Las Fuentes de la Vida I

De todas las características maravillosas del planeta Tierra, una de las más increíble y enigmática es la de ser el escenario donde se desarrolla la vida, la existencia. Y es que nos encontramos ante uno de los misterios más complejos del universo. Pero, ¿qué es la vida? ¿Qué es lo que diferencia a un ser vivo de algo que no lo está? Encontrar una definición que sea capaz de hacer justicia a tan extraordinario fenómeno ha sido una constante tanto en la filosofía como en la ciencia, pero siempre parece que se escapa algo de carácter trascendente e indefinible.

Podríamos decir que todo ser viviente está formado por un mecanismo perfecto ensamblado por pequeñas piezas que dan una respuesta precisa ante los estímulos externos. Esta sería una explicación denominada mecanicista, pero… ¿es eso la vida? ¿acaso las máquinas están vivas? ¿o podríamos decir que un ser vivo es algo más que la suma de sus piezas? ¿y cómo se definiría ese algo más? Más adelante volveremos sobre esta idea.

Al margen de la definición de vida, podemos avanzar en este asunto si nos limitamos a destacar lo que caracteriza a un ser vivo de otro que no lo está, es decir, un organismo con una estructura material muy organizada y compleja que se relaciona con el ambiente intercambiando materia y energía, y que además, se nutre, se relaciona y se reproduce.

La materia viva posee unas características y propiedades que las distingue de la materia inerte gracias a los átomos que la componen (bioelementos). De los 92 átomos naturales, sólo 27 son bioelementos. Estos se combinan entre sí para formar las moléculas de la vida (biomoléculas) que pueden ser orgánicas e inorgánicas. Las inorgánicas forman el agua, las sales minerales y los gases. Las orgánicas están formadas por átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. El carbono hace posible que se puedan formar enlaces muy estables (covalentes) y unirse a otros carbonos para formar largas cadenas.

Gracias a los restos fósiles sabemos que la vida en la Tierra surgió hace unos 3.500 millones de años, es decir, tan sólo unos 500 millones de años después de que el planeta se estabilizase y enfriase lo suficiente tras su formación. Lo verdaderamente sorprendente es que surgiera tan deprisa. Como dice Stephen Hawking, la vida podría haber tardado 7.000 millones de años en aparecer y aún le sobraría tiempo para que pudieran desarrollarse seres como nosotros que se preguntan sobre el origen de la vida. De todo el tiempo que disponía la Tierra antes de desaparecer, la vida empleó tan sólo 1/14 de dicho tiempo.

El interés del ser humano por conocer el origen de la vida se remonta a miles de años atrás. En un principio se creía en la teoría de la generación espontánea, es decir, que la vida podía surgir de materia sin vida “abiogénesis”. Esta idea fue defendida por Platón, Aristóteles y otros grandes filósofos griegos quienes estaban convencidos de que determinados seres como, por ejemplo, las ranas procedían del lodo o los gusanos de la carne en descomposición.

Pero, en la segunda mitad del siglo XIX, Louis Pasteur demostró, hirviendo caldos y soluciones en distintos matraces, que éstos permanecían estériles por tiempo indefinido si no se rompían y eran invadidos por microorganismos exteriores, lo que puso fin a la creencia en la generación espontánea. Pasteur, sin proponérselo, estaba apoyando la teoría de la biogénesis, es decir, que la vida sólo podía proceder de la vida.

En 1908 apareció la teoría de la panspermia, que defiende que la vida se habría generado en el espacio exterior y habría llegado a la Tierra viajando en cometas y meteoritos. Sin embargo, es una teoría controvertida ya que se considera poco probable que una espora o cualquier tipo de célula pudieran resistir a las temperaturas extremas, al vacío y a las radiaciones. Aunque se ha comprobado la existencia de restos orgánicos en cometas… ¿de que sirve esta teoría a parte de trasladar el misterio del origen de la vida a otro lugar del universo? 

Un paso más allá en esta idea lo dio la teoría de la panspermia dirigida, que propone que, la vida fue deliberadamente traída a la Tierra por seres inteligentes superiores de otros planetas. Claro que, para que la comunidad científica lo aceptara, primero debía demostrarse la posibilidad de vida inteligente extraterrestre… ¿Quién sabe?

En 1952, Stanley Miller realizó un famoso experimento de laboratorio basándose en la teoría de Oparín. Para ello, sometió a descargas eléctricas una mezcla química que simulaba la atmósfera primitiva de la Tierra. Al cabo de 2 días encontró un 2% de aminoácidos.

