Simulaciones prebióticas demuestran que los compuestos orgánicos estaban presentes en la joven Tierra

ADN

Para que la vida se iniciase, tuvo que haber una fuente de compuestos orgánicos en el entorno prebiótico. Ahora creemos que algunos de los compuestos fueron traídos a la Tierra en comentas, meteoritos y partículas de polvo, pero otros fueron sintetizados en la atmósfera, hidrosfera y condiciones volcánicas. ¿Cómo lo sabemos? Esta pregunta trae el importante tema de las simulaciones prebióticas. En una simulación, hacemos un conjunto de suposiciones sobre las condiciones locales de la joven Tierra, reproducimos esas condiciones en el laboratorio y llevamos a cabo experimentos para ver qué sucede. El resultado de los experimentos apoya un escenario plausible relacionado con el origen de la vida, o lo descarta. La plausibilidad, desde luego, es un juicio emitido por el experimentador, por lo que la interpretación de las simulaciones puede llevar a controversia. Creo que en este punto deberíamos considerar todos los escenarios posibles, dado que estamos explorando una jungla y nadie sabe aún qué camino llevará a la comprensión del inicio de la vida. Cada experimento, sea un fracaso o un éxito, incrementa nuestro conocimiento sobre el terreno, y conforme exploramos ocasionalmente descubrimos grandes pistas. Hace cincuenta años, uno de tales descubrimientos transformó la investigación de los orígenes de la vida de la especulación a la sólida ciencia experimental.

A principios de la década de 1950, un joven estudiante graduado llamado Stanley Miller comenzó su investigación de doctorado en la Universidad de Chicago. Harold Urey era su director de investigación, y Urey ya había ganado el Premio Nobel por su descubrimiento del isótopo de hidrógeno llamado deuterio. También fue el primero en aislar el óxido de deuterio, o “agua pesada” abreviado como D2O. Urey sabía que los planetas exteriores tenían un alto contenido en hidrógeno, junto con agua, metano y amoniaco, y razonó que la Tierra habría tenido una atmósfera similar justo tras completar el proceso de formación planetaria. Miller decidió simular estas condiciones en el laboratorio encerrando una mezcla de gases en un gran matraz redondo. Como químico, sabía que no sucedería nada a menos que alguna forma de energía dirigiese las reacciones, por lo que eligió una chispa eléctrica para simular impactos de rayos.

Los resultados fueron espectaculares, e incluso hoy permanece como una piedra de toque de la investigación sobre el origen de la vida. El propio Urey era escéptico sobre el experimento y esperaba que los productos fuesen una burda mezcla que contuviese miles de compuestos. Tuvo parte de razón en lo de los mies, pero el inesperado resultado fue que varios de productos aparecieron como manchas púrpuras y azules en un papel cromatógramo cuando fueron rociados con nihidrina y calentados. Las manchas eran aminoácidos como la glicina, alanina y ácido aspártico. El año pasado, un reanálisis de algunas de las muestras originales de Miller con técnicas analíticas modernas demostraron que había presentes hasta diez aminoácidos distintos, siendo la mitad de los veinte aminoácidos que componen las proteínas de la vida actual.

El artículo de Miller causó sensación cuando fue publicado en Science en 1953. Demostró que las leyes de la química permitían que los aminoácidos se sintetizaran en condiciones prebióticas. Después de que el artículo de Miller rompiese el dique, se dedicó un gran esfuerzo a determina cómo podían sintetizarse otros monómeros de la vida bajo condiciones prebióticas. Por ejemplo, los ácidos nucleicos son polímeros compuestos de azúcares (ribosa para el ARN y desoxiribosa para el ADN), fosfatos y bases llamadas purinas y pirimidinas. Los fosfatos son componentes de ciertos minerales, por lo que es una suposición razonable que pequeñas cantidades de fosfatos estuviesen disponibles en el entorno prebiótico, pero ¿qué pasa con los azúcares y bases? Ya en 1861, Alexander Butlerow demostró que el formaldehído (HCHO) reaccionaba consigo mismo para producir cientos de carbohidratos distintos. La observación de Butlerow, ahora conocida como la reacción de la formosa, fue adoptada por los investigadores de la década de 1960 para explicar cómo los carbohidratos podían haberse convertido en componentes de la sopa prebiótica. El hecho de que se produzcan cientos de productos es un problema, dado que la ribosa, el azúcar requerido para producir el ARN, es sólo un componente menor de la mezcla. Sin embargo, recientemente se descubrió que la inclusión de borato en la mezcla mejoraba drásticamente la síntesis de la ribosa. Este tipo de agradable sorpresa constantemente surgen en la investigación de los orígenes de la vida, como los copos de oro en una olla de un buscador que apunta a una veta madre en algún lugar río arriba.

