El origen de la vida

El origen de la vida
Por Javier DE LUCAS
AUTOORGANIZACION
La mayoría de los expertos piensan que la síntesis orgánica que condujo a la vida
tardó relativamente poco tiempo en producirse a partir del momento en que la
Tierra tuvo corteza, y que fue una reacción química autosostenida como
consecuencia de un proceso de autoorganización en los componentes químicos que
se daban en la Tierra en esa época.
Es posible imaginar que pudieran haber tenido lugar varios inicios frustrados hasta
que finalmente, cuando bajó la frecuencia de los impactos de meteoritos que
bombardeaban continuamente la Tierra, ya se pudo afianzar un modo de vida que
prosperó hasta la que hoy conocemos. Los químicos no pueden (todavía) fabricar la
vida en el laboratorio a partir de materia inerte, pero es que no se puede pretender
simular experimentalmente en unos años, o unas décadas, aquello que la
Naturaleza ha tardado millones de años en fabricar. Los resultados obtenidos
demuestran que la generación de moléculas biológicas en unas condiciones de
medio ambiente geológico favorable ha sido posible. El paso de moléculas
biológicas cada vez más complejas al primer organismo vivo está aún por
descubrir.
Después de los trabajos de Darwin y Pasteur, el pensamiento racionalista intentó
aplicar el concepto de evolución a la materia inerte. Comenzó a esbozarse una
teoría evolucionista del origen de la vida que suponía que no existía diferencia
fundamental entre lo inerte y lo vivo. La materia viva sería el fruto de largos
procesos químicos, una larga evolución química que habría precedido a la evolución
biológica. Oparin, por un lado, y Haldane, por otro, suponen que la vida apareció en
la Tierra en un medio rico en materias orgánicas y desprovisto de oxígeno. Esta
teoría está en la base de los argumentos que actualmente se barajan para explicar
el origen de la vida.
¿QUE ES LA VIDA?
Pero, ¿qué es la vida?. Desde un principio, las ideas han estado encuadradas en dos
teorías opuestas: las materialistas o mecanicistas, que suponen que la vida es el
resultado de una organización compleja de la materia, y las vitalistas o finalistas,
que proponen que la vida tiene su origen en una fuerza superior que insufla a los
seres un principio vital, que en el caso del hombre se identifica con el alma. Los
primeros defensores de estas dos teorías fueron los filósofos griegos Demócrito de
Abdera (470-380 a.C.), y Aristóteles (384-322 a.C.). El primero suponía que toda la
materia, incluida la vida, estaba formada por diminutas partículas llamadas átomos;
la vida era debida a que los seres que la poseían disponían de un tipo especial
de átomos redondeados que, dispersos por todo el organismo, les proporcionaba las
características vitales.
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Totalmente opuesto a esta teoría, Aristóteles mantenía que los seres vivos estaban
compuestos de idénticos elementos que la materia inerte, pero que además poseían
una fuerza o principio vital concedido por un ser superior. Este principio vital era
inmortal, no teniendo la vida fin en sí misma, sino en función de su Creador. Desde
entonces, la polémica entre materialismo y vitalismo ha sido una constante
histórica, influida más por doctrinas filosóficas y religiosas que por un estricto
pensamiento científico.
Una definición completa de vida procedente de la Biología Molecular sostiene que la
vida es una propiedad de los organismos que contienen información hereditaria
reproducible, codificada en moléculas de ácido nucleico, y que metabolizan al
controlar el ritmo de reacciones químicas utilizando catalizadores llamados enzimas.
Más simplemente, los seres vivos son aquellos que poseen la capacidad de
reproducirse y metabolizar sustancias, esto es, alimentarse.
Con esta última definición se evita hacer alusión a los ácidos nucleicos, ya que
cabría dentro de lo posible la existencia de vida en alguna región del Universo que
no dependa de estas moléculas.
