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.

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 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, 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 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.

¿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