Respiración aeróbica

         La respiración aeróbica es un tipo de metabolismo energético en el que los seres vivos extraen energía de moléculas orgánicas, como la glucosa, por un proceso complejo en el que el carbono es oxidado y en el que el oxígeno procedente del aire es el oxidante empleado. En otras variantes de la respiración, muy raras, el oxidante es distinto del oxígeno (respiración anaeróbica).

La respiración aeróbica es el proceso responsable de que la mayoría de los seres vivos, los llamados por ello aerobios, requieran oxígeno. La respiración aeróbica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos de bacterias.

El oxígeno que, como cualquier gas, atraviesa sin obstáculos las membranas biológicas, atraviesa primero la membrana plasmática y luego las membranas mitocondriales, siendo en la matriz de la mitocondria donde se une a electrones y protones (que sumados constituyen átomos de hidrógeno) formando agua. En esa oxidación final, que es compleja, y en procesos anteriores se obtiene la energía necesaria para la fosforilación del ATP.

         En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico, obtenido durante la fase primera anaerobia o glucólisis, es oxidado para proporcionar energía, dióxido de carbono y agua. A esta serie de reacciones se le conoce con el nombre de respiración aeróbica.

La reacción química global de la respiración es la siguiente:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38 energía (ATP)

Etapas de la respiración aeróbica

Para facilitar su estudio, la respiración aerobia se ha subdividido en las siguientes etapas:

Glucolisis

         Durante la glucólisis, una molécula de glucosa es oxidada y dividida en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato). En esta ruta metabólica se obtienen dos moléculas netas de ATP y se reducen dos moléculas de NAD+; el número de carbonos se mantiene constante (6 en la molécula inicial de glucosa, 3 en cada una de las moléculas de ácido pirúvico). Todo el proceso se realiza en el citosol de la célula.

         La glicerina (glicerol) que se forma en la lipólisis de los triglicéridos se incorpora a la glucólisis a nivel del gliceraldehído 3 fosfato.

         La desaminación oxidativa de algunos aminoácidos también rinde piruvato; que tienen el mismo destino metabólico que el obtenido por glucólisis.

Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico

Descarboxilación oxidativa

         El ácido pirúvico penetra en la matriz mitocondrial donde es procesado por el complejo enzimático pirúvico deshidrogenasa, el cual realiza la descarboxilación oxidativa del piruvato; descarboxilación porque se arranca uno de los tres carbonos del ácido pirúvico (que se desprende en forma de CO2) y oxidativa porque, al mismo tiempo se le arrancan dos átomos de hidrógeno (oxidación por des hidrogenación), que son captados por el NAD+, que se reduce a NADH. Por tanto; el piruvato se transforma en un radical acetilo (-CO-CH3, ácido acético sin el grupo hidroxilo) que es captado por el coenzima A (que pasa a acetil-CoA), que es el encargado de transportarlo al ciclo de Krebs.

Este proceso se repite dos veces, una para cada molécula de piruvato en que se escindió la glucosa.

Ciclo de Krebs

         El ciclo de Krebs es una ruta metabólica cíclica que se lleva a cabo en la matriz mitocondrial y en la cual se realiza la oxidación de los dos acetilos transportados por el acetil coenzima A, provenientes del piruvato, hasta producir dos moléculas de CO2, liberando energía en forma utilizable, es decir poder reductor (NADH, FADH2) y GTP.

         Para cada glucosa se producen dos vueltas completas del ciclo de Krebs, dado que se habían producido dos moléculas de acetil coenzima A en el paso anterior; por tanto se ganan 2 GTPs y se liberan 4 moléculas de CO2. Estas cuatro moléculas, sumadas a las dos de la descarboxilación oxidativa del piruvato, hacen un total de seis, que es el número de moléculas de CO2 que se producen en respiración aeróbica (ver ecuación general).

Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa

Son las últimas etapas de la respiración aeróbica y tienen dos finalidades básicas:

1.            Reoxidar las coenzimas que se han reducido en las etapas anteriores (NADH y FADH2) con el fin de que estén de nuevo libres para aceptar electrones y protones de nuevos substratos oxidables.

2.            Producir energía utilizable en forma de ATP.

Estos dos fenómenos están íntimamente relacionados y acoplados mutuamente. Se producen en una serie de complejos enzimáticos situados (en eucariotas) en la membrana interna de la mitocondria; cuatro complejos realizan la oxidación de los mencionados coenzimas transportando los electrones y aprovechando su energía para bombear protones desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana. Estos protones solo pueden regresar a la matriz a través de la ATP sintasa, enzima que aprovecha el gradiente electroquímico creado para fosforilar el ADP a ATP, proceso conocido como fosforilación oxidativa.

