Sergio Escamilla
Ya sabemos qué ingredientes necesitamos para que al menos pueda existir una química prebiótica. Pero, ¿existieron estos bloques básicos en la Tierra primigenia?
La Tierra se creó alrededor de hace 4500 millones de años (Halliday and Able, 2006). Tras enfriarse pudo haber un período de tranquilidad en el que quizás pudo haberse generado una forma de vida primigenia, pero entre hace 4000 y 3850 millones de años se produjo el llamado gran bombardeo tardío, una lluvia de meteoritos que probablemente aniquiló cualquier forma de química prebiótica o biótica que pudo haber surgido (aunque quizás perdurase). Esa gran lluvia de meteoritos se debió a que Júpiter varió su órbita acercándose al Sol, lo que modificó la trayectoria de múltiples objetos del cinturón de asteroides impulsándolos hacia los planetas interiores (Montmerle et al., 2006; News, 2018).
Las condiciones atmosféricas eran radicalmente distintas a la que existen hoy. De hecho, no podríamos vivir en ellas (Zahnle, Schaefer and Fegley, 2010). Hace 3850 millones de años había agua líquida en la Tierra, según evidencian los estromatolitos (se consideran uno de los primeros fósiles, luego hablaremos de ellos). Pero la actividad solar entonces era un 25-30% menor que la que hay ahora (Spalding and Fischer, 2019). Según las predicciones, toda el agua debería estar congelada por aquel entonces, por lo que probablemente hubiera un grandísimo efecto invernadero, lo que nos lleva a preguntarnos de qué estaba compuesta la atmósfera.
Se cree que la atmósfera primitiva estaba compuesta por gases reductores, esto es, gases compuestos por mucho hidrógeno. Algunos de los compuestos eran hidrógeno, metano, amoniaco. No había rastro de oxígeno molecular. Los gases livianos, como hidrógeno y helio, salieron al espacio por su bajo peso y arrastrados por el viento solar, mientras que el amoniaco y el metano disminuirían debido a la fotólisis (proceso de degradación inducido por la radiación solar). Al mismo tiempo, la alta actividad volcánica iría llenando la atmósfera de gases como el CO2, el CO, agua o nitrógeno. Se cree que la concentración de CO2 era 100.000 veces superior a la actual, lo que explicaría el gran efecto invernadero comentado antes. Aunque según expertos, aún haría falta otros gases más para explicar el gran efecto invernadero necesario, como el agua, el cual fue llegando al planeta en forma de cometas, además de ser también expulsada en forma gas mediante volcanes (Zahnle, Schaefer and Fegley, 2010).
Entonces, ¿es posible que teniendo en cuenta estas condiciones pudieran aparecer los compuestos necesarios, aunque no suficientes, que necesitamos para el origen de la vida, esto es: monómeros como los ribonucleótidos y aminoácidos y ácidos grasos?
¿LA VIDA SE GENERÓ EN UNA SOPA O EN UNA PIZZA?
El pionero en esta rama de intentar obtener compuestos relacionados con la vida simulando las condiciones de la Tierra primigenia fue Stanley Miller. En la década de 1950, este joven investigador, con sólo 22 años, recreó en un mítico experimento las condiciones de la atmósfera primigenia, introduciendo en un recipiente vapor de agua, metano, hidrógeno y amoniaco. Sometió a la mezcla a descargas eléctricas, simulando los rayos de las tormentas, y obtuvo varios aminoácidos. (Stanley L. Miller, 1953).
Aunque hoy se sabe que las condiciones de partida no eran exactamente las de la Tierra primigenia, se inauguró un nuevo campo de experimentación que ha traído un enorme abanico de monómeros, como casi todos los aminoácidos y todos los ribonucleótidos, y de otras moléculas, incluidos los ácidos grasos y azúcares, que consideramos imprescindibles para la formación de vida. A este conjunto de moléculas disueltas en un medio acuoso lo llamamos la sopa primordial (Saladino et al., 2018).
