimales superiores.
Desarrollo. Los organismos aumentan de tamaño al adquirir y procesar los nutrientes. Muchas veces este proceso no se limita a la acumulación de materia sino que implica cambios mayores.
Reproducción. Es la habilidad de producir copias similares de sí mismos, tantoasexualmente a partir de un único progenitor, comosexualmente a partir de al menos dos progenitores.
Una forma alternativa de definir a los seres vivos es mediante el concepto deautopoiesis, introducido por los doctoresHumberto Maturana yFrancisco Varela. La idea es definir a los sistemas vivientes por su organización más que por un conglomerado de funciones.[13] Un sistema se define como autopoiético cuando las moléculas producidas generan la misma red que las produjo y especifican su extensión. Los seres vivos son sistemas que viven mientras conserven su organización. Todos sus cambios estructurales son para adaptarse al medio en el cual ellos existen. Para un observador externo al sistema, esta organización aparece como auto-referida. Las células son los únicos sistemas vivos primarios, es decir aquellos capaces de mantener su autopoiesis en forma autónoma. Los organismos pluricelulares formados por células poseen características similares a las de las células, particularmente el estado estable, pero su vida les es concedida por la organización autopoiética de las células que los constituyen.
Uno de los parámetros básicos del ser vivo es sulongevidad.[14] Algunos animales viven tan poco como un día, mientras que algunas plantas pueden vivir miles de años. Elenvejecimiento puede utilizarse para determinar la edad de la mayoría de los organismos, incluyendo las bacterias.
Los organismos sonsistemas físicos soportados por reacciones químicas complejas, organizadas de manera que promueven la reproducción y en alguna medida la sostenibilidad y la supervivencia.[15] Los seres vivos están integrados por moléculas inanimadas; cuando se examinan individualmente estas moléculas se observa que se ajustan a todas las leyes físicas y químicas que rigen el comportamiento de la materia inerte y las reacciones químicas son fundamentales a la hora de entender los organismos, pero es un error filosófico (reduccionismo) considerar a la biología como únicamente física o química. También juega un papel importante la interacción con los demás organismos y con el ambiente. De hecho, algunas ramas de la biología, por ejemplo laecología, están muy alejadas de esta manera de entender a los seres vivos.
Los organismos son sistemas físicosabiertos ya que intercambianmateria yenergía con su entorno. Aunque son unidades individuales de vida no están aislados del medio ambiente que los rodea; para funcionar absorben y desprenden constantemente materia y energía. Los seresautótrofos producen energía útil (bajo la forma de compuestos orgánicos) a partir de laluz del sol o de compuestos inorgánicos, mientras que losheterótrofos utilizan compuestos orgánicos de su entorno.
La materia viva está constituida por unos 60 elementos, casi todos los elementos estables de la Tierra, exceptuando los gases nobles. Estos elementos se llaman bioelementos o elementos biogénicos. Se pueden clasificar en dos tipos: primarios y secundarios.
Loselementos primarios son indispensables para formar las biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucléicos). Constituyen el 96,2 % de la materia viva. Son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre.
Loselementos secundarios son todos los bioelementos restantes. Existen dos tipos: los indispensables y los variables. Entre los primeros se encuentran el calcio, el sodio, el potasio, el magnesio, el cloro, el hierro, el silicio, el cobre, el manganeso, el boro, el flúor y el yodo.
Elelemento químico fundamental de todos los compuestos orgánicos es elcarbono. Las características físicas de este elemento tales como su gran afinidad de enlace con otros átomos pequeños, incluyendo otros átomos de carbono, y su pequeño tamaño le permiten formar enlaces múltiples y lo hacen ideal como base de la vida orgánica. Es capaz de formar compuestos pequeños que contienen pocos átomos (por ejemplo eldióxido de carbono) así como grandes cadenas de muchos miles de átomos denominadasmacromoléculas; los enlaces entre átomos de carbono son suficientemente fuertes para que las macromoléculas sean estables y suficientemente débiles como para ser rotos durante elcatabolismo; las macromoléculas a base desilicio (siliconas) son virtualmente indestructibles en condiciones normales, lo que las descartan como componentes de un ser vivo con metabolismo.
