En la medida que vamos conociendo la inmensidad del Universo, su origen, su complejidad y su dinámica; más importancia adquiere la pregunta acerca del origen de la vida y de nuestra presencia en el Universo (La afanosa búsqueda de nuestro origen).

¿Es que la emergencia de la vida es un proceso tan complejo que sólo ha sucedido una vez en la historia del Universo? Si la vida es casi un milagro, lo probable es que seamos los únicos en la inmensidad del Universo y sería irrelevante preocuparnos del cómo habría surgido.

Pero así como piensa el biólogo Belga, Christian de Duve, "la vida es un imperativo cósmico evolutivo y que debe surgir cada vez que se den las condiciones que se dieron en la Tierra", entonces el Universo debiera estar lleno de ella, en todas sus etapas de desarrollo, según fuera el tiempo transcurrido y los grados de permisividad en cada situación.

En tal caso debiéramos mirar nuestra propia existencia como parte natural e integral del proceso del desarrollo cósmico. Interesa entonces tratar de averiguar cómo surge la vida y cuáles son las fuerzas que impulsan su desarrollo. Pero como sucede siempre en la ciencia, "las opiniones alcanzan un alto grado de polarización cuando las evidencias son mínimas". En este caso, muy poco sabemos cómo comenzó la vida, y por lo tanto las opiniones son muy divergentes y polarizadas.


Definición de vida

Para elucubrar acerca del origen de la vida, primero debemos precisar que se entiende por "vida". ¿Una enzima que interviene en una reacción, está viva? ¿La suma de estructuras moleculares que forman un virus, permiten afirmar que éste posee la vida?

Podría pensarse que lo que distingue la vida de lo inerte, es la capacidad de reproducirse. En tal caso un virus tendrá vida, ya que si bien no puede reproducirse aisladamente, sí lo puede hacer en convivencia con una célula. Pero un solo conejo no tendría vida, sólo si hay dos conejos, un macho y una hembra, serían "vida". Cada uno por separado, estarían muerto.

Resulta obvio que el concepto de "vida" requiere una descripción más precisa para afirmar que una estructura orgánica está viva. En primer término, tiene que aceptarse que un organismo vivo debe "constituir una unidad organizada, que pueda desarrollar reacciones metabólicas, defenderse a sí mismo de las injurias, responder a estímulos y por lo menos ser un socio en la reproducción".

Pero más que una definición, que siempre deja resquicios, se hace necesario analizar los principios fundamentales que han hecho posible la implementación y desarrollo de la vida en nuestro planeta, dejando abierta la posibilidad que en otras partes podrían haberse desarrollado otros mecanismos para lograr la emergencia de la vida, que por ahora y en base a nuestros conocimientos, estarían más allá de nuestra imaginación.

Daniel Kochland del Departamento de Biología Celular de la Universidad de California, señala que el desarrollo de la vida en nuestro planeta, ha debido cumplir complejas etapas y en cada una de ellas adecuarse a principios bien definidos (Los siete pilares de la vida). Mirando el proceso retrospectivamente, cada una de ellas se puede analizar por separado.

1.- El organismo vivo puede ser capaz de desarrollar "un programa", entendiendo por tal un plan organizado, en que se combinaron en el tiempo, tanto la cinética como la interacción entre los diferentes ingredientes constitutivos. En el sistema de vida que surgió en la Tierra, este programa se implementó por el DNA. Allí ha estado inscrito el programa, que codifica los genes, y al mismo tiempo condiciona el traspaso del programa de generación en generación. Son los genes los que codifican las substancias químicas que realizan las reacciones del sistema vivo. Es el DNA el que guarda el programa y mantiene el sistema de vida que se desarrolló en la Tierra.

2.- La segunda necesidad es el desarrollo de "la capacidad de improvisación". Partiendo de la base que la vida del organismo debió desarrollarse dentro de un medio ambiente que no controlaba, tuvo que poseer un mecanismo de cambio y adaptación continúa del programa. Así por ejemplo, el medio ha pasado ya varias veces de un tiempo cálido a una edad del hielo. Si el programa no se hubiera adaptado a estas circunstancias, es probable que la vida no hubiese persistido. En nuestro sistema, estos cambios pudieron lograrse por mutaciones, más selección, que en conjunto han permitido optimizar el sistema frente a cada desafío ambiental.

