Un par de equipos de investigadores nos dan nuevas pistas sobre cómo y por qué podría haber surgido la vida.Pocas cosas son más interesantes y tan difíciles de saber como el origen de la vida. Desde que hace ya décadas, gracias al experimento de Miller y Urey, sabemos que es fácil conseguir los bloques orgánicos constitutivos de las moléculas de la vida. Incluso recientemente un análisis de las muestras dejadas por Miller procedentes de experimentos realizados en los cincuenta desveló alguna sorpresa. En esa época Miller realizó unos experimentos con una mezcla de gases similares a los gases volcánicos, pero no se sabe por qué no publicó nada al respecto. El análisis realizado en 2008 realizado con máquinas modernas, revelaba que se formaron 22 aminoácidos (bloques que forman las proteínas), 5 aminas y muchas otras moléculas formadas por radicales hidroxílicos.
Pero el paso siguiente, conseguir una molécula que porte información y se autorreplique es mucho más difícil. Al igual que los pasos que se dieron después hasta conseguir la primera célula.
Quizás no dispongamos de los cientos de millones de años que uso la Naturaleza o de un laboratorio de tamaño planetario repleto de moléculas orgánicas. Sin embargo, se sigue investigando en el tema. No es fácil describir los innumerables pasos que fueron necesarios, pero la descripción de alguno de ellos o la descripción de las reglas básicas detrás de todos ellos quizás sí sean útiles. Un par de equipos de investigadores nos dan nuevas pistas sobre cómo y por qué podría haber surgido la vida. En el primer caso desde el punto de vista experimental y en el segundo desde el punto teórico más básico.
Se cree que la primera molécula autorreplicante consistiría en ARN, pero no se sabe cómo podría haber evolucionado hasta tener un significado biológico. El equipo de Ernesto di Mauro del Istituto Pasteur-Fondazione Cenci-Bolognetti ha realizado un experimento que intenta responder la pregunta de cómo las moléculas orgánicas primitivas de ARN se ensamblaron para producir los cimientos de la vida. Concretamente, cómo unos trozos se fueron juntando hasta obtener una molécula de ARN con relevancia biológica.
El ARN crece mediante la adición de una nueva base a uno de los extremos de manera encadenada, pero el problema es que en aquella época no había enzimas que catalizaran esta reacción. Aunque el ARN puede crecer desde tamaños pequeños sin la presencia de enzimas lo hace de una manera tan lenta que nunca alcanza una longitud lo suficientemente larga. Además, sus extremos pueden unirse entre sí e impedir que se añadan más bases. Estos investigadores se plantearon si habría algún mecanismo que superara esta barrera termodinámica. Para ello cultivaron pequeños fragmentos de ARN en agua a diferentes temperaturas y grados de acidez.
Encontraron que bajo condiciones favorables, consistentes en una temperatura por debajo de 70 grados centígrados y un medio ácido, trozos de ARN de entre 10 y 24 bases se ensamblaban espontáneamente en el transcurso de 14 horas. Los fragmentos eran de doble hebra con los extremos unidos entre sí y no tenían el mismo tamaño, situación similar a la que se encontraría en el medio natural. Además, vieron que la reacción era más eficiente cuando mayor era el tamaño de los fragmentos hasta que decaía cuando se alcanzaban las 100 bases.
Esta fusión espontánea podría ser un sistema simple mediante el cual el ARN superó la barrera inicial para crecer y así adquirir un tamaño con relevancia biológica, de unas 100 bases. A partir de ese tamaño las moléculas de ARN pueden ser funcionales y plegarse en estructuras tridimensionales.
En otro estudio reciente Arto Annila de la Universidad de Helsinki y Erkki Annila del Instituto de Investigación de los Bosques Fineses dan pistas sobre las fuerzas termodinámicas que pudieron determinar el origen de la vida.
Todos los organismos están compuestos por moléculas que se ensamblan gracias numerosas reacciones químicas. Según el calor fluye de los focos cálidos a los fríos la termodinámica nos dice que estas moléculas obedecen la tendencia natural de disipar la diferencia de energía. Por tanto, las reacciones que se favorecen son las que disminuyen la energía del sistema hasta que se alcanza el estado estable o equilibrio químico.
Aunque estos autores no especifican las reacciones químicas implicadas que dieron origen a la vida, explican que las moléculas implicadas sufrieron una serie de reacciones cada vez más complejas para así minimizar la diferencia de energía entre la materia terrestre y la energía procedente del Sol. Eventualmente el proceso avanzó tanto que dio lugar a las estructuras funcionales sofisticadas que llamamos seres vivos.
Según los autores la idea más importante del estudio es no hacer la distinción entre materia animada e inanimada, y que los procesos de la vida no son diferentes de otros procesos naturales.
El estudio fue publicado en International Journal of Astrobiology y en él se considera que la sopa primordial contenía los elementos básicos que reaccionaban entre sí y con una fuente externa de energía como el Sol. Los compuestos obtenidos formaban sistemas químicos que iban ensamblándose entre sí, prosperando los que capturaban y distribuían más y mejor la energía solar en busca del estado estable, en una suerte de selección natural. El proceso evolutivo no era (ni es) determinista, siendo incluso caótico, ya que los flujos de energía crean diferencias de energía que afectan los propios flujos.
Gracias a las variaciones al azar se conseguían compuestos novedosos que podían emerger del sistema primordial. Algunos de esos compuestos podrían haber sido excepcionalmente buenos creando flujos de energía, permitiendo al sistema disipar diferencias de energía de forma más eficiente y alcanzar altos niveles de entropía. Este tipo de compuestos ventajoso podrían haber ganado la competición sobre los demás en el periodo de evolución química. Pero estos científicos afirman que identificar estos compuestos será muy difícil. Explican que su estudio pretende explicar por qué surgió la vida pero no cómo lo hizo.
Según ellos lo más relevante es el hecho de que la tendencia física a disipar diferencias de energía no distingue entre materia animada de la inanimada. El orden y complejidad que caracteriza los sistemas biológico modernos no tiene valor por sí mismos, sino que su estructura y organización jerárquica emergió y se desarrollo porque proporcionaba modos hacia un aumento del flujo de energía.
Como ejemplos los investigadores citan el código genético, que podría haber servido como mecanismo de aumento de la entropía, aumentando el flujo de energía hacia un aumento de la entropía. Los organismos complejos actuales tienen un metabolismo celular que es otro sistema que aumenta la entropía y disipa energía en el ambiente. La cadena alimenticia de un ecosistema sería otro ejemplo.
La vida sería una cosa natural que emergería simplemente para satisfacer leyes de la Física básica. Por así decirlo, nuestro propósito como seres vivos sería distribuir la energía sobre la Tierra, energía proveniente de la gran diferencia de energía potencial entre el Sol y el frío espacio. Los organismos evolucionan por selección natural, pero a un nivel más básico la selección natural estaría dirigida por un principio termodinámico: aumentar la entropía y disminuir las diferencias de energía.
Los procesos naturales a partir de los cuales la vida emerge son los mismos procesos que mantienen a la vida funcionando en todas las escalas temporales. Desde el punto de vista termodinámico no habría un momento especial a partir del cual la vida surgió y no habría forma de distinguir el momento en el cual se paso de la materia inanimada a la animada.
Arto Annila añade que la búsqueda de un momento concreto para el origen de la vida parece un intento fútil porque la vida en su totalidad es un proceso natural que, según la segunda ley de la termodinámica, no define un comienzo. “Preguntar cómo comenzó la vida sería lo mismo que preguntar cuándo y dónde el primer soplo de viento que agitó la superficie de una laguna”, añade.
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