Los compuestos orgánicos presentes en la materia viva muestran una enorme variedad y la mayor parte de ellos son extraordinariamente complejos. A pesar de ello, las macromoléculas biológicas están constituidas a partir de un pequeño número de pequeñas moléculas fundamentales (monómeros), que son idénticas en todas las especies de seres vivos. Todas las proteínas están constituidas solamente por 20aminoácidos distintos y todos losácidos nucleicos por cuatronucleótidos. Se ha calculado que, aproximadamente un 90 % de toda la materia viva, que contiene muchos millones de compuestos diferentes, está compuesta, en realidad por unas 40 moléculas orgánicas pequeñas.[16]
Por ejemplo, aún en las células más pequeñas y sencillas, como labacteriaEscherichia coli, hay unos 5000 compuestos orgánicos diferentes, entre ellos, unas 3000 clases diferentes deproteínas y se calcula que en el cuerpo humano puede haber hasta 5 millones de proteínas distintas; además ninguna de las moléculas proteicas deE. coli es idéntica a alguna de las proteínas humanas, aunque varias actúen del mismo modo.[16]
La mayor parte de las macromoléculas biológicas que componen los organismos pueden clasificarse en uno de los siguientes cuatro grupos:ácidos nucleicos,proteínas,lípidos yglúcidos.
Losácidos nucleicos (ADN yARN) son macromoléculas formadas por secuencias denucleótidos que los seres vivos utilizan para almacenar información. Dentro del ácido nucleico, uncodón es una secuencia particular de tres nucleótidos que codifica unaminoácido particular, mientras que una secuencia de aminoácidos forma una proteína.
Lasproteínas son macromoléculas formadas por secuencias de aminoácidos que debido a sus características químicas sepliegan de una manera específica y así realizan una función particular. Se distinguen las siguientes funciones de las proteínas:
Enzimas, que catalizan las reacciones metabólicas.
Loslípidos forman lamembrana plasmática que constituye la barrera que limita el interior de la célula y evita que las sustancias puedan entrar y salir libremente de ella. En algunos organismos pluricelulares se utilizan también para almacenar energía y para mediar en la comunicación entre células.
Losglúcidos (o hidratos de carbono) son el combustible básico de todas las células; laglucosa está al principio de una de las rutas metabólicas más antiguas, laglucólisis. También almacenan energía en algunos organismos (almidón,glucógeno), siendo más fáciles de romper que los lípidos, y forman estructuras esqueléticas duraderas, como lacelulosa (pared celular de losvegetales) o laquitina (pared celular de loshongos,cutícula de losartrópodos).
Todos los seres vivos están formados por unidades denominadascélulas; algunos están formados por una única célula (unicelulares) mientras que otros contienen muchas (pluricelulares). Los organismos pluricelulares pueden especializar sus células para realizar funciones específicas. Así, un grupo de tales células forma untejido. Los cuatro tipos básicos de tejidos en los animales son:epitelio,tejido nervioso,músculo ytejido conjuntivo. En las plantas pueden distinguirse tres tipos básicos de tejidos:fundamental, epidérmico yvascular. Varios tipos de tejido trabajan juntos bajo la forma de unórgano para producir una función particular (tal como el bombeo de la sangre por elcorazón o como barrera frente al ambiente como lapiel). Este patrón continúa a un nivel más alto con varios órganos funcionando comosistema orgánico que permiten lareproducción,digestión, etc. Muchos organismos pluricelulares constan de varios sistemas orgánicos que se coordinan para permitir vida.
Células vegetales. Dentro de estas y en color verde se aprecian loscloroplastos.