¿Qué importancia tienen  los aminoácidos?

Los aminoácidos son las pequeñas unidades de las que están compuestas las proteínas. Poseen unas características químicas que les permiten  plegarse de manera específica para realizar determinadas funciones: enzimática, estructural, reguladora, defensiva.. Todos los aminoácidos poseen una misma estructura básica, esto es:

Existen muchos tipos de aminoácidos, pero sólo 20 forman parte de las proteínas.

Los aminoácidos tienen dos configuraciones (levógiras y dextrógiras) según estén dispuestos sus átomos en el espacio. La forma D se produce cuando el grupo NH2 se encuentran a la derecha del carbono y la forma L cuando se encuentra a la izquierda. Curiosamente todos los aminoácidos que componen las proteínas de los seres vivos tienen forma L.

Su experimento tuvo una acogida entusiasta entre la comunidad científica pues parecía que los elementos constitutivos de la vida eran relativamente fáciles de obtener por procedimientos naturales. Sin embargo, los geoquímicos defienden ahora que la atmósfera primitiva estuvo compuesta por nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua, pero no por amoniaco, metano o hidrógeno como defendía Oparín. En estas condiciones es mucho más complicada la formación de los aminoácidos.

Ahí no queda la cosa… y es que la formación de aminoácidos plantea, además, otros desafíos… Como hemos dicho, los aminoácidos pueden tener dos configuraciones (levógiras y dextrógiras) y ambas aparecen en la naturaleza en la mismas proporciones, así como,  en los experimentos realizados en el laboratorio, pero las proteínas están formadas únicamente por aminoácidos levógiros…

¿Cómo pudieron seleccionarse sólo los que giraban a la izquierda? ¿Y qué implica? 

Pues que si quisiéramos, por ejemplo, obtener de forma natural una proteína formada por 100 aminoácidos, la proporción de obtenerla únicamente en su versión levógira sería de uno entre 10³⁰. Lo curioso es que mientras todos los aminoácidos son levógiros, todos los carbohidratos de los seres vivos son dextrógiros.

Para que la proteína funcione bien es necesario que todos sus enlaces sean peptídicos para que posea una estructura tridimensional correcta. Un enlace peptídico consiste en la unión del grupo carboxilo (COOH) del primer aminoácido con el del grupo amina (NH₂) del segundo y así se va constituyendo el esqueleto de la proteína, uniendo cabeza con cola. En las simulaciones en el laboratorio sólo la mitad de los enlaces eran apropiados, por lo que la probabilidad de obtener 100 enlaces de este tipo vuelve a ser de 1 entre 10³⁰. Por lo que la probabilidad final de que una proteína de 100 aminoácidos levógiros se ensamble al azar mediante enlaces peptídicos es de 1 entre 10⁶⁰. Estas cifras se asemejan bastantes a las que vimos en la entrada “¿Qué pasaría si…?”

Además, el físico Paul Davies nos recuerda que la segunda ley de la termodinámica describe la tendencia de los sistemas cerrados a degenerar, perder información y orden, aumentando su entropía (ver “En la diana del tiempo”). Para que una solución concentrada de aminoácidos diera lugar a un enlace polipéptido de forma espontánea tendría que invertir la tendencia termodinámica al desorden y eso sólo sería posible en un volumen de fluido del tamaño del ¡universo observable!

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Universo observable

Pero las proteínas no se forman simplemente mezclando aminoácidos, porque éstos deben ocupar posiciones muy concretas en la cadena determinadas por el código genético. El requisito de una secuencia correcta es tan importante que esa es la diferencia que puede haber entre una célula viva y un cristal o un copo de nieve. Pensar que todo es cuestión de puro azar es, según palabras de Paul Davies:

«… comohacer explotar dinamita bajo un montón de ladrillos y esperar a que formen una casa”.

Entre las diversas clases de aminoácidos, como hemos dicho, 20 forman parte de las proteínas. Por lo que si tenemos 20 la probabilidad de conseguir el aminoácido correcto en la posición correcta es de 1/20. Por lo que conseguir 100 aminoácidos en la secuencia correcta sería de 1 entre 10¹³⁰. Estos cálculos se refieren a una sola proteína, pero la vida requiere de cientos de miles de proteínas…

– La vida de un joven planeta. Andrew H. Knoll