EL COMIENZO DE LOS TIEMPOS

¿Qué tal estáis? ¿Os gustó la primera parte de la trilogía?

Espero que sí. Y si no, me da igual… En esta segunda parte van a pasar cosas muy interesantes, así que, continuamos con la saga:

¿Quién no se ha preguntado alguna vez cómo pudo aparecer la vida (y, en consecuencia, la química de la vida), cuando el planeta acababa de formarse, siendo este yermo e inhóspito?

Para poder encontrar la respuesta a esto, comenzaron las indagaciones todos aquellos que no se conformaban con cualquier explicación relacionada con la magia o la fantasía de las mitologías antiguas y modernas.

Cuando el universo que conocemos se formó, entre otras de las cosas que se generaron, se encuentra nuestro sistema solar. Y dentro de este, los distintos planetas, planetoides y satélites que conocemos, junto con el Sol.

La Tierra, al formarse a base de agregaciones de rocas que colisionaban entre ellas, fue adquiriendo más y más calor debido a la energía que se liberaba por cada choque.

Y como es normal deducir, llegó a subir tanto la temperatura que, en aquellos tiempos, nuestro planeta llegó a convertirse en una especie de esfera de lava incandescente.

Con tanto calor, sería bastante complicado que cualquier tipo de vida pudiese aparecer. Incluso conociéndose microorganismos que gustan de vivir en lugares en los que la temperatura supera los 100ºC (la temperatura a la que suele hervir el agua), las condiciones del planeta por aquel entonces debieron ser más que inhóspitas.

Pero en vez de microorganismos pululando por ahí, lo que sí debió de haber son un montón de moléculas que pudieron ser las precursoras de otras tantas que, a día de hoy, están presentes en todo bicho viviente.

Llegados a este punto, debo puntualizar que de lo que os voy a hablar es sobre una de las hipótesis que proponen la aparición de las moléculas biológicas (y en última instancia, de la vida) a partir de la materia inorgánica. Y a esta hipótesis se le denomina como Abiogénesis.

Hipótesis sensatas, hay más, pero de momento nos quedaremos con esta. No adelantemos acontecimientos; que para eso estamos en medio de la trilogía.

Pero primero debemos pensar que, de entre todos los elementos químicos que existen en el universo, el hidrógeno es el más común. Es el elemento más sencillo y simple que se conoce. Y este, tiene una gran facilidad para asociarse con otros elementos y formar compuestos químicos algo más complejos. Desde el agua, hasta cualquiera de las moléculas biológicas que vimos en anteriores ocasiones.

Partiendo de esta base, cuando la Tierra comenzó a formarse, no es nada descabellado suponer que, junto a otras sustancias químicas, existían ciertas cantidades de carbono, nitrógeno, oxígeno, etc.

Si tenemos en cuenta lo dicho respecto al hidrógeno, cuando este se combina con el oxígeno, tenemos agua (H2O). Si el hidrógeno se combina con el carbono obtendremos metano (CH4), butano (C4H10), y otros compuestos basados en el carbono (también llamados compuestos orgánicos) que pueden ser, y son, precursores de muchas moléculas biológicas. Aunque para que esto sea así, también se combinan con el oxígeno (la glucosa – C6H12O6 – es un ejemplo que vimos ya).

Si, además, introducimos al nitrógeno, este combinado con el hidrógeno forma amoníaco (NH3). Compuesto que puede ser un buen punto de partida para empezar a crear aminoácidos (aquellos ladrillitos que forman las proteínas).

Tampoco podemos olvidarnos del dióxido de carbono (combinación de un átomo de carbono con dos de oxígeno – CO2 -), compuesto que usan las plantas durante la fotosíntesis para poder generar su propio alimento.

los-cinco

Aquí os presento, en una de las varias formas en que se pueden representar las moléculas, a los cinco ingredientes primigenios de los experimentos a los que me referiré. De izquierda a derecha: dióxido de carbono, amoníaco, metano, agua e hidrógeno molecular.

Pues bien, podría parecer que, con estos compuestos relativamente sencillos y que se forman de manera espontánea, tendríamos los ingredientes perfectos para la formación de moléculas biológicas de tanta importancia como proteínas (los componentes principales son carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno), o ácidos nucleicos (para estos, al margen de los mencionados en las proteínas y los azúcares, también se necesita fósforo).

De tal modo que podría decirse que, con bastante probabilidad, cuando la tierra estaba lo suficientemente fría habría una gran cantidad de agua (tanto en forma de vapor, como líquida), metano, dióxido de carbono y amoníaco (estos tres últimos quizá combinados en parte con otros elementos, o en sus formas con carga eléctrica – iones -). Seguro que habría muchos más tipos de moléculas relativamente sencillas y no directamente relacionadas con la vida; pero quedémonos con estas cuatro.