Lateoría celular, propuesta en el año 1839 porSchleiden ySchwann, establece que todos los organismos están compuestos de una o más células; todas las células provienen de otras células preexistentes; todas las funciones vitales de un ser vivo ocurren dentro de las células, y las células contieneninformación hereditaria necesaria para las funciones de regulación de la célula y para transmitir información a la siguiente generación de células.
Todas las células tienen unamembrana plasmática que rodea a la célula, separa el interior del medio ambiente, regula la entrada y salida de compuestos manteniendo de esta manera elpotencial de membrana, uncitoplasmasalino que constituye la mayor parte del volumen de la célula y material hereditario (ADN yARN).
Según la localización y la organización del ADN se distinguen dos tipos de células:
Metabolismo, incluyendo la obtención de los componentes constructivos de la célula yenergía y laexcreción de residuos. El funcionamiento de una célula depende de su capacidad para extraer y utilizar la energía química almacenada en las moléculas orgánicas. Esta energía se obtiene a través de lascadenas metabólicas.
Respuesta aestímulos externos e internos, por ejemplo, cambios de temperatura,pH o niveles nutrientes.
Es la disposición de las estructuras corporales respecto de algún eje del cuerpo. Se clasifican en:
Asimétrica: cuando no presentan una forma definida, como lasamebas.
Radial: es presentada por organismos en forma de rueda o cilindro y sus partes corporales parten de un eje o punto central. Ejemplo: loserizos y lasestrellas de mar.
Bilateral: la presenta la mayoría de los seres vivos, es aquella en la cual al pasar un eje por el centro del cuerpo se obtienen dos partes equivalentes. Ejemplo: losvertebrados.
Los seres vivos pueden ser estudiados a muchos niveles diferentes:químico,celular,tejido,individuo,población,comunidad,ecosistema ybiósfera. Laecología plantea una visión integradora de los seres vivos con elmedio ambiente, considerando la interacción de los distintos organismos entre sí y con el medio físico, así como los factores que afectan a su distribución y abundancia. El medio ambiente incluye tanto los factores físicos (factores abióticos) locales, tales como elclima y lageología, como los demás organismos que comparten el mismohábitat (factores bióticos).
Losprocariontes y loseucariontes han evolucionado de acuerdo con estrategias ecológicas diferentes. Los procariontes son pequeños y sencillos: esto les otorgó la posibilidad de una alta velocidad de crecimiento y reproducción, por lo que alcanzan altos tamaños poblacionales en poco tiempo, que les permite ocupar nichos ecológicos efímeros, con fluctuaciones dramáticas de nutrientes. Por el contrario, los eucariontes, más complejos y de mayor tamaño, poseen un crecimiento y reproducción más lentos, pero han desarrollado la ventaja de ser competitivos en ambientes estables con recursos limitantes. No se debe caer en el error de considerar a los procariontes como evolutivamente más primitivos que los eucariontes, ya que ambos tipos de organismos se hallan bien adaptados a su ambiente, y ambos fueron seleccionados hasta la actualidad debido a sus estrategias ecológicas exitosas.[17]
Aparte de los seres vivos propiamente mencionados también se ha propuesto incluir a otras formas biológicas como losvirus y los agentes subvirales (virus satélite,viroides yvirusoides),nanobios,nanobacterias que generalmente no se consideran seres vivos porque no cumplen con todas lascaracterísticas que definen a los seres vivos. Puede consultarse el artículo (Formas propuestas de vida) para información sobre los argumentos a favor y en contra de su inclusión. En 2012 se llevó a cabo el descubrimiento de un organismo celular nombradoParakaryon myojinensis que no encaja en ninguno de lostres dominios existentes. Se diferencia de losprocariotas en que tienenúcleo y de loseucariotas en que carece deorgánulos. Además elmaterial genético está almacenado en filamentos y no en cromosomas lineales y lapared celular está compuesta porpeptidoglucanos, características similares a la que poseen lasbacterias. Una característica que lo distingue tanto de los procariotas como de los eucariotas es la ausencia deflagelos ycitoesqueleto.[18][19] Debido a ello algunos autores consideran que debería conformar su propio dominioParakaryota.