FUNCIONES VITALES
El ser vivo lleva a cabo tres funciones "vitales": autoconservación, autorregulación
y autorreproducción. Con la autoconservación obtiene y transforma la energía que
precisa para realizar el resto de las funciones vitales. Con la autorregulación
controla sus funciones; este control tiene lugar mediante una serie de reacciones
químicas que se realizan en distintos órganos, y que le permiten adaptarse y
relacionarse con el medio que le rodea. Con la autorreproducción, todo ser vivo es
capaz de engendrar, de un modo u otro, nuevos seres semejantes a él, a los que
transmite unos caracteres determinados.
Toda la materia que existe en la Naturaleza se encuentra dividida en una serie de
peldaños jerárquicos, de manera que los elementos de cada uno de ellos están
formados por la estructura organizada de un conjunto de elementos del nivel
anterior. De menor a mayor grado de complejidad, podemos enumerar los
siguientes: partículas elementales, átomos, moléculas, orgánulos, células, tejidos,
órganos, sistemas de órganos, organismos independientes, poblaciones,
comunidades, ecosistemas (comunidad de organismos que pueblan un ambiente
determinado y que se relacionan entre sí), biomas (conjunto de ecosistemas que
ocupa un amplio sector geográfico) y biosfera, entendido este último término como
el conjunto de todos los seres vivos que existen en la Naturaleza más las
condiciones ambientales que les rodean.
A partir de uno de estos niveles, los orgánulos, aparecen las funciones vitales
características de los seres vivos. Esto significa que todo nivel organizativo que se
encuentre por debajo de éste, posee el carácter de materia inerte, mientras que a
partir del nivel orgánulo toda la materia existente en el Universo es considerada
como materia viva. Así, por ejemplo, los virus no deben ser considerados como
seres vivos. Estos agentes patógenos de tamaño ultramicroscópico, formados por
un núcleo de ADN o ARN protegido por una cubierta proteica, no poseen actividad
metabólica, no pueden traducir a proteínas su información genética, por lo que
únicamente pueden sobrevivir y reproducirse si invaden una célula viva, de cuyos
sistemas se benefician.
MOLECULAS BIOLOGICAS
En la composición química de los orgánulos aparecen ya unas moléculas
inexistentes en la materia inerte, las moléculas biológicas, que son las responsables
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de las características propias de todo ser vivo: son los hidratos de carbono, los
lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Los hidratos de carbono o azúcares son
compuestos cuyas moléculas están formadas exclusivamente por carbono,
hidrógeno y oxígeno. Los más sencillos, como la glucosa o la ribosa, reciben el
nombre de monosacáridos, y los más complejos, como el almidón o el glucógeno,
polisacáridos. Su misión es proporcionar a los seres vivos la energía que necesitan.
Los lípidos también están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, pero en
distinta proporción que en los hidratos de carbono; los más importantes, las grasas,
sirven como reserva alimenticia tanto a animales como a plantas.
Las proteínas son los componentes cuyas moléculas presentan una mayor variedad:
en el cuerpo humano existen unas diez mil clases diferentes de moléculas de
proteínas. Esta enorme variedad procede únicamente de una veintena de
compuestos diferentes llamados aminoácidos, cuyas moléculas están formadas por
carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y en algunos casos, azufre. Los
aminoácidos se unen mediante los llamados enlaces pépticos originando cadenas
moleculares, generalmente de forma helicoidal, que son las distintas proteínas. La
misión de las proteínas es aportar energía al organismo, aunque de forma mucho
más específica que los hidratos de carbono, ya que cada tipo de célula en particular
recibe un tipo distinto de proteínas.
Los ácidos nucleicos se localizan en el núcleo de la célula; son las más complejas de
las moléculas biológicas y están formados por unidades más pequeñas llamadas
nucleótidos. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el desoxirribonucleico (ADN) y el
ribonucleico (ARN). El primero está formado por grandes moléculas de nucleótidos
que adoptan la forma de una doble hélice, y es el responsable de la ransmisión de
los caracteres hereditarios de padres a hijos.
El segundo se presenta en moléculas de diferentes formas que, en conjunto, tienen
como misión enviar órdenes a los distintos orgánulos para que se formen en el
organismo vivo las distintas proteínas necesarias en cada momento.
