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miércoles, 28 de abril de 1999

El misterioso camino de las moléculas simples a las más complejas y vivas

El que los científicos esperen solventar hoy el rompecabezas de cómo empezó la vida es un signo del infinito optimismo de la ciencia o de su total falta de orgullo, dependiendo del punto de vista que uno tenga. Hasta este siglo, por lo general, se consideraba que ese tipo de cuestiones estaba vetado. En 1863, Charles Darwin comentó que intentar aplicar el pensamiento científico a este origen de orígenes era un ejercicio fútil, ya que los primeros seres vivos se formaron en un planeta hasta entonces sin vida. Ocho años después, se había aplacado un tanto, y reflexionaba sobre si la vida podría haber empezado en alguna "pequeña y cálida laguna" sazonada con sustancias químicas orgánicas simples. Estamos tan acostumbrados a la idea de una Tierra rebosante de vida en todos los rincones que es difícil imaginar el mundo estéril de hace 4.000 millones de años. De alguna manera, este mundo generó las proteínas y los ácidos nucleicos (ADN y ARN) que son las huellas moleculares características de la vida.

Algunos científicos han especulado con la posibilidad de que la vida fuera sembrada desde el espacio, por esporas transportadas en estado de congelación a través del vacío interestelar desde un mundo vivo en algún otro lugar. Esta idea, llamada panespermia fue planteada por primera vez en 1907 por el químico sueco Svante Arrhenius y resucitada en los años sesenta por Francis Crick, el codescubridor de la estructura del ADN.

Elementos

La mayoría de los científicos prefiere suponer que las moléculas que constituían los primeros organismos surgieron a partir de pequeñas moléculas más simples formadas por procesos no biológicos en la joven Tierra. ¿Qué son estos constituyentes elementales de la sustancia de la vida? Las proteínas son largas cadenas de moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos, unidas entre sí. Gran parte del trabajo sobre el origen de la vida se ha centrado en la cuestión de cómo llegaron a existir los aminoácidos y de cómo se unieron a las proteínas. Los aminoácidos contienen principalmente átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Todos ellos habrían estado presentes en alguna forma en la atmósfera de la joven Tierra: a diferencia de la atmósfera actual, aquélla no era una mezcla básicamente de gas oxígeno y nitrógeno, sino que en su lugar, podría haber contenido nitrógeno junto con monóxido o dióxido de carbono (emitido por los volcanes), o quizá metano (un compuesto de carbono e hidrógeno). Aunque las moléculas de los aminoácidos son pequeñas y simples en comparación con las proteínas, son complejas si se las compara con las moléculas de estos gases.

Pero el paso desde las mezclas de gases sencillos hasta los sofisticados aminoácidos no es tan problemático como podría parecer. En 1953, los químicos Harold Urey y Stanley Miller de la Universidad de Chicago demostraron que podían hacer unos cuantos aminoácidos simplemente mezclando amoniaco, hidrógeno, metano y vapor de agua en una jarra de cristal y acribillándolos con descargas eléctricas, e indicaron que esto sería como un rayo que atravesara los cielos primigenios.

El experimento de Urey y Miller fue fundamental para convencer a los científicos de que entender el origen de la vida no es una búsqueda desesperada. Pero, en realidad, no proporciona respuestas sólidas. En primer lugar, el carbono en la atmósfera primitiva estaba probablemente encerrado en óxidos de carbono, no en metano.

Si en su lugar se utilizan los óxidos, la formación de aminoácidos en el experimento es insignificante. Desde entonces, se han propuesto otros modelos que utilizan materiales básicos simples y descargas básicas de energía para estimular las reacciones como simulaciones de la forma en que se podrían haber formado los aminoácidos.

Del espacio, en los volcanes o las fumarolas

Pero se puede decir que ni siquiera este primer paso en el origen de las proteínas ha sido resuelto todavía. También hay buenas razones para creer que los aminoácidos se pueden formar en el espacio. Por ejemplo, han sido identificados en varios meteoritos ricos en carbono que han caído a la Tierra. Así pues, aunque quizá la vida no haya llegado ya formada del espacio, parece probable que parte de sus componentes esenciales llegasen de esta manera. Entretanto, los eslabones de la cadena de ADN son más complicados. Reciben el nombre de nucleótidos y son compuestos que constan de tres partes: una base que va ligada a otra base para mantener unida la doble hélice; una molécula de azúcar y un ión de fosfato. El fosfato se forma en los minerales, aunque es difícil convertirlo en una forma soluble. Como, por lo general, se cree que el proceso químico que generó la vida tuvo lugar en el agua, esto es un problema. Los azúcares se pueden formar a partir de una pequeña molécula llamada formaldehído, que podría haber estado presente en los primeros días de la Tierra. Las bases de ADN son difíciles de sintetizar pero, una vez más, los químicos han descubierto formas plausibles de hacerlo en reacciones básicas que implican cianuro de hidrógeno, una pequeña molécula simple.

Además, está la cuestión de cómo se unieron los eslabones para formar cadenas. Esto es más problemático de lo que pudiera parecer. En primer lugar, el agua tiene una tendencia a dividir los vínculos que unen los aminoácidos, así que podría ser preocupante que las moléculas parecidas a las proteínas se rompieran con la misma velocidad que se forman. Una forma esperanzadora de resolver esto es suponer que la unión tuvo lugar en la superficie de minerales, a los cuales se podrían haber pegado los aminoácidos. Los químicos han demostrado que algunos minerales comunes como la arcilla puede catalizar la unión de aminoácidos.

La lógica detrás de todos estos planteamientos es que si los mares estaban finamente tejidos con un cóctel de toda clase de pequeñas moléculas en pequeñas cantidades, formadas a partir de los constituyentes básicos de la atmósfera, podrían haberse concentrado en lagunas costeras cálidas en estado de evaporación y haberse confabulado para combinarse y dar lugar a una cantidad aún más pequeña de componentes de proteínas y ADN. Todo eso requiere un considerable acto de fe, pero lo que importa es demostrar que la vida pudo haber empezado simplemente de esta manera, sin que hiciera falta algo extraordinario. La investigación del origen de la vida se basa en establecer cosas admisibles, no en encontrar pruebas.

Sin embargo, otra escuela de pensamiento propone una hipótesis muy distinta. Señala a los ecosistemas que proliferan alrededor de fuentes termales llamadas fumarolas hidrotermales en el lecho de los océanos profundos. En las comunidades de las fumarolas hay organismos que pueden vivir del calor y de la rica infusión de nutrientes minerales y de gases que emana como denso humo de las chimeneas calentadas volcánicamente. ¿Proporcionaron acaso estas fumarolas tanto las materias primas de la primera vida como la energía necesaria para hacer que éstas reaccionaran y formasen moléculas más complejas? Es una idea polémica. Algunos expertos como Stanley Miller sostienen que las fumarolas contribuirían más a desintegrar moléculas complejas que a crearlas.

Pero aunque podamos imaginar cómo fabricar los componentes de proteínas y ácidos nucleicos y cómo conectarlos, no estamos descubriendo la receta de la vida.

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