Los seres vivos comprenden unos 1,9 millones de especies descritas y se clasifican endominios yreinos. La clasificación más extendida distingue los siguientes taxones:
Archaea (arqueas). Organismosprocariontes que presentan grandes diferencias con las bacterias en su composición molecular. Se conocen unas 500 especies.[20]
Fungi (hongos). Organismoseucariontes, unicelulares opluricelulares talofíticos yheterótrofos que realizan una digestión externa de sus alimentos. Comprende unas100 000 especies descritas.[24]
Animalia (animales). Organismoseucariontes,pluricelulares,heterótrofos, con variedad de tejidos que se caracterizan, en general, por su capacidad de locomoción. Es el grupo más numeroso con1 425 000 especies descritas.[25]
Parakaryota. Organismosunicelulares recientemente descubiertos que no comparten las características como para ser considerados parte de algunos de los dominios y reinos existentes. Solo se ha descrito una especie.[26]
LaTierra se formó al mismo tiempo que elSol y que el resto delsistema solar hace unos 4570 millones de años, pero hasta hace 4300 millones de años estaba demasiado caliente para albergar vida.[27] Los fósiles más antiguos que se conocen son los microfósiles de Canadá con una antigüedad de entre 3770 millones de años[1] por lo que la vida podría haber surgido sobre la Tierra durante el Hádico hace más de 4200 millones de años. Bajo las condiciones de la Tierra primitiva (o en el espacio exterior y traídos por meteoritos[28]) pudieron formarse las biomoléculas más sencillas. Estas incluyen aminoácidos, nucleótidos yfosfolípidos, que pueden ensamblarse espontáneamente bajo determinadas condiciones, formando estructuras precelulares denominadasprotobiontes. La aparición de las biomoléculas y la formación de los protobiontes pudo haber comenzado hace 4410 Ma.[29]
Se conocenestromatolitos como los que forman las actualescianobacterias con una antigüedad de hasta 3700 millones de años.
A partir de estosmonómeros se forman las proteínas, ácidos nucleicos ymembranas que componen las protocélulas. Sin embargo, aquí surge un problema: las proteínas son excelentescatalizadores de reacciones químicas, pero no pueden almacenar información genética, esto es, la información necesaria para la síntesis de otra proteína. Por su parte, los ácidos nucleicos almacenan información genética, pero para su duplicación precisan deenzimas, es decir, de proteínas. Esto plantea el dilema de qué fueron primero, las proteínas (según los modelos del metabolismo primero) o los ácidos nucleicos (modelos de los genes primero). Lateoría del mundo de hierro-sulfuro se encuadra en los modelos del primer tipo, los cuales asumen que la emergencia de un metabolismo primitivo pudo preparar un ambiente propicio para la posterior aparición de la replicación de los ácidos nucleicos.[30] Lahipótesis del mundo de ARN, que es ampliamente considerada, se encuadra entre los modelos del segundo tipo y se basa en la observación de que algunas secuencias de ARN pueden comportarse como enzimas.[31][32] Este tipo de compuesto se denominaribozima, es decir una enzima constituida por ácido ribonucleico. La hipótesis del mundo de ARN asume que el origen de los componentes moleculares y celulares de la vida implicó los siguientes pasos:
El encadenamiento al azar de nucleótidos para formar moléculas de ARN pudo haber originadoribozimas que serían capaces deautorreplicación y que podrían poseer mecanismos de autoinserción y autoeliminación de nucleótidos.
Los procesos de selección natural para una mayor diversidad y eficiencia darían lugar a ribozimas que catalizabanpéptidos y luego pequeñas proteínas, ya que estos compuestos son mejores catalizadores. De ese modo surgió el primerribosoma y comienza la síntesis de proteínas.
