Vida
Materia con procesos biológicos

Vida
Rango temporal:3770–0 Ma Arcaico – presente (posible origen hádico )
Diversas formas de vida en un arrecife de coral.
Clasificación científica Editar esta clasificación
Dominios y supergrupos

La vida en la Tierra:

La vida es una cualidad que distingue a la materia que tiene procesos biológicos , como la señalización y los procesos autosostenibles, de la materia que no los tiene. Se define descriptivamente por la capacidad de homeostasis , organización , metabolismo , crecimiento , adaptación , respuesta a estímulos y reproducción . Toda vida a lo largo del tiempo llega finalmente a un estado de muerte , y ninguna es inmortal . Se han propuesto muchas definiciones filosóficas de los sistemas vivos , como los sistemas autoorganizados . Los virus en particular dificultan la definición, ya que solo se replican en células huésped . La vida existe en toda la Tierra en el aire, el agua y el suelo , con muchos ecosistemas que forman la biosfera . Algunos de estos son entornos hostiles ocupados solo por extremófilos .

La vida ha sido estudiada desde la antigüedad, con teorías como el materialismo de Empédocles que afirmaba que estaba compuesta de cuatro elementos eternos , y el hilemorfismo de Aristóteles que afirmaba que los seres vivos tienen alma y encarnan tanto forma como materia. La vida se originó hace al menos 3.500 millones de años, lo que dio lugar a un ancestro común universal . Esto evolucionó hasta convertirse en todas las especies que existen ahora, a través de muchas especies extintas , algunas de las cuales han dejado rastros como fósiles . Los intentos de clasificar a los seres vivos también comenzaron con Aristóteles . La clasificación moderna comenzó con el sistema de nomenclatura binomial de Carl Linnaeus en la década de 1740.

Los seres vivos están compuestos de moléculas bioquímicas , formadas principalmente a partir de unos pocos elementos químicos básicos . Todos los seres vivos contienen dos tipos de moléculas grandes, proteínas y ácidos nucleicos , estos últimos generalmente tanto ADN como ARN : estos llevan la información que necesita cada especie, incluidas las instrucciones para fabricar cada tipo de proteína. Las proteínas, a su vez, sirven como maquinaria que lleva a cabo los muchos procesos químicos de la vida. La célula es la unidad estructural y funcional de la vida. Los organismos más pequeños, incluidos los procariotas (bacterias y arqueas ), consisten en pequeñas células individuales. Los organismos más grandes , principalmente eucariotas , pueden consistir en células individuales o pueden ser multicelulares con una estructura más compleja. Solo se sabe que existe vida en la Tierra, pero se cree que es probable que exista vida extraterrestre . La vida artificial está siendo simulada y explorada por científicos e ingenieros.

Definiciones

Desafío

La definición de vida ha sido un desafío para científicos y filósofos durante mucho tiempo. [2] [3] [4] Esto se debe en parte a que la vida es un proceso, no una sustancia. [5] [6] [7] Esto se complica por la falta de conocimiento de las características de las entidades vivientes, si las hay, que pueden haberse desarrollado fuera de la Tierra. [8] [9] También se han propuesto definiciones filosóficas de vida, con dificultades similares sobre cómo distinguir los seres vivos de los no vivos. [10] Se han debatido definiciones legales de vida, aunque estas generalmente se centran en la decisión de declarar muerto a un humano y las ramificaciones legales de esta decisión. [11] Se han recopilado al menos 123 definiciones de vida. [12]

Descriptivo

Como no existe un consenso sobre la definición de vida, la mayoría de las definiciones actuales en biología son descriptivas. La vida se considera una característica de algo que preserva, promueve o refuerza su existencia en el entorno dado. Esto implica todos o la mayoría de los siguientes rasgos: [4] [13] [14] [15] [16] [17]

  1. Homeostasis : regulación del medio interno para mantener un estado constante; por ejemplo, la sudoración para reducir la temperatura.
  2. Organización : estar compuesto estructuralmente de una o más células  , las unidades básicas de la vida.
  3. Metabolismo : transformación de la energía, utilizada para convertir sustancias químicas en componentes celulares ( anabolismo ) y para descomponer la materia orgánica ( catabolismo ). Los seres vivos necesitan energía para la homeostasis y otras actividades.
  4. Crecimiento : mantenimiento de una tasa de anabolismo superior a la de catabolismo. Un organismo en crecimiento aumenta de tamaño y estructura.
  5. Adaptación : proceso evolutivo mediante el cual un organismo se vuelve más capaz de vivir en su hábitat . [18] [19] [20]
  6. Respuesta a estímulos : como la contracción de un organismo unicelular ante sustancias químicas externas, las reacciones complejas que involucran todos los sentidos de los organismos multicelulares o el movimiento de las hojas de una planta girando hacia el sol ( fototropismo ) y la quimiotaxis .
  7. Reproducción : la capacidad de producir nuevos organismos individuales, ya sea asexualmente a partir de un solo organismo parental o sexualmente a partir de dos organismos parentales.