Los electrones y los protones implicados en estos procesos son cedidos definitivamente al O2 que se reduce a agua. Nótese que el oxígeno atmosférico obtenido por ventilación pulmonar tiene como única finalidad actuar como aceptor final de electrones y protones en la respiración aerobia.

Respiración anaeróbica

         El proceso anaeróbico es un proceso biológico de oxido reducción de monosacáridos y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno, y más raramente una molécula orgánica. La realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias y para ello utilizan una cadena transportadora de electrones análoga a la de la mitocondria en la respiración aeróbica.1 No debe confundirse con la fermentación, que es un proceso también anaeróbico, pero en el que no participa nada parecido a una cadena transportadora de electrones y el aceptor final de electrones es siempre una molécula orgánica.

         En el proceso anaeróbico no se usa oxígeno, sino que para la misma función se emplea otra sustancia oxidante distinta, como el sulfato o el nitrato. En las bacterias con respiración anaerobia interviene también una cadena transportadora de electrones en la que se reoxidan los coenzimas reducidos durante la oxidación de los substratos nutrientes; es análoga a la de la respiración aerobia, ya que se compone de los mismos elementos (citocromos, quinonas, proteínas ferrosulfúricas, etc.). La única diferencia, por tanto radica, en que el aceptor último de electrones no es el oxígeno.

         Todos los posibles aceptores en la respiración anaerobia tienen un potencial de reducción menor que el O2, por lo que, partiendo de los mismos sustratos (glucosa, aminoácidos, triglicéridos), se genera menos energía en este metabolismo que en la respiración aerobia convencional.

         No hay que confundir la respiración anaeróbica con la fermentación, en la que no existe en absoluto cadena de transporte de electrones, y el aceptor final de electrones es una molécula orgánica; estos dos tipos de metabolismo tienen solo en común el no ser dependientes del oxígeno.

         Muchas bacterias aeróbicas contienen las enzimas nitrato-reductasas que catalizan la reducción de nitrato a nitrito: 2 NO3– + 2e– + 2H+ → NO2– + H2O

         No obstante, el producto resultante (nitrito) es muy tóxico por lo que algunas especies de Pseudomonas y Bacillus pueden reducir el nitrato más allá del nivel de nitrito hasta nitrógeno molecular: NO3– + 10e– + 12H+ → N2 + 6H2O

        

         El resultado final, nitrógeno, es un gas inerte y no tóxico. Este proceso se conoce como desnitrificación que, si se produce en el suelo se considera perjudicial para la agricultura ya que ocasiona la pérdida de los nitratos, necesarios para el crecimiento de las plantas.

         Las bacterias reductoras de nitratos son anaerobias facultativas ya que el uso de nitratos y nitritos como aceptores de electrones son procesos alternativos que pueden utilizar estas bacterias para crecer en ausencia de oxígeno. En presencia de él, aunque el nitrato esté presente, la respiración procede enteramente a través de la cadena aeróbica de transporte de electrones.

Utilización de sulfato como aceptor de electrones

  

Diagrama de la corrosión en condiciones anaeróbicas causada por bacterias del género Desulfovibrio. La utilización de sulfato como aceptor de electrones es una habilidad rara, restringida al género Desulfovibrio y algunas especies de Clostridium. Todas estas bacterias son anaeróbicas estrictas, de modo que la reducción del sulfato no es una alternativa de su metabolismo, como lo es la reducción del nitrato. La reacción es la siguiente:

SO42– + 8e– + 8H+ → S2– + 4H2O

Las bacterias reductoras de sulfatos atacan solo unos pocos compuestos orgánicos, siendo el ácido láctico y los ácidos dicarboxílicos de 4 carbonos sus principales substratos.

Utilización de dióxido de carbono como aceptor de electrones

         Un pequeño grupo de procariotas anaeróbias estrictas, las arqueas productoras de metano, utilizan dióxido de carbono como aceptor de electrones; la reducción da lugar a metano (CH4). El caso más simple es la oxidación de hidrógeno molecular, reacción productora de energía: B 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O. El hidrógeno no es un gas común en la biosfera, de modo que estos microorganismos habitan lugares muy específicos como en sedimentos anaerobios del fondo de lagos y pantanos, o en el tubo digestivo de los rumiantes, donde otros microorganismos producen el H2 libre que precisen.