Sumemos también a este hecho que, habiéndose calculado la antigüedad del planeta en torno a los 5.500 / 6.000 millones de años, pudo haber tiempo suficiente como para que estas combinaciones químicas se produjesen al ritmo que fuese.

Pero esto no se queda en el campo de la especulación, sino que hace ya más de 60 años consiguió demostrarse que estos compuestos pueden formarse de forma azarosa en la naturaleza sin necesidad de ningún ente biológico externo, y ni mucho menos, un diseñador mágico.

Veamos algunos de los experimentos más notables y famosos que demostraron que no se necesita nada más que “dejar hacer” a la naturaleza.

Por cierto, se me olvidó mencionar que, para que una reacción química ocurra, suele ser necesario que exista un aporte de energía. Es verdad que dentro de cualquier organismo esta energía la proporcionan moléculas como el ATP (que ya vimos en el capítulo anterior), u otras como el NADPH.

Pero como estamos tratando sobre la creación de moléculas de forma abiótica (es decir, sin mediación de ningún organismo vivo), esta fuente de energía bien podría ser la energía de un rayo, la luz ultravioleta (los famosos rayos UVA), la energía térmica despedida por el magma incandescente de la tierra, o la descomposición radiactiva de algunos isótopos.

Y ahora, vamos allá:

Cuándo: década de 1940.

Quién: Calvin, quien descubriese el mecanismo que permite a los vegetales producir alimento a partir de dióxido de carbono (lo que se denomina como fotosíntesis).

Ingredientes de partida: agua (H2O) en forma de vapor y dióxido de carbono (CO2).

Fuente de energía: la energía que despiden los isótopos radiactivos cuando se desintegran.

¿Qué ocurrió?: al cabo de muy poco tiempo aparecieron algunas moléculas orgánicas simples, pero mayores y más complejas que las originales, como formaldehído (HCHO) y ácido fórmico (HCOOH).

formico-y-formaldehido

Izquierda: formaldehído. Derecha: ácido fórmico.

Cuándo: 1953.

Quién: Miller y Urey.

Ingredientes de partida: amoníaco (NH3), metano (CH4), hidrógeno (H2) y vapor de agua (H2O).

cuatro

Fuente de energía: un generador de chispas eléctricas (como si fuesen mini-rayos).

¿Qué ocurrió?: en cosa de una semana se sintetizaron moléculas orgánicas un poco más complejas que las que Calvin consiguió sintetizar. Entre otras eran ácido acético (CH3COOH), ácido glicólico (HOCH2COOH), ácido láctico (CH3CHOHCOOH), ácido cianhídrico (HCN), urea (NH2CONH2) y dos aminoácidos diferentes (los dos más simples; a saber, glicina y alanina).

los-siete-de-miller

Algunos de los productos obtenidos; comprobad lo similares que son químicamente hablando. De izquierda a derecha, y de arriba a abajo: ácido acético, ácido glicólico, ácido láctico, ácido cianhídrico, urea y los dos aminoácidos glicina y alanina.

Cuándo: a partir de 1953.

Quién: Abelson.

Ingredientes de partida: siguiendo la línea de investigación de Miller, y partiendo de compuestos similares, o incluso de alguno de los productos sintetizados por aquel. Las utilizó en forma de gases.

Fuente de energía: descargas eléctricas.

¿Qué ocurrió?: con tal de que partiese de moléculas que contuviesen átomos de carbono, se hidrógeno, de oxígeno y de nitrógeno, siempre se formaban aminoácidos de la clase que se encuentra en las proteínas.

Pinchad aquí para ver los 20 aminoácidos que suelen componer las proteínas.

Cuándo: 1959.

Quién: Groth y von Weyssenhoff.

Ingredientes de partida: prácticamente los mismos que los investigadores anteriores.

Fuente de energía: luz ultravioleta.

¿Qué ocurrió?: ocurrió que, efectivamente, también seguían produciéndose aminoácidos, entre otros productos.

Cuándo: 1961 – 1962.

Quién: Oró (habéis adivinado; fue español).

Ingredientes de partida: los mismos productos usados por Miller (metano, hidrógeno, amoníaco y vapor de agua), más ácido cianhídrico. También usó formaldehído, en 1962 en otro experimento como otra materia prima.

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Fuente de energía: descargas eléctricas.