Física

Desde una perspectiva física , un organismo es un sistema termodinámico con una estructura molecular organizada que puede reproducirse y evolucionar según lo dicte la supervivencia. [21] [22] Termodinámicamente, la vida ha sido descrita como un sistema abierto que hace uso de gradientes en su entorno para crear copias imperfectas de sí mismo. [23] Otra forma de decirlo es definir la vida como "un sistema químico autosostenido capaz de experimentar una evolución darwiniana ", una definición adoptada por un comité de la NASA que intentaba definir la vida para los fines de la exobiología , basándose en una sugerencia de Carl Sagan . [24] [25] Esta definición, sin embargo, ha sido ampliamente criticada porque según ella, un solo individuo que se reproduce sexualmente no está vivo ya que es incapaz de evolucionar por sí mismo. [26]

Sistemas vivos

Otros adoptan un punto de vista teórico de los sistemas vivos que no depende necesariamente de la química molecular. Una definición sistémica de la vida es que los seres vivos se autoorganizan y se autoproducen . Las variaciones de esta definición incluyen la definición de Stuart Kauffman como un agente autónomo o un sistema multiagente capaz de reproducirse a sí mismo y de completar al menos un ciclo de trabajo termodinámico . [27] Esta definición se amplía con la evolución de nuevas funciones a lo largo del tiempo. [28]

Muerte

Los cadáveres de animales, como el de este búfalo africano , son reciclados por el ecosistema , proporcionando energía y nutrientes a los organismos vivos.

La muerte es la terminación de todas las funciones vitales o procesos vitales en un organismo o célula. [29] [30] Uno de los desafíos para definir la muerte es distinguirla de la vida. La muerte parecería referirse al momento en que termina la vida o cuando comienza el estado que sigue a la vida. [30] Sin embargo, determinar cuándo se ha producido la muerte es difícil, ya que el cese de las funciones vitales a menudo no es simultáneo en todos los sistemas orgánicos. [31] Tal determinación, por tanto, requiere trazar líneas conceptuales entre la vida y la muerte. Esto es problemático porque hay poco consenso sobre cómo definir la vida. La naturaleza de la muerte ha sido durante milenios una preocupación central de las tradiciones religiosas del mundo y de la investigación filosófica. Muchas religiones mantienen la fe en una especie de vida después de la muerte o reencarnación para el alma , o resurrección del cuerpo en una fecha posterior. [32]

Virus

Adenovirus vistos bajo un microscopio electrónico

Es controvertido si los virus deben considerarse vivos o no. [33] [34] A menudo se los considera simplemente como replicadores de codificación genética en lugar de formas de vida. [35] Se los ha descrito como "organismos al borde de la vida" [36] porque poseen genes , evolucionan por selección natural, [37] [38] y se replican haciendo múltiples copias de sí mismos a través del autoensamblaje. Sin embargo, los virus no metabolizan y requieren una célula huésped para fabricar nuevos productos. El autoensamblaje de virus dentro de células huésped tiene implicaciones para el estudio del origen de la vida , ya que puede apoyar la hipótesis de que la vida podría haber comenzado como moléculas orgánicas autoensambladas . [39] [40]

Historia del estudio

Materialismo

Algunas de las primeras teorías sobre la vida eran materialistas, y sostenían que todo lo que existe es materia y que la vida es simplemente una forma o disposición compleja de la materia. Empédocles (430 a. C.) sostuvo que todo en el universo está formado por una combinación de cuatro «elementos» eternos o «raíces de todo»: tierra, agua, aire y fuego. Todo cambio se explica por la disposición y reorganización de estos cuatro elementos. Las diversas formas de vida son causadas por una mezcla apropiada de elementos. [41] Demócrito (460 a. C.) era un atomista ; pensaba que la característica esencial de la vida era tener un alma ( psique ), y que el alma, como todo lo demás, estaba compuesta de átomos ardientes. Profundizó en el fuego debido a la aparente conexión entre la vida y el calor, y porque el fuego se mueve. [42] Platón , por el contrario, sostenía que el mundo estaba organizado por formas permanentes , reflejadas imperfectamente en la materia; las formas proporcionaban dirección o inteligencia, explicando las regularidades observadas en el mundo. [43] El materialismo mecanicista que se originó en la antigua Grecia fue revivido y revisado por el filósofo francés René Descartes (1596-1650), quien sostuvo que los animales y los humanos eran conjuntos de partes que juntas funcionaban como una máquina. Esta idea fue desarrollada aún más por Julien Offray de La Mettrie (1709-1750) en su libro L'Homme Machine . [44] En el siglo XIX, los avances en la teoría celular en la ciencia biológica alentaron esta visión. La teoría evolutiva de Charles Darwin (1859) es una explicación mecanicista del origen de las especies por medio de la selección natural . [45] A principios del siglo XX, Stéphane Leduc (1853-1939) promovió la idea de que los procesos biológicos podían entenderse en términos de física y química, y que su crecimiento se parecía al de los cristales inorgánicos inmersos en soluciones de silicato de sodio. Sus ideas, expuestas en su libro La biologie synthétique , [46] fueron ampliamente rechazadas durante su vida, pero han provocado un resurgimiento del interés en el trabajo de Russell, Barge y colegas. [47]