En 1960 otra simulación química produjo una gran sorpresa. John Oro, un talentoso químico orgánico que se había mudado recientemente a la Universidad de Houston, estaba interesado en un compuesto muy simple llamado cianuro de hidrógeno, o HCN. ¿Por qué el cianuro? Es un horrible gas tóxico, ¿no? Bueno, incluso aunque es tóxico para la vida actual, el cianuro pudo haber desempeñado un gran papel en la química que llevó al origen de la vida. La razón es que el HCN contiene un triple enlace entre C y N,y tal enlace lo hace altamente reactivo. Por ejemplo, el experimento de Miller funcionó debido a que las chispas eléctricas producen HCN, el cual reacciona con el formaldehido para formar aminoácidos. Lo que Oro encontró es que el cianuro también puede polimerizar consigo mismo de acuerdo a la siguiente reacción: 5 HCN -> H5C5N5.

La sorpresa fue que H5C5N5 es, de hecho, ¡adenina! Ésta es una de las cuatro bases del ADN y el ARN, y también está presente en todas las formas de vida como ATP, o adenosín-trifosfato, el cual suministra energía a la mayor parte de funciones celulares. De nuevo, una simple reacción química lleva a la síntesis de un componente primario de la vida. Tales descubrimientos dieron una mayor confianza a las expectativas de que pudiera comprenderse el origen de la vida, y también hicieron más plausible que la vida pudiera surgir en cualquier planeta que tuviese agua líquida, una fuente de energía y compuestos de carbono orgánico. Por esto es por lo que es tan apasionante que tengamos ahora claras pruebas de que nuestro planeta hermano Marte haya tenido una vez océanos superficiales. En los próximos 20 años, los róvers robóticos de Marte pueden descubrir pruebas de vida pasada allí, o incluso vida existiendo en las profundidades bajo la superficie donde aún puede quedar una fuente de energía y agua líquida.

Quiero insertar una dosis de escepticismo en este punto. No deberían concluir que grandes pilas de material orgánico fueron acumuladas por todos sitios en la joven Tierra. Lo que es cierto es que pequeñas cantidades de estos compuestos probablemente estuvieron disponibles, así como están en ciertos meteoritos. Por ejemplo, junto con aminoácidos, se han encontrado trazas de adenina en el meteorito Murchison (~1 ppm, o partes por millón, equivalente a un microgramo por gramo de meteorito) y pequeñas cantidades de azúcares simples y fosfatos que también han sido detectados. El hecho de que tales componentes se sintetizaran en los asteroides a partir de los que se derivan los meteoritos carbonáceos añade peso al argumento de que reacciones similares podrían haber tenido lugar en la joven Tierra. En mi próxima columna discutiré la síntesis prebiótica de largas cadenas de ácidos y alcoholes, las cuales son componentes esenciales para las membranas requeridas para el origen de la vida celular.


Autor: Dave Deamer
Fecha Original: 9 de mayo de 2009
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Comments (3)

  1. AlphaFreak

    Una pequeña puntualización: el tal “John Oro” al que se refiere el artículo, es en realidad Joan Oró (http://es.wikipedia.org/wiki/Joan_Oró), bioquímico catalán, que posteriormente participó en diversos programas de exploración en la NASA (Apollo y Viking).

  2. Turok

    Bien pudiera ser que cuando empezemos a escarbar en Marte nos llevemos notables sorpresas.Podría haber habido algúna forma de vida allí y podríamos incluso acercarnos a cuestiones sobre orígenes de la vida en la Tierra.Tambien podriamos averiguar si allí hubo algún tipo de cambio climático más o menos brusco que nos pudiera servir como como pauta para averiguar más sobre nuestro propio futuro climático.Este tipo de estudios sobre origenes son la clave para encontrar el santo grial de la transición de la materia inanimada a la dinámica autoconsciente.

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