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martes, 23 de junio de 2020

El origen de la música de la vida: polvo de estrellas - Patricia Sánchez Pérez

2.1
El origen de la música de la vida: polvo de estrellas.
Una voz en la fuga cósmica.




Somos polvo de estrellas” decía Carl Sagan cuando hablaba sobre las estrellas y el universo. Todo está hecho de átomos y esos átomos llevan en el universo desde tiempos inmemorables. Pero, ¿cómo unos átomos pueden ser esenciales para la vida? ¿Cómo se genera vida? ¿Qué es la vida?
Al igual que la música está compuesta por notas, la vida se compone de átomos que reaccionan entre sí para dar una melodía, la melodía de la vida. Pero ¿qué es la vida? Calderón de la Barca respondía a esta pregunta en su libro “La vida es sueño” y escribía que la vida es “una ficción, una sombra, una ilusión, y el mayor bien es pequeño; que toda la vida es sueño, y los sueños, sueños son”. Pero, dejando a un lado la parte poética y filosófica de qué es la vida, podemos decir que la vida tal cual la conocemos en La Tierra se compone principalmente de carbono, además de otras moléculas orgánicas. Todas estas moléculas vendrían de la muerte de estrellas del universo, puesto que son comunes en todas las especies de seres vivos que encontramos en la Tierra, incluidos los virus (sin entrar en disputas sobre si se les consideran seres vivos o no). Las estructuras de carbono que se observan son como las notas de esa música viva y que dan lugar a lo que se conoce como ADN y ARN. Estas moléculas son la base para dar parte de la estructura, la partitura que dará la melodía final y que conocemos como las proteínas. Las proteínas desempeñan la función final en los seres vivos y hacen que podamos oír esa música de la vida.
Pero, ¿cómo unas moléculas aisladas en el espacio interestelar dieron “vida”? ¿Cómo ocurrió? En el espacio, las moléculas orgánicas o bien se forman en la superficie de granos de hielo o polvo espacial, o bien entre la reacción de moléculas que se encuentran en fase gaseosa. Pese a la inmensidad del espacio, estas moléculas se encuentran de manera abundante entre las nubes de gas y polvo estelar, de tal forma que “esa sustancia de la vida” está en todas partes. ¿Cómo pudo surgir entonces la vida en la Tierra? Muchas han sido las teorías y especulaciones sobre este posible origen, pero la mayoría no aportaban pruebas que las respaldaran. El primero en proponer una teoría para el origen de la vida de forma no espontánea fue Aleksandr Oparin. Oparin describió el nacimiento de la vida como una sopa primigenia, en donde se acumularon una serie de gases como metano, hidrógeno y amoniaco en el mar, el cual quedó altamente concentrado en compuestos orgánicos, a partir de los cuales surgió la vida. Posteriormente, en 1953 Stanley L. Miller y su director de tesis, Harold Clayton Urey, permitieron pasar del terreno de la especulación y la teoría de Oparin al ensayo en el laboratorio. Miller realizó un experimento en el que intentó imitar los océanos y la atmósfera primitivos de la Tierra en un recipiente de cristal, obteniendo mediante descargas eléctricas (simulando relámpagos) y luz UV (simulando los rayos solares), aminoácidos y moléculas orgánicas. De hecho, el propio Carl Sagan también realizó este mismo experimento en su laboratorio de Cornell. Al principio, el vaso era transparente, pero tras la reacción, un polvo marrón, similar al alquitrán, aparecía en su interior y contenía moléculas orgánicas que pudieron dar las primeras moléculas de la vida.

Experimento de Stanley Miller que simulaba la Tierra primigenia para el estudio de la síntesis prebiótica. Imagen bajo Licencia de CC. Autor: Reynés.