¿Qué ocurrió?: en 1961 consiguió que se sintetizasen solitos aminoácidos que, además, se habían unido tal y como lo hacen en las proteínas dentro de los seres vivos (evidentemente no sintetizó proteínas complejas, sino cadenas de aminoácidos cortas, denominadas polipéptidos). También consiguió obtener adenina; que forma parte de una familia de moléculas llamadas purinas, y algunas de ellas son los componentes principales de los ácidos nucleicos como el ADN, ARN, ATP…

multiples-polipeptidos

Un ejemplo de polipéptido. Para que puedan ser denominados proteínas, los polipéptidos tienen que estar compuestos de, como mínimo, entre 100 a 200 aminoácidos.

adenina

A la izquierda, una molécula de adenina. A la derecha está marcado el lugar que ocupa dentro de esa porción de molécula de ADN.

En 1962, usando formaldehído de la misma manera, obtuvo dos tipos de azúcares: la ribosa y la desoxirribosa. Otros dos de los componentes fundamentales del ARN y ADN, y de hecho estos azúcares les dan parte de su nombre (ARN = Ácido Ribonucleico y ADN = Ácido Desoxirribonucleico).

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Arriba una molécula de ribosa (a) y otra de desoxirribosa (b). Y de nuevo, abajo, el lugar que ocupa en este caso la desoxirribosa en la molécula de ADN.

Cuándo: 1963.

Quién: Ponnamperuma, Mariner y Sagan.

Ingredientes de partida: adenina, ribosa y fosfatos (es un ácido con fósforo).

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De izquierda a derecha: adenina, ribosa y ácido fosfórico (que, disuelto en un medio biológico, se torna en fosfato).

Fuente de energía: luz ultravioleta.

¿Qué ocurrió?: consiguieron que se uniesen, formando adenosina; compuesto que, de nuevo, forma parte de los ácidos nucleicos. Y cuando añadieron los fosfatos, obtuvieron ácido adenílico; que no es otra cosa que uno de los nucleótidos que constituyen el ADN y ARN, por ejemplo.

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En la imagen de arriba, rodeado en rojo, la parte de la molécula llamada adenosina. Y en azul, el ácido adenílico. Abajo se muestra la posición del ácido adenílico dentro del ADN.

Cuándo: 1965.

Quién: Ponnamperuma.

Ingredientes de partida: nucleótidos aislados (como el ácido adenílico del que hablamos arriba).

Fuente de energía: luz ultravioleta.

¿Qué ocurrió?: consiguió formar cadenas cortas de nucleótidos, acercándose así a estar más cerca de la síntesis de, por ejemplo, ADN. También pudo producir ATP, otro nucleótido del que hemos hablado anteriormente.

Cuándo: 1958.

Quién: Fox.

Ingredientes de partida: aminoácidos sueltos.

Fuente de energía: calor.

¿Qué ocurrió?: damos un pequeño paso atrás en el tiempo. Este buen hombre descubrió que, al aplicar calor a una mezcla de aminoácidos sueltos, estos se unían formando cadenas más largas y ligeramente más parecidas a las proteínas que hay en los seres vivos. Les denominó proteinoides. Es decir, consiguió moléculas más grandes que las de Oró en 1961.

Cuando la disolución en agua se enfrió, también vio que estos proteinoides se agrupaban en pequeñas esferas de un tamaño tan grande como el de algunas bacterias. Y a estas agrupaciones las denominó microesferas.

Cuándo: 1966.

Quién: Hodson y Baker.

Ingredientes de partida: pirrol y formaldehído.

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Izquierda: pirrol. Derecha: formaldehído.

Fuente de energía: calor.

¿Qué ocurrió?: tras calentar esta mezcla durante sólo tres horas, consiguieron que se formasen compuestos de porfirina. Estos son compuestos muy importantes, ya que son parte fundamental de la hemoglobina y de la clorofila. La una permite el transporte del oxígeno a los órganos del cuerpo animal, y la otra permite a los vegetales realizar la fotosíntesis.

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Dos ejemplos clásicos de compuestos de porfirina.

 

Seguramente se hayan realizado muchos más experimentos que demuestran que de la “nada” se puede comenzar a producir cosas que están presentes en los seres vivos. Son casos que demuestran que, existiendo los ingredientes más simples y abundantes, más un aporte de energía del exterior (que la hay a raudales), se puede crear al menos, precursores de la vida de forma espontánea.

Y si estas personas consiguieron comprobarlo en cuestión de días, ¿qué no habrá podido ocurrir en un lapso de millones de años?

Estos que os he mencionado no son más que los ejemplos clásicos que podéis consultar en cualquier libro al alcance de todos.

Espero que os haya parecido emocionante asomaros algo más profundamente a esta historia. Pero aún queda camino por recorrer. Si queréis saber si pudo existir otra alternativa para la creación de la vida en nuestro planeta y las limitaciones que existen, no os perdáis la tercera parte.

Hasta pronto.

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Un comentario en “EL COMIENZO DE LOS TIEMPOS

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