3.- La tercera necesidad es la "compartamentalización". Todos los organismos vivos han debido confinarse en un volumen limitado, rodeados por una superficie que llamamos membrana o piel. De este modo se han mantenido los ingredientes necesarios para la vida, dentro de un volumen definido. Al mismo tiempo, constantemente se han debido mantener fuera de esos márgenes las substancias químicas deletéreas o tóxicas. A su vez, cada unidad viva, una célula, en su interior ha debido compartamentalizarse, para que se desarrollen ordenadamente los diferentes procesos de reacciones químicas que se suceden en forma continua e interdependientes. La especificidad de las reacciones así lo exigió. (Fig. 1)

4.- La cuarta necesidad que ha debido satisfacer, ha sido el abastecimiento continuo de "energía". La mantención de los procesos metabolizantes requirió de una fuente de energía. En la biósfera de la Tierra, la fuente original proviene del Sol. A partir de él, el sistema puede continuar indefinidamente, reciclando substancias químicas, en la medida que se aprovecha la energía del Sol. La primera utilización de la energía solar es por las plantas, las que contienen un pigmento de color verde; la "clorofila", que absorbe la energía solar, la que posteriormente se utiliza para convertir el CO2 atmosférico en glucosa, liberando al mismo tiempo oxígeno a la atmósfera (La energía para vivir proviene del Sol) y (La energía para vivir proviene de las Plantas) (Fig. 2).

5.- La quinta necesidad ha sido el desarrollo de un sistema que permita la continua "reparación" por el desgaste y las pérdidas termodinámicas de las reacciones químicas. Así por ejemplo, el músculo cardíaco de una persona normal palpita 60 veces por minuto, 3.600 veces en una hora, 1.300.000 veces al año y 92.000 millones a lo largo de la vida. Ningún material fabricado por el hombre es capaz de resistir sin colapsarse con tanto uso. Esa es la razón por la que un corazón artificial tiene un período de utilización tan corto. La célula del músculo cardiaco lo ha podido hacer porque logró resintetizar y reemplazar las proteínas constituyentes de su músculo, en la medida que se van degradando. Fue necesario desarrollar diversos mecanismos de reparación de daños. Lo mismo debió suceder aún en los organismos simples unicelulares, que han tenido que desarrollar su propio sistema de constante reemplazo y reparación (Cómo se defiende el DNA de las agresiones).

6.- La sexta necesidad que fue necesario desarrollar para mantener la vida, fue la de "reproducción". La constante reconstitución de proteínas y demás constituyentes de un organismo no es tan perfecta, ya que con el tiempo se acumulan errores que en conjunto llamamos `"la vejez", que sobrepasan la capacidad de reparación. De este modo el sistema vivo que se organizó en la Tierra, usó inteligentes trucos para perfeccionar el proceso, como es "el comenzar de nuevo". Una célula comienza de nuevo, dividiéndose (Escherichia coli). En el organismo multicelular, ello sucede tanto a nivel individual de las células, como a nivel del organismo entero. Con la muerte, reinicia el proceso, haciendo un "by pass" a la declinación producida por acumulación de errores, productos del funcionamiento continuo del proceso metabólico (La historia de la vejez).

7.- La séptima necesidad fue la "adaptabilidad", en el sentido de que el organismo vivo debió aprender del medio ambiente y mantener con él, un sistema constante de retro alimentación. Este consistió en el desarrollo de reacciones a nivel molecular. Son respuestas del sistema de vida que permite sobrevivir en ambientes que cambian rápidamente. Ya sean cambios ambientales, substancias tóxicas, riesgos diversos o nuevos predadores. Así también se ha adaptado el ojo, de modo que contrae la pupila cada vez que hay mucha luz, o se aprende a no poner un dedo sobre la llama.

La satisfacción de estas necesidades fundamentales han hecho posible el desarrollo, perfeccionamiento y preservación de la vida. Cada una de ellas ha requerido de desarrollo de mecanismos adaptativos a nivel molecular, tan complejos que recién hoy día comenzamos a comprender. Ello no descarta que en otros lugares del Universo, las necesidades pueden haber sido diferentes y diferentes por lo tanto podrían haber sido sus soluciones, pero por ahora están más allá de nuestra imaginación.


Por que el agua ha sido indispensable

Si hay un acuerdo entre los científicos, es la imprescindibilidad del agua para que la vida sea posible. Se trata de una molécula muy simple; dos átomos de hidrógenos y uno de oxígeno. Sin embargo, su existencia real parece más compleja (El agua, fuente de vida).