Las proteínas se convierten en los biopolímeros dominantes y los ácidos nucleicos (ARN y ADN) quedan restringidos a un uso predominantemente genómico.
Los fosfolípidos, por su parte, pueden formar espontáneamentebicapas lipídicas, uno de los dos componentes básicos de la membrana celular. Las membranas asistirían a la replicación y síntesis de ácidos nucleicos y proteínas de acuerdo con dos posibles modelos:citoplasma dentro ycitoplasma fuera. En este último caso, los ácidos nucleicos y proteínas evolucionan en la parte exterior de la membrana y solo más tarde se interiorizan para formar las primeras células.[33][34]
No se descarta que elmundo de ARN pudiera a su vez estar precedido por otros sistemas genéticos más sencillos, comoANP,ANT oHAP.
En biología, la teoría delantepasado común universal sostiene que todos los organismos sobre la tierra tienen un origen común. La teoría se sustenta en la evidencia de que todos los organismos vivos comparten numerosos rasgos comunes. En los tiempos deDarwin-Wallace se basaba en la observación visible de las semejanzas morfológicas, tales como el hecho de que todos los pájaros tienen alas, incluso los que no vuelan. Actualmente lagenética refuerza esta afirmación. Por ejemplo, toda célula viva hace uso de los ácidos nucleicos como material genético y utiliza los mismos veinte aminoácidos como bloques de construcción de las proteínas. La universalidad de estos rasgos apoya fuertemente una ascendencia común, pues sería muy improbable que hayan aparecido independientemente dos seres vivos con las mismas moléculas orgánicas.
Elúltimo antepasado común universal (LUCA) es el nombre del hipotético organismo unicelular del cual descendemos todos los existentes. Sin embargo, este concepto presenta algunas dificultades, pues es posible que los distintos componentes moleculares y celulares de los seres vivos actuales procedan de una comunidad de organismos ancestral, más que de un organismo individual. Los datos moleculares muestran una distribución degenes atípica entre los distintos grupos de seres vivos y losárboles filogenéticos construidos a partir de distintos genes son incompatibles entre sí. La historia de los genes es tan convolucionada que la única explicación razonable es una extensivatransferencia horizontal de genes.[37] Por tanto, cada molécula de un ser vivo tiene su propia historia molecular y es posible que cada molécula tenga un origen distinto (en un organismo o no). Esta es la razón por la cual losárboles filogenéticos de los seres vivos tienen distintas estructuras de ramificación, particularmente cerca de la raíz.[38]
Lageología y laciencia planetaria proporcionan también información sobre el desarrollo temprano de la vida. La vida no solo ha sido un sujeto pasivo de los procesos geológicos sino que también ha participado activamente en ellos, como por ejemplo, en la formación de sedimentos, la composición de la atmósfera y en el clima.
Se estima que los organismos eucariotas surgieron hace unos 2500 millones años (los primeros fósiles reconocibles datan de hace 2200 millones de años),[39][40] por lo que el tiempo necesario para que surgiera la materia viva a partir de materia inanimada fue casi cuatro veces menor que el necesario para que surgiera la célula eucariota a partir de los procariotas. Esta observación no deja de ser sorprendente, ya que no pareciera que el nivel de complejidad de una célula eucariota justificara la cantidad de tiempo que transcurrió hasta su aparición. Una hipótesis que lo explicaría es que los procariotas, al establecerse, se convirtieron en competidores eficaces que disminuyeron el número de apariciones de novedades evolutivas en nichos ecológicos donde estas no daban ventaja adaptativa. Las novedades evolutivas pueden al principio disminuir en algún grado la supervivencia del nuevo linaje, y si hay competencia pueden ser eliminadas.[41]
Las relacionesfilogenéticas de los seres vivos son motivo de controversia y no hay un acuerdo general entre los diferentes autores. En la actualidad parece claro que loseucariontes derivan de las arqueas con la incorporación porendosimbiosis de una bacteria,[42][43] pero hay discrepancia en dónde poner abacterias yarqueas.