LA GENERACION ESPONTANEA
Ya hace muchos siglos, el conocimiento del origen de la vida interesó
profundamente al hombre. Careciendo de base científica, predominaron las teorías
filosóficas, destacando claramente la teoría de la generación espontánea. Según
ella, todos los seres vivos nacen espontáneamente de la materia orgánica en
descomposición, o bien de la materia mineral cuando se encuentra en determinadas
condiciones. Aristóteles admitía que, en general, los seres vivos se originan de
otros seres vivos semejantes, pero que igualmente pueden generarse de la materia
inerte. Toda la Edad Media acusa una gran influencia aristotélica, y por tanto, la
creencia en la generación espontánea incluso se enriquece. También en el
Renacimiento se sigue admitiendo la teoría, hasta en personajes de la talla de
Descartes (1596- 1650) o Newton (1642-1727). El primero en enfrentarse al
dogma es el italiano Francesco Redi (1626-1697), quien, cosa infrecuente en la
época, recurre al método científico para comprobar la teoría. Con sus
experimentos, demuestra la imposibilidad de crear vida a partir de la carne en
putrefacción: los gusanos que aparecían sobre la carne de los frascos destapados
provenían simplemente de los huevos que las moscas habían depositado sobre la
misma.
La controversia, sin embargo, continúa hasta llegar a Pasteur (1822-1895), cuyo
gran mérito estriba en zanjar definitivamente la controversia, demostrando de una
vez por todas la falsedad de la generación espontánea. Mediante sus observaciones
al microscopio, Pasteur demostró que en la fermentación del vino y de la cerveza
intervenían microorganismos vivos como elaboradores del fermento; es más,
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descubrió el remedio para evitar el avinagramiento del vino, sometiéndole a un
calentamiento lento hasta alcanzar una temperatura tal que los microorganismos
productores del fermento no pudiesen vivir. Este proceso, que después se ha
generalizado en su aplicación, es conocido en su honor con el nombre de
pasteurización.
OPARIN Y LOS COACERVADOS
Una vez sentada, gracias a Pasteur, la base de que la vida procede de sí misma,
quedaba por aclarar el cómo y el cuándo se originó la primera vida sobre la Tierra.
La idea de utilizar la evolución para explicar el fenómeno vital no es nueva: Jean
Baptiste Lamarck (1744-1829) sugirió ya que la materia mineral habría podido
engendrar sustancias orgánicas que podrían ordenarse poco a poco hasta alcanzar
el estatus vital. En 1922, el bioquímico soviético Alexander Ivanovich Oparin
publicó una pequeña obra titulada "El origen de la vida"; en ella exponía una nueva
teoría, según la cual, las moléculas orgánicas complejas habrían podido evolucionar
fuera de todo organismo, reunirse y formar sistemas cada vez más complejos,
sometidos a los principios de la evolución, particularmente el de la selección
natural, hasta llegar al primer orgánulo.
Para Oparin, la atmósfera primitiva estaba compuesta por hidrógeno, metano,
amoníaco y vapor de agua. Esta mezcla gaseosa, debido a la acción de los rayos
solares, daría lugar a gran cantidad de moléculas orgánicas, que caerían en los
océanos y allí se acumularían durante largos períodos de tiempo sin riesgo de
descomposición, formando un "caldo nutritivo". Las moléculas se irían asociando
entre sí, formando agregados moleculares cada vez más complejos, con una
estructura concreta, a los que llamó coacervados. Los coacervados con capacidad
de autosíntesis (productores de su propio alimento), evolucionarían hacia formas
cada vez más estables y complicadas hasta convertirse en verdaderas estructuras
vivientes. Estos organismos primordiales darían lugar, por evolución durante
millones de años, al mundo vegetal y animal de nuestro planeta. Teorías
semejantes, aunque con menor difusión mundial, fueron expuestas poco después
por el italiano Giglio-Tos y el inglés J.S. Haldane.
¿Cuándo apareció la vida sobre la Tierra? El nacimiento de nuestro planeta tuvo
lugar hace 4.600 millones de años, en que apareció en forma de una masa
incandescente, por condensación de la nube primordial que originó el Sol y los
planetas del Sistema Solar. A partir de aquel momento, el enfriamiento progresivo
dio lugar a la formación de una superficie sólida, la corteza terrestre; desde ese
momento hasta la aparición de la vida transcurre un período llamado era Azoica.