La principal peculiaridad de las moléculas de agua, es que pueden unirse entre sí, mediante enlaces de hidrógeno de propiedades muy peculiares. Desde luego cabe señalar que en la molécula del agua, estas uniones de hidrógeno son más débiles que los enlaces de hidrógeno generalmente conocidos en otros compuestos.

Dos moléculas de agua se unen por enlaces que son 10 veces más débiles que los típicos enlaces químicos. Mediante estos enlaces, las moléculas de agua se pueden unir en una innumerable cantidad de formas diferentes (dímeros, trímeros, tetrámeros, hexámeros), de acuerdo a cada necesidad biológica (Fig. 3).

Estos enlaces son lo suficientemente fuertes como para que las moléculas se unan, pero al mismo tiempo son lo suficientemente débiles como para que se rompan. Si los enlaces fueran más fuertes, como los de otros compuestos químicos, el agua estaría en estado sólido, aún a 100ºC. Si así fuera, la vida no hubiese podido comenzar.

Por otra parte, el agua es un líquido de comportamiento muy extraño. A diferencia de las demás substancias que son más densas al estado sólido, el agua en cambio, se expande. Si el agua se solidifica al disminuir la temperatura bajo 4ºC, aumenta de volumen, con lo que ella se hace más liviana. Por eso los hielos flotan y es por ello también que al congelarse, al expandirse el agua, rompen las cañerías.

Si el agua se comportara como muchos materiales y se contrajera al enfriarse, el hielo sería más denso que el agua y se iría al fondo de los océanos. De este modo no existirían las capas aisladoras de hielo que convenientemente se forman en la superficie del mar y los lagos. Es debido a ello que es posible que continúe la vida en aguas no congeladas, por debajo de esos hielos. Si por el contrario el hielo se fuera al fondo, inexorablemente estaría allí hasta que el océano entero se solidificara (Fig. 4).

El agua es asombrosamente difícil de calentar, de modo que para subir un grado su temperatura, requiere de 10 veces más energía que la que requiere igual masa de hierro para elevar el mismo grado de temperatura.

Su tensión superficial es mayor que un jarabe, como es el caso del glicerol. Es además un magnífico solvente, capaz de disolver una enorme cantidad de substancias. Esta propiedad hace que los compuestos biológicos se concentren cerca de la superficie, lo que acelera las reacciones biológicas. Todas estas peculiaridades son las que hacen indispensable al agua para que pueda florecer la vida.

La enorme capacidad de calor específico del agua, significa que ella capta una gran cantidad del calor solar, calentando así los océanos. Por otra parte, después que ella se calienta, el enfriamiento es muy lento. Esto nos protege de los bruscos cambios climáticos y permite que en los océanos se formen corrientes, llevando el agua, tanto desde el calor de los trópicos a los polos (corriente del golfo), o desde los polos hacia los trópicos (corriente de Humboldt).

Por otra parte, el hecho de ser un solvente poderoso, es muy bien utilizado por las criaturas vivas: Muchas de las acciones de los compuestos biológicamente activos, son gatilladas o detenidas por cambios en la concentración de iones disueltos en el agua, como es el caso del sodio y del potasio o el calcio. En los organismos multicelulares, la gran solubilidad del agua permite el transporte de muchos compuestos biológicos que requieren los diferentes tejidos.

Por su tendencia a formar uniones de hidrógeno, también estabiliza la estructura de las proteínas, cuyas acciones dependen precisamente de su formación estructural específica. Por todo esto no existe otro compuesto que pueda reemplazar el agua. Es por ello que sin el agua líquida, no puede haber vida.


Elementos que componen a los seres vivos

En definitiva, todos los seres vivos de la Tierra, se componen de los mismos elementos simples: hidrógeno, nitrógeno, carbono, fósforo, azufre, etc. Fue en las estrellas donde se dieron las condiciones de densidad y temperatura lo suficientemente altas como para fundir elementos livianos (hidrógeno y helio) y transformarlos en otros más pesados.

Al observar las supernovas, estrellas que al final de su vida explotan y esparcen una nube de residuos en el espacio, además de una gran luminosidad, se esparce una gran cantidad de elementos metálicos que posteriormente han pasado a formar parte de nuevas estrellas y otros cuerpos sólidos del Universo, como planetas y asteroides. Es así como todo nuestro sistema planetario se ha formado de la condensación de gases, enriquecido con fragmentos de estrellas ancestrales que han aportado los elementos más pesados. Pero mas tarde, también ellos han estado llegando a la Tierra, formando parte de asteroides, cometas, sobre todo, como micro meteoritos, incorporándose hasta millones de toneladas. Nuestro origen tiene entonces polvo de estrellas.