Utilización de ion férrico como aceptor de electrones

El ion férrico (Fe3+) puede ser utilizado por varias bacterias como aceptor de electrones, reduciéndolo a ion ferroso (Fe2+); este proceso lo realizan muchos de los microorganismos que reducen nitrato. El ion férrico se halla en el suelo y las rocas, muchas veces formando hidróxido férrico (Fe(OH)3) insoluble; en condiciones anaeróbicas, estas bacterias pueden reducirlo al estado ferroso. El ion ferrosos es mucho más soluble que el férrico, con lo cual el hierro se moviliza, siendo este un primer paso importante en la formación de un tipo de depósito mineral llamado hierro de los pantanos

Que es la fermentación

La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleto, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. l

La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras. También algunos metazoos y plantas menores son capaces de producirla

El proceso de fermentación anaeróbica se produce en ausencia de oxígeno como aceptor final de los electrones del NADH producido en la glicolisis (que funciona como proceso anaerobio). La necesidad de un aceptor final, para los electrones procedentes del NADH, distinto del oxígeno hace que se emplee un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato, ...) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.

En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como las bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en el tejido muscular de los animales, cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo y la contracción muscular.

Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración, ya que a partir de una molécula de glucosa, sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 38 moléculas de ATP a partir de una molécula de glucosa. Esto se debe a la oxidación del NADH2, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante.

En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol.

Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles; o artificiales, cuando el hombre propicia condiciones y el contacto referido.

Usos

El beneficio primario de la fermentación es la conversión, ej. convertir el mosto en vino, cebada en cerveza y carbohidratos en dióxido de carbono para hacer pan. De acuerdo con Steinkraus (1995), la fermentación de los alimentos sirve a 5 propósitos generales:

* Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de una diversidad de sabores, aromas y texturas en los substratos de los alimentos.

* Preservación de cantidades substanciales de alimentos a través de ácido lácteo, alcohólico, ácido acético y fermentaciones alcalinas.

* Enriquecimiento de substratos alimenticios con proteína, amino ácidos, ácidos grasos esenciales y vitaminas.

* Detoxificación durante el proceso de fermentación alimenticia.

* Una disminución de los tiempos de cocinado y de los requerimientos de combustible.

La fermentación tiene algunos usos exclusivos para los alimentos. Puede producir nutrientes importantes o eliminar antinutrientes. Los alimentos pueden preservarse por fermentación, la fermentación hace uso de energía de los alimentos y puede crear condiciones inadecuadas para organismos indeseables. Por ejemplo, avinagrando el ácido producido por la bacteria dominante, inhibe el crecimiento de todos los otros microorganismos. Dependiendo del tipo de fermentación, algunos productos (ej. alcohol de fusel) pueden ser dañinos para la salud. En alquimia, la fermentación es a menudo lo mismo que putrefacción, queriendo decir, permitir el pudrimiento o la descomposición natural de la sustancia.

Tipos de fermentación:

La Fermentación LÁCTICA es un proceso celular anaeróbico donde se utiliza GLUCOSA para obtener energía y donde el producto de desecho es el ÁCIDO LÁCTICO. Este proceso lo realizan muchas bacterias (llamadas bacterias lácticas), hongos, algunos protozoos y en los tejidos animales (Muscular).

La Fermentación ALCOHÓLICA es un proceso biológico de fermentación en ausencia de O2, originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (Glucosa, Fructosa, Sacarosa, Almidón, etc.) para obtener como productos finales un alcohol en forma de ETANOL, CO2 y ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico.

La Fermentación ACÉTICA es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que transforma el alcohol en ácido acético. La fermentación acética del vino proporciona el vinagre debido a un exceso de O2. La formación de ÁCIDO ACÉTICO resulta de la oxidación de un alcohol por la bacteria del vinagre en presencia del O2 del aire. Estas bacterias, a diferencia de las levaduras productoras de alcohol, requieren un suministro de O2 para su crecimiento y actividad.

La Fermentación BUTÍRICA es la conversión de los Glúcidos en ÁCIDO BUTÍRICO por acción de bacterias Clostridium butyricum en ausencia de O2. Se produce a partir de la lactosa con formación de Ácido Butírico y CO2. Es característica de las bacterias del género Clostridium y se caracteriza por tener olores pútridos y desagradables

                                                                Origen de la vida

Creacionismo

         Para otros usos de este término, véase Creacionismo (desambiguación).