Hilomorfismo

La estructura del alma de las plantas, los animales y los humanos, según Aristóteles

El hilomorfismo es una teoría expresada por primera vez por el filósofo griego Aristóteles (322 a. C.). La aplicación del hilomorfismo a la biología fue importante para Aristóteles, y la biología está ampliamente cubierta en sus escritos existentes . En esta visión, todo en el universo material tiene materia y forma, y ​​la forma de un ser vivo es su alma (del griego psyche , del latín anima ). Hay tres tipos de almas: el alma vegetativa de las plantas, que hace que crezcan, se descompongan y se alimenten a sí mismas, pero no causa movimiento ni sensación; el alma animal , que hace que los animales se muevan y sientan; y el alma racional , que es la fuente de la conciencia y el razonamiento, que (creía Aristóteles) se encuentra solo en el hombre. [48] Cada alma superior tiene todos los atributos de las inferiores. Aristóteles creía que, si bien la materia puede existir sin forma, la forma no puede existir sin materia y que, por lo tanto, el alma no puede existir sin el cuerpo. [49]

Esta explicación es coherente con las explicaciones teleológicas de la vida , que dan cuenta de los fenómenos en términos de propósito o de orientación a un objetivo. Así, la blancura del pelaje del oso polar se explica por su propósito de camuflaje. La dirección de la causalidad (del futuro al pasado) está en contradicción con la evidencia científica de la selección natural, que explica la consecuencia en términos de una causa anterior. Las características biológicas se explican no mirando los resultados óptimos futuros, sino mirando la historia evolutiva pasada de una especie, que llevó a la selección natural de las características en cuestión. [50]

Generación espontánea

La generación espontánea era la creencia de que los organismos vivos pueden formarse sin descender de organismos similares. Por lo general, la idea era que ciertas formas, como las pulgas, podían surgir de materia inanimada, como el polvo, o la supuesta generación estacional de ratones e insectos a partir del barro o la basura. [51]

La teoría de la generación espontánea fue propuesta por Aristóteles , [52] quien recopiló y amplió el trabajo de filósofos naturales anteriores y las diversas explicaciones antiguas sobre la aparición de los organismos; se consideró la mejor explicación durante dos milenios. Fue decididamente disipada por los experimentos de Louis Pasteur en 1859, quien amplió las investigaciones de predecesores como Francesco Redi . [53] [54] La refutación de las ideas tradicionales de la generación espontánea ya no es controvertida entre los biólogos. [55] [56] [57]

Vitalismo

El vitalismo es la creencia de que existe un principio vital no material. Esto se originó con Georg Ernst Stahl (siglo XVII), y siguió siendo popular hasta mediados del siglo XIX. Atrajo a filósofos como Henri Bergson , Friedrich Nietzsche y Wilhelm Dilthey , [58] anatomistas como Xavier Bichat y químicos como Justus von Liebig . [59] El vitalismo incluía la idea de que había una diferencia fundamental entre material orgánico e inorgánico, y la creencia de que el material orgánico solo puede derivarse de seres vivos. Esto fue refutado en 1828, cuando Friedrich Wöhler preparó urea a partir de materiales inorgánicos. [60] Esta síntesis de Wöhler se considera el punto de partida de la química orgánica moderna . Es de importancia histórica porque por primera vez se produjo un compuesto orgánico en reacciones inorgánicas . [59]

Durante la década de 1850, Hermann von Helmholtz , anticipado por Julius Robert von Mayer , demostró que no se pierde energía en el movimiento muscular, lo que sugiere que no había "fuerzas vitales" necesarias para mover un músculo. [61] Estos resultados llevaron al abandono del interés científico en las teorías vitalistas, especialmente después de la demostración de Eduard Buchner de que la fermentación alcohólica podía ocurrir en extractos de levadura sin células. [62] No obstante, todavía existe la creencia en teorías pseudocientíficas como la homeopatía , que interpreta las enfermedades como causadas por perturbaciones en una fuerza vital hipotética o fuerza de vida. [63]