Para que la vida pudiera llegar a ser posible, estos elementos básicos debieron haber formado moléculas de mayor complejidad. De todos ellos, el carbono, con su gran variedad de uniones químicas, es el elemento más importante en la formación de las moléculas necesarias, y en último término la estructura del DNA.

¿Pero cómo ocurrió que estas moléculas se formaran y que de ellas más tarde se formaran estructuras más complejas? Las teorías son muchas y cada vez se agregan nuevas, en la medida que los nuevos conocimientos ponen objeciones a los anteriores.

Hace 40 años Stanley Miller, en ese entonces un estudiante de 23 años de edad, sostuvo que en las condiciones primitivas de la Tierra, la vida había nacido espontáneamente, y que cada vez que se dieran las mismas condiciones, ésta volvería aparecer. Con esta hipótesis "in mente", reprodujo en un matraz sellado, las condiciones de la atmósfera que se creía habían prevalecido en la Tierra por 4.500 millones de años. Dentro del matraz encerró una mezcla de metano, hidrógeno, amoniaco y vapor de agua. Durante varios días el joven investigador la sometió a descargas eléctricas que simulaban los rayos de los tiempos primitivos y todo lo sometió a radiación ultravioleta semejantes a las que viajaban a la Tierra desde el Sol. Para gran alegría del investigador, una semana después, los gases del interior del matraz aparecieron teñidos de color rojizo y la mezcla se hizo rica en compuestos orgánicos y amino-ácidos. Miller publicó sus resultados en un modesto trabajo en la revista "Science" (Mayo 15, volumen 117, pág. 528, 1953). La noticia de que se podían sintetizar aminoácidos simulando las condiciones de la atmósfera de la Tierra primitiva, conmovió al mundo científico (Fig. 5).(Los orígenes de la vida)

Sin embargo, hallazgos posteriores sugieren que la vida fue posible en un ambiente mucho menos acogedor de lo que Miller trató de reproducir en un matraz de vidrio. En las primeras etapas, la atmósfera primordial parece no haber tenido metano ni tampoco amonio, como Miller sugirió, y que por lo tanto era mucho más difícil que se sintetizarán complejos orgánicos en esas condiciones.

Queda entonces en la duda cómo se llegaron a formar las moléculas que hoy rigen la vida y que han permitido el desarrollo de ella, desde sus formas más primitivas a las más complejas de los animales superiores.

Experimentos realizados en 1980 por Thomas Cech de la Universidad de Colorado y Sydney Altman de la Universidad de Yale, observaron que el ácido (RNA y no el DNA), que transfiere la información del DNA para llegar a sintetizar proteínas, podía tener la capacidad de copiarse a sí mismo, sin la ayuda de enzimas. El punto era un paso muy importante, ya que aún existía una pregunta sin responder. ¿Cómo el DNA podía duplicarse para pasar la información a una nueva generación si para ello se requería de un complejo sistema enzimático? Las enzimas son proteínas, y ¿cómo podían haber existido éstas antes de que se formara la primera molécula de DNA?.

Algunos investigadores entusiasmados con los hallazgos de Cech y Altman, comenzaron a elucubrar que los primeros organismos vivientes habrían contenido sólo RNA que podría replicarse a sí mismo y que éste habría servido de puente para formar mas tarde los prototipos del DNA que se encuentra en el núcleo de todas las células de los organismos vivos (Fig. 6).

Aun cuando en los textos aparece esta descripción como la aceptada para explicar el origen de la vida, en la actualidad ella ha sido seriamente objetada. Desde luego este mundo de "RNA" primitivo, que parece como tan aplausible, cuando se mira en detalle, no tiene una explicación fácil. El RNA esta constituido por cuatro bases (nucleótidos) que se repiten en diferentes sucesiones. Aún hoy en día es muy difícil sintetizar estas bases, incluso en un laboratorio muy bien equipado. Mucho más difícil es que se hubieran sintetizado solas en las condiciones prebióticas de la Tierra. Así por ejemplo, el proceso para producir el azúcar "ribosa", un ingrediente clave en estas bases del RNA, necesita de la presencia de otros azúcares, y estos tienen la propiedad de inhibir la síntesis de RNA. Mas aún, nadie ha podido explicar cómo el fósforo, clave en la unión de las bases y que es una sustancia relativamente rara en la naturaleza, llegó a ser un ingrediente tan clave en la constitución del RNA y el DNA.