Se denomina creacionismo al conjunto de creencias, inspiradas en doctrinas religiosas, según las cuales la Tierra y cada ser vivo que existe actualmente provienen de un acto de creación por uno o varios seres divinos, cuyo acto de creación fue llevado a cabo de acuerdo con un propósito divino.1

          La creación de Adán, fresco de 1511 de Miguel Ángel en la Capilla Sixtina.

Por extensión a esa definición, el adjetivo «creacionista» se ha aplicado a cualquier opinión o doctrina filosófica o religiosa que defienda una explicación del origen del mundo basada en uno o más actos de creación por un dios personal, como lo hacen, por ejemplo, las religiones del Libro. Por ello, igualmente se denomina creacionismo a los movimientos pseudocientíficos y religiosos que militan en contra del hecho evolutivo.2

   El creacionismo se destaca principalmente por los «movimientos antievolucionistas», tales como el diseño inteligente,3 cuyos partidarios buscan obstaculizar o impedir la enseñanza de la evolución biológica en las escuelas y universidades. Según estos movimientos creacionistas, los contenidos educativos sobre biología evolutiva han de sustituirse, o al menos contrarrestarse, con sus creencias y mitos religiosos o con la creación de los seres vivos por parte de un ser inteligente. En contraste con esta posición, la comunidad científica sostiene la conveniencia de diferenciar entre lo natural y lo sobrenatural, de forma que no se obstaculice el desarrollo de aquellos elementos que hacen al bienestar de los seres humanos.4

          Las cosmogonías y mitos de carácter creacionista han estado y permanecen presentes en muy distintos sistemas de creencias, tanto monoteístas, como politeístas o animistas. El movimiento creacionista políticamente más activo y conocido es de origen cristiano protestante y está implantado, principalmente, en los Estados Unidos.

Teoría abiogénesis

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

«origen/principio»' ‘El origen de la vida a partir de la no existencia de esta’)^? o el origen de la vida en la Tierra ha generado en las ciencias de la naturaleza un campo de estudio especializado cuyo objetivo es dilucidar cómo y cuándo surgió. 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 4.400 millones de años —cuando se dieron las condiciones para que el vapor de agua pudiera condensarse por primera vez—^[2] y 2.700 millones de años atrás —cuando aparecieron los primeros indicios de vida—.^[a] Las ideas e hipótesis acerca de un posible origen extraterrestre de la vida (panspermia), que habría sucedido durante los últimos 13.700 millones de años de evolución del Universo tras el Big Bang, también se discuten dentro de este cuerpo de conocimiento.^[3]

         El cuerpo de estudios sobre el origen de la vida forma un área limitada de investigación, a pesar de su profundo impacto en la biología y la comprensión humana del mundo natural. Con el objetivo de reconstruir el evento 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 o astro químicos 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 análisis radiométricos 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 extremó filos semejantes a los paleo ecosistemas iniciales.

         Los progresos en esta área son generalmente lentos y esporádicos, aunque aún atraen la atención de muchos científicos dada la importancia de la cuestión que se investiga. 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^[4] las más consideradas por la comunidad científica.

Teoría Biogénesis

         La biogénesis tiene dos significados. Por un lado es el proceso de los seres vivos que produce otros seres vivos, Ej. una araña pone huevos, lo cual produce más arañas. Un segundo significado fue dado por el sacerdote jesuita, científico y filósofo francés Pierre Teilhard de Chardin para significar de por sí el origen de la vida.

         El término también se utiliza para afirmar que la vida se puede transmitir solamente a partir de seres vivos, en contraste con el término abiogénesis, que sostiene que la vida puede surgir de la materia sin vida en circunstancias convenientes.

         Hasta el siglo XIX, se creía comúnmente que la vida podía surgir con frecuencia de la materia sin vida bajo ciertas circunstancias, un proceso conocido como generación espontánea. Esta creencia se debía a la observación común de que los gusanos o el moho parecían surgir espontáneamente cuando la materia orgánica se dejaba expuesta. Se descubrió posteriormente que bajo todas estas circunstancias observadas comúnmente, la vida sólo se presenta a partir de la vida. Durante muchos años se penso que los organismos vivos podían surgir espontáneamente formandose a partir de materia orgánica en descomposición. El desarrollo de gusanos en la carne en descomposición, la aparición de ratones en el forraje, fueron creencias populares. En el siglo XVII F. Redi demostro que las larvas no se podían formar a partir de la carne sino que procedían de huevos de mosca. Spallanzani, un monje Italiano demostro que hirviendo adecuadamente la carne no se descomponía. Pasteur (1822–1895) diseño un experimento con el que la teoría de la generación espontánea quedo anulada totalmente. Diseño un frasco con cuello de cisne, en el coloco caldo nutritivo y lo hirvio por varias horas. Despues lo dejo a temperatura ambiente por varios dias e incluso semanas sin que se observaran cambios (descomposición o fermentación), con lo cual demostro que la descomposición era producida por bacterias que transportaba el aire, las cuales quedaban atrapadas en el largo cuello de los frascos y nunca llegaron a tocar el caldo.