Desarrollo

Origen de la vida

La edad de la Tierra es de unos 4.540 millones de años . [64] La vida en la Tierra ha existido durante al menos 3.500 millones de años, [65] [66] [67] [68] y los rastros físicos más antiguos de vida datan de hace 3.700 millones de años. [69] [70] Las estimaciones de los relojes moleculares, tal como se resumen en la base de datos pública TimeTree , sitúan el origen de la vida hace unos 4.000 millones de años. [71] Las hipótesis sobre el origen de la vida intentan explicar la formación de un ancestro común universal a partir de moléculas orgánicas simples , pasando por la vida precelular, hasta las protocélulas y el metabolismo. [72] En 2016, se identificó provisionalmente un conjunto de 355 genes del último ancestro común universal . [73]

Se postula que la biosfera se desarrolló, desde el origen de la vida en adelante, hace al menos unos 3.500 millones de años. [74] La evidencia más temprana de vida en la Tierra incluye grafito biogénico encontrado en rocas metasedimentarias de 3.700 millones de años de antigüedad del oeste de Groenlandia [69] y fósiles de esteras microbianas encontrados en arenisca de 3.480 millones de años de antigüedad de Australia Occidental . [70] Más recientemente, en 2015, se encontraron "restos de vida biótica " en rocas de 4.100 millones de años de antigüedad en Australia Occidental. [65] En 2017, se anunció el descubrimiento de supuestos microorganismos fosilizados (o microfósiles ) en precipitados de respiraderos hidrotermales en el Cinturón Nuvvuagittuq de Quebec, Canadá, que tenían una antigüedad de 4.280 millones de años, el registro más antiguo de vida en la Tierra, lo que sugiere "un surgimiento casi instantáneo de la vida" después de la formación del océano hace 4.400 millones de años , y no mucho después de la formación de la Tierra hace 4.540 millones de años. [75]

Evolución

La evolución es el cambio en las características hereditarias de las poblaciones biológicas a lo largo de generaciones sucesivas. Da como resultado la aparición de nuevas especies y, a menudo, la desaparición de las antiguas. [76] [77] La ​​evolución se produce cuando los procesos evolutivos como la selección natural (incluida la selección sexual ) y la deriva genética actúan sobre la variación genética, lo que da como resultado que ciertas características aumenten o disminuyan en frecuencia dentro de una población a lo largo de generaciones sucesivas. [78] El proceso de evolución ha dado lugar a la biodiversidad en todos los niveles de la organización biológica . [79] [80]

Fósiles

Los fósiles son los restos o rastros preservados de organismos del pasado remoto. La totalidad de los fósiles, tanto descubiertos como no descubiertos, y su colocación en capas ( estratos ) de roca sedimentaria se conoce como registro fósil . Un espécimen preservado se llama fósil si es más antiguo que la fecha arbitraria de hace 10.000 años. [81] Por lo tanto, los fósiles varían en edad desde los más jóvenes al comienzo de la Época del Holoceno hasta los más antiguos del Eón Arcaico , hasta 3.400 millones de años. [82] [83]

Extinción

La extinción es el proceso por el cual una especie se extingue. [84] El momento de la extinción es la muerte del último individuo de esa especie. Debido a que el área de distribución potencial de una especie puede ser muy grande, determinar este momento es difícil y generalmente se hace retrospectivamente después de un período de aparente ausencia. Las especies se extinguen cuando ya no pueden sobrevivir en un hábitat cambiante o frente a una competencia superior. Más del 99% de todas las especies que alguna vez vivieron están ahora extintas. [85] [86] [87] [88] Las extinciones masivas pueden haber acelerado la evolución al brindar oportunidades para que nuevos grupos de organismos se diversifiquen. [89]

Condiciones ambientales

Las cianobacterias cambiaron drásticamente la composición de las formas de vida en la Tierra, provocando la casi extinción de los organismos intolerantes al oxígeno .