En otras palabras, sólo hay teorías no demostradas de cómo se habría iniciado el complejo fenómeno de la vida. Lo que está claro, es que la enorme complejidad de ella hace cada vez más difícil aceptar que por simple casualidad pudieron haber llegado a engranar tantas y tan complejas necesidades que requirieron un organismo vivo.

No habiendo argumentos demostrables, algunos científicos afirman que si se da el suficiente tiempo, aún eventos aparentemente milagrosos pueden ser posibles, como por ejemplo que emerja espontáneamente un organismo unicelular de la mezcla del azar de diversas reacciones químicas.


Donde se habría generado la vida

Si no hay explicación, ni menos una demostración, de cómo se inicio la vida, se discute en cambio el lugar donde ésta se habría iniciado. Algunos investigadores, sin explicar las reacciones químicas que originaron la vida, sugieren que ésta se habría iniciado en el fondo de los océanos, en las emanaciones hidrotermales, que corresponden a los géiseres calientes de los fondos oceánicos (Fig. 7).

Quienes sostienen esta teoría, afirman que en esas condiciones estarían disponibles la energía y los nutrientes necesarios para llegar a formar la materia animada. De hecho, en esas condiciones aparentemente inhóspitas han sido descritas numerosas criaturas vivientes, entra las que se han descrito las Archaebacterias, que pueden sobrevivir hasta 120ºC, sin ambiente de oxígeno y aprovechando las emanaciones sulfurosas, que precisamente serían las condiciones que prevalecerían en esa época en la Tierra. Aun cuando así sea, queda la incógnita de cómo se habría iniciado.

Otros, no explicando el origen de la vida, trasportan el problema de su inicio, fuera del planeta Tierra. La idea ha ido adquiriendo fuerza, en la medida que los astrónomos mediante los análisis espectrales, han detectado la presencia de compuestos orgánicos en el espacio (Hallan en el espacio moléculas claves para la vida en la Tierra)

También en los meteoritos se han encontrado aminoácidos, que son los bloques fundamentales para formar proteínas. El Satélite "IPAS" en 1983, ha detectado en las nebulosas Inter Estelares, verdaderos yacimientos de cuerpos orgánicos sumamente complejos, como hidrocarburos aromáticos policíclicos, integrados por decenas de átomos de carbono (La vida llegada desde el espacio)

Los meteoritos que también llegan a la Tierra, contienen hidrocarbones, alcoholes y substancias grasas que podrían haber formado membranas de las células primitivas. David Deamer, bioquímico de la Universidad de California, ha logrado producir membranas esféricas o vesículas, con compuestos que obtuvo de un meteorito que cayó cerca de Murchison, Australia en 1996. Según él, estas vesículas podrían haber provisto de un ambiente adecuado para que los aminoácidos, los nucleótidos y otros compuestos orgánicos iniciaran las transformaciones necesarias para el comienzo de la vida.

La hipótesis ha ganado credibilidad cuando se encontraron aminoácidos tanto sobre, como por debajo de la capa de arcilla depositada en el período Terciario Cretáceo. Bata y Meixum Zhao de San Diego, encontraron que el origen de estos aminoácidos no eran biológicos y que iguales a ellos se habían encontrado previamente en meteoritos. De este modo los impactos de meteoritos podrían haber fertilizado la Tierra con compuestos orgánicos. Pero otros se preguntan, ¿cómo los aminoácidos pudieron conservar su estructura sin siquiera rizarse frente a la enorme temperatura producida por el impacto?

Todo parece indicar que en el futuro seguirán surgiendo nuevas teorías acerca del origen de la vida y lo probable es que ninguna de ellas pueda jamás llegar a demostrarse como definitiva. Pero si se llega a demostrar que la vida ha surgido en otros lugares, fuera del planeta Tierra, se mantendría abierta la posibilidad que ella surja en cualquier parte en que se den las condiciones. De allí el interés despertado para tratar de descubrir si la vida primitiva surgió o no en el planeta Marte.

De haber surgido también en otros lugares, al menos nos serviría de consuelo si es que la vida aquí se destruyera. No se sumiría al Universo en un silencio sepulcral y eterno.



Para saber más


Bada, Jeffrey y Lazcano Antonio: Prebiotic Soup: Revisiting the Miller Experiment. En: "Science", vol. 300, Mayo 2 del 2004, pág. 745.