Debido a los problemas a los que se estaba llegando con la sopa primordial, entre ellos el problema de la polimerización de los monómeros en disolución, surgió la inclinación de pasar de la sopa a la pizza. A finales de los años 1980, un trabajador alemán de la oficina de patentes, Günter Wächtershäuser, crea una nueva hipótesis: la cuna de pirita. Según esta hipótesis los primeros organismos surgieron a partir de una química prebiótica dependiente de superficies de pirita. Este mineral posee carga positiva, por lo que atrae a la mayoría de los metabolitos, como los nucleótidos, que tienen carga negativa. Estos organismos carecerían de genoma y de envoltura. Un escenario de este tipo serían las fumarolas, chimeneas hidrotermales del fondo marino. Mediante este tipo de metabolismo se puede explicar teóricamente cómo, mediante una serie de reacciones químicas, se puede fijar CO2 en moléculas orgánicas, prescindiendo de enzimas y coenzimas (Wächtershäuser, 2007).
Hoy en día el problema de la polimerización ha progresado en cierta medida, siempre apoyándose en la función catalítica de ciertas superficies. El papel de los silicatos como algunas arcillas o la pirita podría haber sido importante. Otro posible escenario es la interfaz hielo-agua, en el que los monómeros se quedarían adheridos al hielo, facilitando la polimerización. Por otro lado, en los aerosoles (partículas sólidas o líquidas suspendidas en un gas) se concentran los monómeros en una capa muy fina, facilitando la polimerización. Mediante métodos de este tipo se han conseguido polímeros de hasta 100 nucleótidos y péptidos de 20 aminoácidos, eso sí, con secuencia aleatoria (Lambert, 2008; Deamer and Weber, 2010; Hazen and Sverjensky, 2010; Cleaves et al., 2012; Kitadai and Maruyama, 2018).
En cuanto a la síntesis de los ácidos grasos necesarios para la formación de membranas, se sabe que pueden formarse en las surgencias hidrotermales del fondo marino, conocidas como fumarolas o chimeneas, a partir de CO2 e hidrógeno (Deamer, 2017).
El consenso es que el origen de la vida más probable sería que los monómeros y otras moléculas necesarias se fueran sintetizando, bien en aguas superficiales, un escenario óptimo para la formación de nucleótidos, o bien en las surgencias hidrotermales del fondo marino, como los ácidos grasos y los aminoácidos, que éstos monómeros se fueran polimerizando, bien en superficies de pirita u otras arcillas o bien en otras superficies que ayudaran a la polimerización como interfaces hielo-agua, y que por último, todos estos componentes se pusieran en contacto mediante corrientes marinas o mediante otro método (Lazcano and Miller, 1996; Lambert, 2008; Deamer and Weber, 2010; Andrulis, 2011b; Cleaves et al., 2012; Cleaves, 2013; Higgs and Lehman, 2015; Deamer, 2017; Kitadai and Maruyama, 2018).
PANSPERMIA
La hipótesis de la panspermia hace referencia a que la vida se originó fuera de la Tierra y que llegó a nuestro planeta mediante un meteorito o cometa. Aunque las altas temperaturas que se alcanzan cuando material entra a la atmósfera comprometería cualquier ser vivo, la hipótesis podría ser cierta, ya que la vida podría haber estado en el interior de un trozo de material lo suficientemente grande. El modelo más aceptado dentro de este marco sería que la vida se pudo haber originado en Marte y mediante una colisión se desprendió material que pudo haber acabado en nuestro planeta. Sin embargo, no hay ninguna evidencia experimental que lo apoye.
Pero otro tipo de panspermia sí se ha comprobado: la panspermia molecular. Este término hace referencia a que las moléculas básicas para el origen de la vida, como aminoácidos, nucleótidos y ácidos grasos, han llegado a la Tierra en meteoritos o cometas. Al contrario que la hipótesis anterior, ésta sí está comprobada experimentalmente (Mcnichol et al., 2012). Probablemente uno de los casos mejor estudiados es el meteorito Murchison. Caído en Australia en 1969, este meteorito proveniente del cinturón de asteroides contenía numerosas moléculas orgánicas, entre ellas algunas relacionadas con la vida, como diversos aminoácidos. En 1985 el grupo del bioquímico estadounidense David Deamer extrajo una muestra de material apolar del meteorito y, tras ponerla en disolución acuosa, obtuvo micelas, estructuras que podrían haber servido como envolturas para los primeros seres vivos (Montoya-Herrera, 1988).
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