A pesar de que este pionero experimento de Miller-Urey fue una revolución en el mundo científico, esto no decía nada de cómo o dónde se fueron conjugando esas unidades simples hasta crear complejas estructuras moleculares y llegar así a LUCA, el primer antecesor común a todos los seres vivos de La Tierra o Last Universal Common Ancestor de sus siglas en inglés. Durante el último medio siglo, muchos autores han replicado estos experimentos y han llegado a obtener nucleótidos (bases del ADN y ARN) y aminoácidos en el laboratorio, pero ninguno ha conseguido que salga “reptando” del vaso de precipitados alguna criatura viva por muy microscópica que fuera. Esto es, se han conseguido en el laboratorio las notas esenciales y la partitura de la música de la vida por separado, pero no el conjunto de la melodía. Así pues, muchos investigadores han propuesto diversos escenarios que promovieran el origen de la vida. De hecho, en los últimos años se ha descrito que el mismo origen de la vida pudo darse en pequeños recovecos dentro del hielo glacial o entre fluidos ricos en sodio y framboides de magnetita, como se ha descrito recientemente en la revista PNAS por White et al. 2020 [1]. Esto podría haber dado lugar a la formación de aminoácidos y la posterior racemización, necesaria para la vida, así como a la aparición de unas promembranas que darían lugar a la primera protocélula. Cabe destacar que estos compuestos alcalinos se encuentran en meteoritos como las condritas carbonáceas, indicando que estos compuestos se encuentran también en el medio interestelar, lo que permite plantear que podría haber vida en otros lugares si se dan las circunstancias. En todos esos vasos de laboratorio sólo están las notas de la música de la vida, no la música en sí. Pero, ¿cómo pasar de moléculas simples a moléculas más complejas capaces de ensamblarse en la posición correcta? ¿Qué fue primero, la síntesis de aminoácidos o de nucléotidos (ADN/ARN)?
Hoy en día la teoría más aceptada para el origen de la vida es la hipótesis del ARN, en donde en esa sopa primigenia pudo surgir una molécula de base nitrogenada basada en el carbono con capacidad autorreplicativa, muy similar al ARN actual. De hecho, se sabe que algunas formas de ARN, denominadas ribozimas, tienen actividad enzimática, esto es, actúan como catalizadores de reacciones químicas y además, tienen la capacidad de autorreplicarse. Estas ribozimas son un componente esencial en los ribosomas, la estructura celular encargada de formar las proteínas. En 2009, Ada Yonath, premio Nobel de Química 2009, identificó mediante cristalografía la estructura y función del ribosoma [2, 3]. Tanto ella como sus colaboradores identificaron una estructura común a todos los seres vivos de la Tierra y que se encuentra dentro del ribosoma. Esta estructura podría tener algo que ver con esas primeras ribozimas primigenias que fueron capaces de pasar de una simple molécula de ARN a un sistema más complejo (proteína). Este descubrimiento consiguió identificar el posible mecanismo de traducción de la vida prebiótica/abiótica dentro de los ribosomas, a una vida que fue evolucionando, mientras se reproducía y competía por buscar estructuras más complejas que le ayudasen a sobrevivir mejor. Así, esas moléculas primigenias evolucionaron en el tiempo dando organismos complejos. Organismos que se adaptaron al medio y sufrieron modificaciones en su genoma que les llevaron a sobrevivir, a ser esa melodía recurrente que aunque pasen los años, siempre está ahí y nunca pasa de moda por mucho que se modifique y evolucione. De esta forma “la vida parece ser el comportamiento ordenado y reglamentado de la materia” como decía Schrödinger, aunque la vida corresponde a un sistema químico autosuficiente, capaz de experimentar una evolución de tipo darwinista como establece la NASA.
Tanto estos gases y materia orgánica que se encontraban en la Tierra primigenia como las fuentes de energía que dieron lugar a la melodía de la vida terrestre y todas sus variantes, también se encuentran en todo el Cosmos. La cuestión es cómo esa materia puede dar otras formas de vida distintas a las que conocemos en nuestro amado Planeta. Puede que, al igual que aquí en la Tierra y a lo largo de la evolución, exista una convergencia que haga que esas formas de vida, si las hubiera, tengan alguna característica similar a la que nosotros conocemos, puesto que es la única forma factible que permite la “vida”. Por supuesto, esa vida estaría condicionada a las condiciones físicas y químicas del planeta en cuestión y debería estar adaptada a ellas, de tal forma que también evolucionarían. Un ejemplo hipotético serían los pequeños seres microscópicos “hundientes” que imaginaba Carl Sagan en un tipo de planeta gaseoso como Júpiter, y que evolucionaron a gigantes de hidrógeno “flotantes” para aumentar su supervivencia y alimentarse del hidrógeno de las capas superiores del planeta.
En resumen, cualquier partícula o materia orgánica que pueda dar vida tiene que evolucionar también para lograr perdurar en el tiempo, si no desaparecerá. La verdad es que la evolución en sí no es tan sólo la teoría de Darwin, si no que es un hecho, un hecho que hace que ahora mismo en La Tierra existan distintas formas de “vida”, que comparten las mismas notas esenciales que dan voz a la melodía de la vida terrestre. Como bióloga (βιο /bio/ = vida y λόγία /logía/ = estudio) diré que sólo conozco un tipo de vida, la vida de la Tierra, aquella que es capaz de relacionarse y adaptarse al medio, evolucionar, reproducirse, crecer, tener metabolismo autosuficiente y autorregularse (homeostasis). Pero, con todas las moléculas orgánicas del universo creo que la “vida” que conocemos es tan sólo una pequeña voz en la fuga cósmica y estoy segura que hay más voces en el cosmos, esperando a ser escuchadas o identificadas. Al fin y al cabo “la naturaleza de la vida en la Tierra y la búsqueda de vida en otras partes son dos aspectos de la misma cuestión: la búsqueda de lo que nosotros somos” Carl Sagan.

Referencias:
[1] White, LF et al., (2020). Evidence for sodium-rich alkaline water in the Tagish Lake parent body and implications for amino acid synthesis and racemization.
[2] Agmon, I et al., 2009. Identification of the prebiotic translation apparatus within the contemporary ribosome. Nature Precedings. 4. https://doi.org/10.1038/npre.2009.2921.1


Patricia Sánchez Pérez.
Doctora en Biociencias Moleculares (UAM).


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