La diversidad de la vida en la Tierra es el resultado de la interacción dinámica entre la oportunidad genética , la capacidad metabólica, los desafíos ambientales , [90] y la simbiosis . [91] [92] [93] Durante la mayor parte de su existencia, el entorno habitable de la Tierra ha estado dominado por microorganismos y sujeto a su metabolismo y evolución. Como consecuencia de estas actividades microbianas, el entorno físico-químico de la Tierra ha estado cambiando en una escala de tiempo geológico , afectando así el camino de la evolución de la vida posterior. [90] Por ejemplo, la liberación de oxígeno molecular por las cianobacterias como subproducto de la fotosíntesis indujo cambios globales en el medio ambiente de la Tierra. Debido a que el oxígeno era tóxico para la mayoría de la vida en la Tierra en ese momento, esto planteó nuevos desafíos evolutivos y, en última instancia, resultó en la formación de las principales especies animales y vegetales de la Tierra. Esta interacción entre los organismos y su entorno es una característica inherente de los sistemas vivos. [90]

Biosfera

Deinococcus geothermalis , una bacteria que prospera en fuentes geotermales y subsuperficies oceánicas profundas [94]

La biosfera es la suma global de todos los ecosistemas. También puede denominarse como la zona de vida en la Tierra, un sistema cerrado (aparte de la radiación solar y cósmica y el calor del interior de la Tierra), y en gran medida autorregulado. [95] Los organismos existen en cada parte de la biosfera, incluido el suelo , las fuentes termales , dentro de las rocas al menos a 19 km (12 mi) de profundidad bajo tierra, las partes más profundas del océano y al menos a 64 km (40 mi) de altura en la atmósfera. [96] [97] [98] Por ejemplo, se han detectado esporas de Aspergillus niger en la mesosfera a una altitud de 48 a 77 km. [99] En condiciones de prueba, se ha observado que las formas de vida sobreviven en el vacío del espacio. [100] [101] Las formas de vida prosperan en la profunda Fosa de las Marianas , [102] y dentro de rocas hasta 580 m (1900 pies; 0,36 mi) debajo del fondo marino bajo 2590 m (8500 pies; 1,61 mi) de océano frente a la costa noroeste de los Estados Unidos, [103] [104] y 2400 m (7900 pies; 1,5 mi) debajo del fondo marino frente a Japón. [105] En 2014, se encontraron formas de vida viviendo a 800 m (2600 pies; 0,50 mi) debajo del hielo de la Antártida. [106] [107] Las expediciones del Programa Internacional de Descubrimiento de los Océanos encontraron vida unicelular en sedimentos de 120 °C a 1,2 km debajo del fondo marino en la zona de subducción de la Fosa de Nankai . [108] Según un investigador, "se pueden encontrar microbios en todas partes: son extremadamente adaptables a las condiciones y sobreviven dondequiera que estén". [103]

Rango de tolerancia

Los componentes inertes de un ecosistema son los factores físicos y químicos necesarios para la vida: energía (luz solar o energía química ), agua, calor, atmósfera , gravedad , nutrientes y protección contra la radiación solar ultravioleta . [109] En la mayoría de los ecosistemas, las condiciones varían durante el día y de una estación a la siguiente. Para vivir en la mayoría de los ecosistemas, entonces, los organismos deben ser capaces de sobrevivir a un rango de condiciones, llamado el "rango de tolerancia". [110] Fuera de eso están las "zonas de estrés fisiológico", donde la supervivencia y la reproducción son posibles pero no óptimas. Más allá de estas zonas están las "zonas de intolerancia", donde la supervivencia y la reproducción de ese organismo es poco probable o imposible. Los organismos que tienen un amplio rango de tolerancia están más ampliamente distribuidos que los organismos con un rango de tolerancia estrecho. [110]

Extremófilos

Deinococcus radiodurans es un extremófilo que puede resistir condiciones extremas de frío, deshidratación, vacío, ácido y exposición a la radiación.

Para sobrevivir, algunos microorganismos han evolucionado para soportar la congelación , la desecación total , la inanición , la exposición a altos niveles de radiación y otros desafíos físicos o químicos. Estos microorganismos extremófilos pueden sobrevivir a la exposición a tales condiciones durante largos períodos. [90] [111] Se destacan en la explotación de fuentes de energía poco comunes. La caracterización de la estructura y la diversidad metabólica de las comunidades microbianas en entornos tan extremos está en curso. [112]

Clasificación

Antigüedad

La primera clasificación de los organismos fue realizada por el filósofo griego Aristóteles (384-322 a. C.), quien agrupó a los seres vivos en plantas o animales, basándose principalmente en su capacidad para moverse. Distinguió a los animales con sangre de los animales sin sangre, que pueden compararse con los conceptos de vertebrados e invertebrados respectivamente, y dividió a los animales con sangre en cinco grupos: cuadrúpedos vivíparos ( mamíferos ), cuadrúpedos ovíparos (reptiles y anfibios ), aves, peces y ballenas . Los animales sin sangre se dividieron en cinco grupos: cefalópodos , crustáceos , insectos (que incluían a las arañas, escorpiones y ciempiés ), animales con caparazón (como la mayoría de los moluscos y equinodermos ) y " zoófitos " (animales que se parecen a las plantas). Esta teoría siguió siendo dominante durante más de mil años. [113]