Lasbacterias grampositivas presentan una única membrana y la pared depeptidoglicano (mureína) es mucho más gruesa. La hipertrofia de la pared celular aumenta su resistencia pero impide la transferencia de lípidos para formar la membrana externa. Estos organismos fueron probablemente los primeros que colonizaron el suelo.
Las bacterias grampositivas son las más antiguas, derivándose las gramnegativas y las arqueas a partir de ellas.[47]
Las bacterias gramnegativas son las más antiguas, derivándose las grampositivas y las arqueas a partir de ellas.[48][49]
Por otra parte los estudios moleculares sostienen que tanto las bacterias como las arqueas son gruposmonofiléticos, lo que implica que evolucionaron juntos del último antepasado común universal y no uno del otro.[50][51]
↑Kenneth H. Nealson and Pamela G. Conrad"Life: past, present and future", Philosophical Transactions of the Royal Society B, Vol. 354, No. 1392, pp. 1923-1939, DOI: 10.1098/rstb.1999.0532.
↑David L. Nelson y Michael M. Cox (2001)Lehninger. Principios de bioquímica, Ediciones Omega,ISBN 978-84-282-1208-3.
↑Cabrera Calero, Antonio María; Sanz Esteban, Miguel; Bárcena Rodríguez, Jesús (2011). «La organización del cuerpo humano».Biología y Geología1. San Fernando de Henares:Oxford University Press. p. 5.ISBN9788467364446.|fechaacceso= requiere|url= (ayuda)
↑Humberto Maturana y Francisco Varela. 1972.De Máquinas y Seres Vivos: Una teoría sobre la organización biológica. Santiago de Chile.
↑abLehninger, A. L. 1976.Curso breve de bioquímica. Omega, Barcelona.ISBN 84-282-0445-4
↑Donald Voet, Judith G. Voet. 1992.Bioquímica. Traducido por Fes, Foix y Vicén. Ediciones Omega, Barcelona. Edición original en inglés publicada en 1990 por Wiley y Sons, New York, con el títuloBiochemistry.
↑Yamaguchi M, Yamada H, Uematsu K, Horinouchi Y, Chibana H (2018). «Electron Microscopy and Structome Analysis of Unique Amorphous Bacteria from the Deep Sea in Japan».Cytologia83: 336-341.ISSN0011-4545.doi:10.1508/cytologia.83.337.
↑Yamaguchi M, Mori Y, Kozuka Y, Okada H, Uematsu K, Tame A, Furukawa H, Maruyama T, Worman CO, Yokoyama K. (2012). «Prokaryote or eukaryote? A unique microorganism from the deep sea.».J Electron Microsc (Tokyo)61 (6): 423-431.doi:10.1093/jmicro/dfs062.
↑Lunine, J. I. (2006).Physical conditions on the early Earth. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 361(1474), 1721-1731.
↑Kvenvolden K.et al (1970) "Evidence for extraterrestrial amino-acids and hydrocarbons in the Murchison meteorite",Nature, No. 228, pp.923-926.
↑R.D. Knight (2002), "Genetic Code Evolution in the RNA World and Beyond", in L.F. Landweber and E. Winfree,Evolution as Computation: DIMACS Workshop, pp. 160-178, Springer,ISBN 3-540-66709-1
↑Robertson, M. P., & Joyce, G. F. (2012).The origins of the RNA world. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 4(5), a003608.
↑Thomas Cavalier-Smith (2001), "Obcells as Proto-Organisms: Membrane Heredity, Lithophosphorylation, and the Origins of the Genetic Code, the First Cells, and Photosynthesis",J. Mol. Evol., Vol. 53, pp.555–595, DOI: 10.1007/s002390010245
↑Gareth Griffiths (2007), "Cell evolution and the problem of membrane topology",Nature Reviews Molecular Cell Biology, Vol. 8, pp. 1018-1024
.jpg)
.png)
_version_2.png)