Durante la era Azoica, las erupciones volcánicas arrojan al exterior vapor de agua
que, al enfriarse, da origen a los primeros mares. Este agua es a su vez el origen
del oxígeno y del hidrógeno, que va transformando la atmósfera primitiva, rica en
metano, hidrógeno y amoníaco, en otra rica en nitrógeno, oxígeno y dióxido de
carbono. Con estas condiciones, la aparición de la vida ya es factible, calculándose
la existencia de los primeros organismos vivos hace unos 3.700 millones de años.
EL EXPERIMENTO DE MILLER
La teoría de Oparin no deja de ser una hipótesis; pese a ello, ha podido, en parte,
ser confirmada por el químico norteamericano Stanley Miller. En los años cincuenta,
Miller trabajaba en la Universidad de Chicago bajo la dirección de H.C. Urey. Simuló
en un balón de vidrio la atmósfera primitiva con la mezcla de gases propuesta por
Oparin y la sometió a descargas eléctricas que simularían a las radiaciones solares
que en esa época incidían sobre la superficie de nuestro planeta. Cuando al cabo de
una semana analizó los productos resultantes de la reacción, comprobó que se
habían sintetizado compuestos orgánicos y, en particular, aminoácidos, a partir de
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los cuales se formarían las proteínas, componentes fundamentales de la materia
viva: Miller había conseguido formar compuestos orgánicos en condiciones
prebiológicas.
Sin embargo, la segunda parte de la teoría de Oparin, según la cual estas
moléculas se fueron agrupando durante cientos de miles de años hasta adquirir las
características de un ser vivo, ha de demostrarse por las teorías de la evolución. El
experimento de Miller sirvió de punto de partida a gran número de investigadores,
como Calvin, Sagan o Ponnamperuma...tal vez dentro de poco tiempo tengamos
una idea más exacta de cómo se produjo el portentoso salto a la vida, ayudados
por la enorme labor de estos pioneros de la Química prebiológica.
LAS MICROESFERAS DE FOX
La publicación de la teoría de Oparin y la confirmación parcial de la misma
mediante el experimento de Miller, dieron lugar a que muchos biólogos
encaminaran sus investigaciones a descubrir cómo fue el largo proceso en el cual la
materia inerte llegó a alcanzar las estructuras que permitirían, posteriormente, el
nacimiento de las primeras células. Según el bioquímico norteamericano Sydney
W.Fox, la aparición de la vida sobre nuestro planeta no sólo tuvo lugar en el mar,
como proponía la teoría de Oparin, sino que también podría haber sucedido sobre la
tierra firme. Demostró que a temperaturas próximas a los 1.000 ºC, una mezcla de
gases similares a los que formaron la atmósfera primitiva sufría una serie de
transformaciones tales que se lograba la síntesis de aminoácidos, que a su vez se
unían formando "protenoides". Al sumergirse en agua, los protenoides generaban
un proceso de repliegue sobre sí mismos adoptando una forma globosa, las
microesferas, que estaban limitadas por una doble capa que las protegía del
exterior, apareciendo así el ancestro de lo que posteriormente sería la membrana
plasmática. Las microesferas, a través de la membrana, podían tomar del exterior
sustancias como agua, glucosa, aminoácidos, etc., que producían la energía
suficiente para que continuase el desarrollo de la microesfera.
Existen datos, según Graham Cairns-Smith, de la Universidad de Glasgow, sobre la
existencia de una "vida inorgánica" previa a la vida orgánica que conocemos. Esta
vida inorgánica tendría como soporte universal a estructuras del tipo de las arcillas,
que habrían permitido la producción de pequeñas moléculas que se asociarían entre
sí para dar origen a macromoléculas que acabarían adquiriendo la capacidad de
autorreplicación. La propia estructura repetitiva de las arcillas haría que éstas
actuasen como auténticos catalizadores, formándose en la superficie de las
laminillas de arcilla, moléculas de naturaleza orgánica; dado que las arcillas son
muy variadas, podrían generar un número inmenso de combinaciones de proteínas
y de nucleótidos. Las macromoléculas biológicas le parecen demasiado complicadas
para haber estado presentes en los primeros sistemas vivos; sólo más tarde, de
forma progresiva, habrían sustituído a las arcillas mediante un mecanismo de
selección natural.