Linneo

A finales de la década de 1740, Carl Linnaeus introdujo su sistema de nomenclatura binomial para la clasificación de las especies. Linnaeus intentó mejorar la composición y reducir la longitud de los nombres de múltiples palabras que se utilizaban anteriormente, eliminando la retórica innecesaria, introduciendo nuevos términos descriptivos y definiendo con precisión su significado. [114]

Los hongos fueron tratados originalmente como plantas. Durante un corto período Linneo los había clasificado en el taxón Vermes en Animalia, pero luego los colocó nuevamente en Plantae. Herbert Copeland clasificó a los Fungi en su Protoctista , incluyéndolos con los organismos unicelulares y evitando así parcialmente el problema pero reconociendo su estatus especial. [115] El problema fue finalmente resuelto por Whittaker , cuando les dio su propio reino en su sistema de cinco reinos . La historia evolutiva muestra que los hongos están más estrechamente relacionados con los animales que con las plantas. [116]

A medida que los avances en microscopía permitieron el estudio detallado de células y microorganismos, se revelaron nuevos grupos de vida y se crearon los campos de la biología celular y la microbiología . Estos nuevos organismos fueron descritos originalmente por separado en protozoos como animales y protophyta/thallophyta como plantas, pero fueron unificados por Ernst Haeckel en el reino Protista ; más tarde, los procariotas se separaron en el reino Monera , que eventualmente se dividiría en dos grupos separados, Bacteria y Archaea . Esto condujo al sistema de seis reinos y eventualmente al sistema actual de tres dominios , que se basa en relaciones evolutivas. [117] Sin embargo, la clasificación de los eucariotas, especialmente de los protistas, todavía es controvertida. [118]

A medida que se fue desarrollando la microbiología, se descubrieron los virus, que no son celulares. Si se los considera vivos ha sido un tema de debate; los virus carecen de características de la vida, como membranas celulares, metabolismo y la capacidad de crecer o responder a sus entornos. Los virus se han clasificado en "especies" en función de su genética , pero muchos aspectos de esa clasificación siguen siendo controvertidos. [119]

El sistema linneano original ha sido modificado muchas veces, por ejemplo de la siguiente manera:

Linneo
1735 [120]		Haeckel
1866 [121]		Chatton
1925 [122]		Copeland
1938 [123]		Whittaker
1969 [124]		Woese y otros,
1990 [117]		Cavalier-Smith
1998, [125] 2015 [126]
2 reinos3 reinos2 imperios4 reinos5 reinos3 dominios2 imperios,
6/7 reinos
(no tratado)ProtistaProcariotaMoneraMoneraBacteriaBacteria
ArqueasArqueas (2015)
EucariotaProtoctistaProtistaEucarya" Protozoos "
" Cromista "
VegetabiliaPlantasPlantasPlantasPlantas
HongosHongos
AnimaliaAnimaliaAnimaliaAnimaliaAnimalia

El intento de organizar a los eucariotas en un pequeño número de reinos ha sido cuestionado. Los protozoos no forman un clado o agrupación natural, [127] y tampoco lo hacen los cromistas (cromalveolata). [128]

Metagenómica

La capacidad de secuenciar un gran número de genomas completos ha permitido a los biólogos adoptar una visión metagenómica de la filogenia de todo el árbol de la vida . Esto ha llevado a la conclusión de que la mayoría de los seres vivos son bacterias y que todos tienen un origen común. [117] [129]

Composición

Elementos químicos

Todas las formas de vida requieren ciertos elementos químicos básicos para su funcionamiento bioquímico . Estos incluyen carbono , hidrógeno , nitrógeno , oxígeno , fósforo y azufre , los macronutrientes elementales para todos los organismos. [130] Juntos, estos forman los ácidos nucleicos , las proteínas y los lípidos , la mayor parte de la materia viva. Cinco de estos seis elementos comprenden los componentes químicos del ADN, con la excepción del azufre. Este último es un componente de los aminoácidos cisteína y metionina . El más abundante de estos elementos en los organismos es el carbono, que tiene el atributo deseable de formar enlaces covalentes múltiples y estables . Esto permite que las moléculas basadas en carbono (orgánicas) formen la inmensa variedad de arreglos químicos descritos en la química orgánica . [131] Se han propuesto tipos hipotéticos alternativos de bioquímica que eliminan uno o más de estos elementos, intercambian un elemento por uno que no está en la lista o cambian las quiralidades requeridas u otras propiedades químicas. [132] [133]