Teoría quimiosintética

         Teoría quimiosintética también llamada Teoría del origen físico-químico de la vida, desarrollada por A. I. Oparin y J. B. S. Haldane en los años veinte, sugiere una síntesis abiótica, donde a partir de la combinación mayor de moléculas como el oxígeno, el metano, el amoníaco y el hidrógeno (el cual le confería un carácter reductor a la atmósfera primitiva), se originaron compuestos orgánicos de alta masa molecular; gracias a la energía de la radiación solar, la actividad eléctrica de la atmósfera y fuentes de calor como los volcanes. Así es como habría de darse como resultado, que dichos compuestos disueltos en los océanos primitivos, dieran origen a su vez a las primeras formas de vida. La obra de Oparin y Haldane, se apoya mutuamente con las premisas de Charles Darwin y de Friedrich Engels.

         Podríamos decir sintetizando que es un caldo primitivo rico en sustancias sencillas y ausencia de oxigeno libre.

Primera etapa: formación de sustancias sencillas: hidratos de carbono/aminoácidos/bases hidrogenadas/ácidos grasos.

Segunda etapa: formación de sustancias orgánicas complejas: hidratos de carbono (complejo)/proteínas/acido/lípidos.

Tercera etapa: surgimiento de las primeras formas vivas (coacervados): están todos como en una bolsa: -proteínas -hidratos de carbono -lípidos -ácidos -ácidos nucleicos

                  La Atmósfera primitiva

         La ATMÓSFERA PRIMITIVA era Reductora porque carecía de O2, gas Carbónico y Nitrógeno, pero contenía abundante cantidad de Hidrógeno, Metano, Amoniaco (gases nocivos para cualquier organismo) y Vapor de agua. No existía ninguna Capa de Ozono, por lo cual, las radiaciones ultravioletas estaban presentes en la atmósfera, siendo imposible la vida. Además había gran cantidad de descargas eléctricas, producidas por las terribles tormentas y Rayos. Su temperatura era aproximadamente de 60.000º C. Las Radiaciones de alta energía procedentes del Sol, incidieron sobre la mezcla anterior, dando lugar a la formación de moléculas orgánicas. El Vapor de agua al descender a las partes frías de la atmósfera cambió al estado líquido, precipitándose en forma de lluvia, la que al caer, sobre las Rocas aún calientes, se evaporó, repitiéndose este ciclo durante mucho tiempo. Las lluvias arrastraron en su recorrido los compuestos orgánicos, los que se depositaron junto con el agua en las partes bajas. De esta manera se formaron los Océanos Primitivos cuya característica principal fue la de conformar un verdadero Caldo Nutritivo o Sopa Primigenia que serviría de alimento a los primeros seres vivos.

           Para comprender cómo comenzaron los procesos atmosféricos en la Tierra además de saber cómo se formó el planeta debemos de saber cómo era la atmósfera primigenia y cómo se comportaba el vapor de agua en ella. Los datos sobre sedimentos y rocas muy antiguas sugieren que la Tierra tenía una atmósfera diferente a la que actualmente presenta, que es rica en nitrógeno y oxígeno. Hay un consenso que la atmósfera primigenia no contenía oxígeno libre. Sin embargo, ha habido mucha controversia sobre la naturaleza de sus componentes. Dentro de los estudios sobre evolución química, el conocimiento sobre la naturaleza de la atmósfera primitiva es uno de los aspectos más importantes, ya que esa atmósfera proporcionó la materia prima para llevar a cabo la síntesis de compuestos más complejos. En la actualidad se piensa que gases tales como nitrógeno, vapor de agua y dióxido de carbono eran los principales componentes de la atmósfera primitiva y le dan un carácter neutro, y un color rojo al cielo.