La síntesis prebiótica de las macromoléculas biológicas fue una etapa fundamental
en el camino hacia la aparición de la materia viva, así como el origen de la
membrana que separaría estas macromoléculas del exterior, problema estudiado
por Joan Oró, de la Universidad de Houston. En condiciones prebióticas, llegó a
obtener lípidos, componentes fundamentales de la membrana de toda célula viva,
con ayuda de una mezcla de compuestos orgánicos derivados del ácido cianhídrico.
Las microesferas de Fox o los "margináramos" (granos de mar) de Fujio Egami, son
ejemplos de microestructuras estables de un diámetro medio de una micra, capaces
de producir brotes e incluso de dividirse, pero aún les falta lo esencial para hacer
perdurar la especie: el material genético.
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¿Cuál de las macromoléculas biológicas apareció primero? Muchos investigadores
prebióticos apoyan la idea de Manfred Eigen, premio Nobel en 1967, según la cual
la secuencia de los acontecimientos fue la siguiente: primero, los ácidos nucleicos,
después, las proteínas y finalmente la célula, aunque también haya sido posible una
aparición simultánea y complementaria.
LA ALTERNATIVA DEL ESPACIO
Existe una alternativa importante a todo lo expuesto anteriormente, y es la
alternativa espacial. Darwin, en su obra "El origen de las especies", escribía:
"...debemos admitir también que todos los seres organizados que viven o que han
vivido sobre la Tierra, pueden descender de una única forma primordial"...una
especie de bacteria primitiva básica.
Para algunos científicos de finales del siglo XIX, esa primera bacteria tenía su
origen en el espacio. La idea de que la Tierra fue fecundada por microorganismos
procedentes del espacio empezó a desarrollarse a partir de 1865 por parte del
biólogo alemán Hermann Richter; según él, la vida está presente en todo el
Universo bajo la forma de gérmenes de microorganismos, a los que llamó
cosmozoarios. Los meteoritos que continuamente impactan en la Tierra
transportarían los cosmozoarios, que una vez en el planeta, se desarrollarían en
condiciones favorables.
El químico sueco Svante Arrhenius (1859-1927) retomó la idea de Richter dándole
una forma más elaborada: la teoría de la Panspermia, publicada en 1906. Según
esta teoría, la vida es transportada en el espacio bajo la forma de esporas,
organismos vivos microscópicos, impulsadas por la presión de la radiación estelar.
Esta teoría no responde a la pregunta fundamental: ¿cuál fue el origen de esas
esporas extraterrestres? Lo que sí es cierto es que en los últimos años se han
descubierto más de un centenar de moléculas orgánicas en las densas nubes que
separan las estrellas. La siembra de esas moléculas en nuestro planeta,
transportadas por meteoritos, pudieron proporcionar una parte de los materiales
orgánicos indispensables para la evolución biológica. Así mismo, los impactos de
cometas también han podido sembrar la Tierra de materiales orgánicos, y facilitar
de esta manera la aparición de la vida en el planeta al aportar diversos
constituyentes importantes en la evolución.
Más radical se muestra Fred Hoyle, que junto a Chandra Wickramasinghe, de la
Universidad de Cardiff, retorna a la Panspermia, afirmando que resulta un proceso
inútil buscar el origen de la vida en la propia Tierra, puesto que se ha formado en
alguna parte del espacio interestelar. Estos dos astrofísicos han observado las
nubes de materia que separan las estrellas, desde el infrarrojo al ultravioleta,
afirmando haber identificado sistemas vivos. Así mismo afirman que nuestro
planeta ha recibido y recibe continuamente microorganismos, incluso virus, de los
impactos de cometas y meteoritos, lo que habría sido el origen de las distintas
epidemias sufridas por la Humanidad a lo largo de los siglos.
Javier de Lucas
javier@javierdelucas.es
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