ADN

El ácido desoxirribonucleico o ADN es una molécula que transporta la mayoría de las instrucciones genéticas utilizadas en el crecimiento, desarrollo, funcionamiento y reproducción de todos los organismos vivos conocidos y muchos virus. El ADN y el ARN son ácidos nucleicos ; junto con las proteínas y los carbohidratos complejos , son uno de los tres tipos principales de macromoléculas que son esenciales para todas las formas de vida conocidas. La mayoría de las moléculas de ADN consisten en dos hebras de biopolímero enrolladas una alrededor de la otra para formar una doble hélice . Las dos hebras de ADN se conocen como polinucleótidos, ya que están compuestas de unidades más simples llamadas nucleótidos . [134] Cada nucleótido está compuesto de una nucleobase que contiene nitrógeno , ya sea citosina (C), guanina (G), adenina (A) o timina (T), así como un azúcar llamado desoxirribosa y un grupo fosfato . Los nucleótidos están unidos entre sí en una cadena por enlaces covalentes entre el azúcar de un nucleótido y el fosfato del siguiente, lo que da como resultado una cadena principal de azúcar-fosfato alternada . Según las reglas de apareamiento de bases (A con T y C con G), los enlaces de hidrógeno unen las bases nitrogenadas de las dos cadenas de polinucleótidos separadas para formar ADN bicatenario. Esto tiene la propiedad clave de que cada cadena contiene toda la información necesaria para recrear la otra cadena, lo que permite que la información se conserve durante la reproducción y la división celular. [135] Dentro de las células, el ADN está organizado en estructuras largas llamadas cromosomas . Durante la división celular , estos cromosomas se duplican en el proceso de replicación del ADN , lo que proporciona a cada célula su propio conjunto completo de cromosomas. Los eucariotas almacenan la mayor parte de su ADN dentro del núcleo celular . [136]

Células

Las células son la unidad básica de estructura en todos los seres vivos, y todas las células surgen de células preexistentes por división . [137] [138] La teoría celular fue formulada por Henri Dutrochet , Theodor Schwann , Rudolf Virchow y otros a principios del siglo XIX, y posteriormente fue ampliamente aceptada. [139] La actividad de un organismo depende de la actividad total de sus células, y el flujo de energía ocurre dentro y entre ellas. Las células contienen información hereditaria que se transmite como un código genético durante la división celular. [140]

Existen dos tipos principales de células, lo que refleja sus orígenes evolutivos. Las células procariotas carecen de núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana , aunque tienen ADN circular y ribosomas . Las bacterias y las arqueas son dos dominios de los procariotas. El otro tipo principal es la célula eucariota , que tiene un núcleo distinto unido por una membrana nuclear y orgánulos unidos a la membrana, incluyendo mitocondrias , cloroplastos , lisosomas , retículo endoplasmático rugoso y liso y vacuolas . Además, su ADN está organizado en cromosomas . Todas las especies de organismos complejos grandes son eucariotas, incluidos animales, plantas y hongos, aunque con una amplia diversidad de microorganismos protistas . [141] El modelo convencional es que los eucariotas evolucionaron a partir de procariotas, y que los orgánulos principales de los eucariotas se formaron a través de la endosimbiosis entre las bacterias y la célula eucariota progenitora. [142]

Los mecanismos moleculares de la biología celular se basan en las proteínas . La mayoría de ellas son sintetizadas por los ribosomas a través de un proceso catalizado por enzimas llamado biosíntesis de proteínas . Se ensambla y une una secuencia de aminoácidos en función de la expresión génica del ácido nucleico de la célula. [143] En las células eucariotas, estas proteínas pueden luego ser transportadas y procesadas a través del aparato de Golgi en preparación para su envío a su destino. [144]

Las células se reproducen mediante un proceso de división celular en el que la célula madre se divide en dos o más células hijas. En el caso de los procariotas, la división celular se produce mediante un proceso de fisión en el que se replica el ADN y, a continuación, las dos copias se unen a partes de la membrana celular. En los eucariotas , se sigue un proceso más complejo de mitosis . Sin embargo, el resultado es el mismo; las copias celulares resultantes son idénticas entre sí y a la célula original (excepto las mutaciones ), y ambas son capaces de seguir dividiéndose tras un periodo de interfase . [145]

Estructura multicelular

Los organismos multicelulares pueden haber evolucionado primero a través de la formación de colonias de células idénticas. Estas células pueden formar organismos grupales a través de la adhesión celular . Los miembros individuales de una colonia son capaces de sobrevivir por sí solos, mientras que los miembros de un verdadero organismo multicelular han desarrollado especializaciones, lo que los hace dependientes del resto del organismo para sobrevivir. Estos organismos se forman clonalmente o a partir de una sola célula germinal que es capaz de formar las diversas células especializadas que forman el organismo adulto. Esta especialización permite a los organismos multicelulares explotar los recursos de manera más eficiente que las células individuales. [146] Hace unos 800 millones de años, un cambio genético menor en una sola molécula, la enzima GK-PID , puede haber permitido que los organismos pasaran de ser un organismo unicelular a uno de muchas células. [147]