En una primera aproximación podemos decir que la atmósfera terrestre comenzó a formarse hace unos 4.600 millones de años con el nacimiento de la Tierra. La mayor parte de la atmósfera primitiva se perdería en el espacio, pero nuevos gases y vapor de agua se fueron liberando de las rocas que forman nuestro planeta. El vapor de agua procedía de la evaporación del agua terrestre. La primera hipótesis es que la atmósfera de las primeras épocas de la historia de la Tierra estaría formada por vapor de agua, dióxido de carbono (CO2) y nitrógeno, junto a muy pequeñas cantidades de hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) pero con ausencia de oxígeno. Era una atmósfera ligeramente reductora ya que la tendencia sería a que el oxígeno se fijase en diferentes compuestos. Sería, pues, una atmósfera con, tan sólo, trazas de oxígeno.

            ¿Es necesaria una atmósfera sin oxígeno para que aparezca la vida? Parece ser que sí. Hay dos factores que impiden el origen de la vida en la Tierra de hoy. Primero, si se formara una sustancia química compleja en la Tierra presente, es probable que fuera comida por algún animal o planta microscópica. El segundo peligro para la evolución química hoy en día es el oxígeno de la atmósfera. Así como un pedazo de hierro se enmohece (oxida) si se deja sin protección en nuestra atmósfera, también las complejas sustancias químicas biológicas necesarias para el origen de la vida se oxidarán si se dejan solas. La oxidación de estas sustancias químicas las descompone y las inutiliza para la evolución posterior de la vida.

Cualquier teoría seria sobre la formación de la atmósfera implica conocer las condiciones que deben haber llevado a la acumulación de una atmósfera de gas alrededor de cualquier cuerpo celeste con suficiente masa para sostenerla. Para William Rubey, en su clásico artículo «Desarrollo de la hidrosfera y la atmósfera», hay varias razones para su hipótesis acerca de la composición de la primera atmósfera. «Las razones que han llevado a estos escritores a considerar el metano o el amoníaco, o ambos, como constituyentes principales de la atmósfera primitiva, son, posiblemente, varias, pero entre ellas puede estar una o más de las siguientes: Primero, sabemos que el hidrógeno y el helio exceden grandemente en abundancia a todos los demás elementos químicos. Si el hidrógeno fue en alguna época muy abundante en la atmósfera de la Tierra, entonces el metano y el amoníaco, y no el dióxido de carbono ni el nitrógeno, debieron haber sido los gases predominantes. Una segunda consideración es el hecho de que el metano y el amoníaco son los gases más abundantes en las atmósferas de los otros planetas principales. Tercero, la hipótesis de Oparin (1938) y Horowitz (1945) es muy atractiva para los científicos de muchos campos especializados. El postulado es que antes que el ozono se convirtiera en constituyente importante de la atmósfera de la Tierra, se sintetizaron compuestos orgánicos complejos por medio de los procesos fotoquímicos; que así se originaron las formas más primitivas de vida; y que estas primeras moléculas, que se duplicaban solas, evolucionaron hacia organismos más especializados al consumir la provisión de compuestos orgánicos formados anteriormente. Finalmente, Miller (1953) ha logrado sintetizar dos aminoácidos al pasar una descarga eléctrica (cuyos efectos se compararían a los del rayo) a través de una mezcla de vapor y agua, metano, amoníaco e hidrógeno.

Así pues, la evolución de la atmósfera puede dividirse en varias etapas: En las primeras fases de su existencia, su naturaleza fue determinada por los procesos fundamentales implicados en la formación y evolución primitivas del planeta. En la base de todos estos procesos está la posición de la Tierra dentro del sistema solar, la distancia de la Tierra al Sol y su temperatura de equilibrio. El calor derivado de los procesos que formaron la Tierra sólida causaron el escape de gases de esos elementos que están en la superficie de la Tierra, o cerca de ella, que más fácilmente se evaporaban.

             Sin embargo, hay otros autores que opinan que la atmósfera primigenia contenía nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, vapor de agua, hidrógeno y gases inertes, componiendo la nube original de polvo cósmico y gas. El vigoroso viento solar puede haberse llevado la mayor parte de esta atmósfera primitiva durante los primeros 1.000 millones de años de vida de la Tierra. A medida que la Tierra se solidificaba, la pérdida de gases de la parte interna más caliente dio lugar al comienzo de la formación de la atmósfera de los días presentes, dominada por el nitrógeno, el oxígeno, el argón y el dióxido de carbono.