Las células han desarrollado métodos para percibir y responder a su microambiente, mejorando así su adaptabilidad. La señalización celular coordina las actividades celulares y, por lo tanto, gobierna las funciones básicas de los organismos multicelulares. La señalización entre células puede ocurrir a través del contacto celular directo utilizando la señalización yuxtacrina , o indirectamente a través del intercambio de agentes como en el sistema endocrino . En organismos más complejos, la coordinación de actividades puede ocurrir a través de un sistema nervioso dedicado . [148]

En el universo

Aunque la vida está confirmada sólo en la Tierra, muchos piensan que la vida extraterrestre no sólo es plausible, sino probable o inevitable, [149] [150] posiblemente dando lugar a una cosmología biofísica en lugar de una mera cosmología física . [151] Otros planetas y lunas del Sistema Solar y otros sistemas planetarios están siendo examinados en busca de evidencia de haber albergado alguna vez vida simple, y proyectos como SETI están tratando de detectar transmisiones de radio de posibles civilizaciones extraterrestres. Otras ubicaciones dentro del Sistema Solar que pueden albergar vida microbiana incluyen el subsuelo de Marte , la atmósfera superior de Venus , [152] y océanos subterráneos en algunas de las lunas de los planetas gigantes . [153] [154]

La investigación de la tenacidad y versatilidad de la vida en la Tierra, [111] así como la comprensión de los sistemas moleculares que algunos organismos utilizan para sobrevivir a tales extremos, es importante para la búsqueda de vida extraterrestre. [90] Por ejemplo, el liquen podría sobrevivir durante un mes en un entorno marciano simulado . [155] [156]

Más allá del Sistema Solar, la región alrededor de otra estrella de la secuencia principal que podría soportar vida similar a la de la Tierra en un planeta similar a la Tierra se conoce como la zona habitable . Los radios interior y exterior de esta zona varían con la luminosidad de la estrella, al igual que el intervalo de tiempo durante el cual la zona sobrevive. Las estrellas más masivas que el Sol tienen una zona habitable más grande, pero permanecen en la "secuencia principal" similar al Sol de la evolución estelar durante un intervalo de tiempo más corto. Las pequeñas enanas rojas tienen el problema opuesto, con una zona habitable más pequeña que está sujeta a niveles más altos de actividad magnética y los efectos del bloqueo de marea de órbitas cercanas. Por lo tanto, las estrellas en el rango de masa intermedia, como el Sol, pueden tener una mayor probabilidad de que se desarrolle vida similar a la de la Tierra. [157] La ​​ubicación de la estrella dentro de una galaxia también puede afectar la probabilidad de formación de vida. Se predice que las estrellas en regiones con una mayor abundancia de elementos más pesados ​​que pueden formar planetas, en combinación con una baja tasa de eventos de supernova potencialmente dañinos para el hábitat , tienen una mayor probabilidad de albergar planetas con vida compleja. [158] Las variables de la ecuación de Drake se utilizan para analizar las condiciones en los sistemas planetarios donde es más probable que exista civilización, dentro de amplios límites de incertidumbre. [159] Se ha propuesto una escala de "Confianza en la detección de vida" (CoLD) para informar sobre evidencia de vida más allá de la Tierra. [160] [161]

Artificial

La vida artificial es la simulación de cualquier aspecto de la vida, ya sea a través de computadoras, robótica o bioquímica . [162] La biología sintética es una nueva área de la biotecnología que combina la ciencia y la ingeniería biológica . El objetivo común es el diseño y la construcción de nuevas funciones y sistemas biológicos que no se encuentran en la naturaleza. La biología sintética incluye la amplia redefinición y expansión de la biotecnología, con el objetivo final de poder diseñar y construir sistemas biológicos diseñados que procesen información, manipulen sustancias químicas, fabriquen materiales y estructuras, produzcan energía, proporcionen alimentos y mantengan y mejoren la salud humana y el medio ambiente. [163]

Véase también

Notas

  1. ^ Se cree firmemente que los virus no descienden de un ancestro común, y que cada reino corresponde a instancias separadas de la existencia de un virus. [1]

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  • Vida (BioLib)
  • Wikispecies – un directorio libre de vida
  • Biota (Taxonomicon) (archivado el 15 de julio de 2014)
  • Entrada en la Enciclopedia de Filosofía de Stanford
  • ¿Qué es la vida? – por Jaime Green, The Atlantic (archivado el 5 de diciembre de 2023)
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