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ABIOGENESIS. ORIGEN VIDA EN CUALQUIER LUGAR DEL UNIVERSO
http://ateismoparacristianos.blogspot.com.es/2010/01/por-que-estamos-
aqui-biogenesis.html
1 Abiogénesis – Una breve historia
http://www.allaboutscience.org/spanish/abiogenesis.htm
Aunque Darwin mismo se enfocó en el origen de las especies, algunos
científicos han tratado de aplicar el concepto de la evolución a la primera vida para formar el concepto de la abiogénesis. En 1924, el bioquímico ruso,
Alexander Oparin, propuso que células vivas surgieron gradualmente de
materia no-viva mediante una sucesión de reacciones químicas. Según
Oparin, los gases presentes en la atmósfera de la tierra primitiva, al ser
inducidos por rayos u otras fuentes de energía, pudieron reaccionar para
formar compuestos orgánicos simples. Estos compuestos pudieron posteriormente auto-ensamblarse en moléculas cada vez más complejas,
como las proteínas. Estas, a su vez, pudieron organizarse en células vivas.
En 1953, Stanley Miller y Harold Urey probaron la hipótesis de Oparin,
realizando un experimento que procuró simular las condiciones atmosféricas
de la tierra primitiva. En su experimento, se hirvió agua hasta convertirse en vapor en el fondo de un frasco y luego fue pasada por un aparato,
combinándola con amoniaco, metano, e hidrógeno. Luego sometieron la
mezcla resultante a una chispa de 50.000 voltios antes de enfriarla y
recolectarla en el fondo del aparato. Cuando Miller y Urey examinaron la
sustancia resultante, parecida al alquitrán, encontraron una colección de
aminoácidos, los componentes de la vida.
Abiogénesis – Los problemas
Desafortunadamente, el intento de Miller para demostrar la posibilidad de
abiogénesis (que la vida puede surgir de la no-vida) no simuló
honestamente las condiciones de la tierra primitiva. Por ejemplo, el oxígeno
estaba evidentemente presente en la tierra primitiva -- pero la presencia de
oxígeno prohíbe el desarrollo de compuestos orgánicos. Aunque requerimos
de abundante oxígeno para sobrevivir, nuestros cuerpos también necesitan muchas adaptaciones especiales para manejarlo sin peligro. En los años
1950, investigadores del origen de vida asumieron que la tierra primitiva
tenía muy poco oxígeno. Sin embargo, la evidencia geológica ahora sugiere
que cantidades sustanciales de oxígeno estuvieron presentes en la
atmósfera más primitiva de la tierra. Si los gases que los científicos creen
ahora que estuvieron presentes en la tierra primitiva fueran utilizados en la
proporción correcta, ninguno de estos aminoácidos es producido.
Pero supongamos que el experimento de Miller recreó fielmente las
condiciones de la tierra primitiva, ¿podría ser validado el experimento? Una
importante dificultad adicional es que tales experimentos no pueden
producir las clases correctas de aminoácidos. Las conformaciones de
aminoácidos existen como isómeros especulares. En otras palabras, hay
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aminoácidos zurdos (Forma L), así como aminoácidos diestros (Forma D).
Los aminoácidos que comprenden las proteínas vivas son de la forma zurda,
aunque en simulaciones como la de Miller, se produce una mezcla igual de
aminoácidos zurdos y diestros. Todos los mecanismos naturales conocidos,
por medio de los cuales son producidos los aminoácidos, producen aminoácidos en aproximadamente la misma proporción de formas diestras y
zurdas. Pero supongamos que fuera descubierto algún mecanismo
naturalista que pudiera verdaderamente segregar las formas zurdas
necesarias para la vida. Todavía permanecería sin explicación cómo los
aminoácidos de forma L llegaron a ordenarse correctamente con los enlaces
apropiados (enlaces peptídicos) para formar las proteínas. Las
probabilidades en contra de obtener siquiera una sola proteína a partir de una sopa primordial, hecha exclusivamente de aminoácidos de forma L,
todavía serían sumamente altas.
Pero supongamos que no sólo se descubrió un mecanismo naturalista que
podría segregar las formas zurdas necesarias para la vida, sino que también
se descubrió una sopa que posee una capacidad mística para formar
proteínas. Para formar una célula viva se requiere de cientos de proteínas especializadas que necesitan ser coordinadas de manera precisa. También
necesitaríamos producir ADN, ARN, una membrana de célula, y una
cantidad de otros compuestos químicos -- sin mencionar arreglarlos en sus
lugares correctos para realizar sus respectivas funciones.
Abiogénesis – Conclusión
claramente, para conseguir una célula viva del experimento de Miller-Urey por procesos materialistas no guiados se requiere que improbabilidades se
amontonen sobre improbabilidades. Por esta razón, Dean Kenyon concluye
correctamente: "Es un problema enorme, cómo podría usted juntar en un
volumen diminuto y sub-microscópico del océano primitivo todos los cientos
de diferentes componentes moleculares que usted necesitaría para
establecer un ciclo de auto-réplica".
2 Abiogénesis: el enigma del origen
http://rescepto.wordpress.com/2011/05/05/abiogenesis-el-enigma-del-
origen-i/
Pocos misterios científicos resultan más herméticos y trascendentales que el
del origen de la vida. ¿Cómo, de una mezcolanza de átomos y moléculas
inertes, se organizó el primer sistema aislado y autorreplicativo, capaz de
invertir localmente la entropía para crear orden dentro del caos? ¿Se trató
de una carambola inconcebible o es el resultado inevitable de la dinámica
evolutiva de un planeta tipo Tierra? Está en juego nada menos que saber si
nos encontramos solos en el Universo o si éste bulle de vida, esperando a
que la descubramos (o nos descubra). Si hoy en día podemos hacernos esta
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pregunta es gracias a un protoorganismo ancestral, que hace quizás 3.700
millones de años llevó a cabo el truco de magia más extraordinario que
pueda imaginarse: surgir de la nada, ocupando un nivel de organización
inédito, para diversificarse durante eones hasta dar lugar a todos los seres
vivos que conocemos, incluido el hombre.
“DNA Embraces the Planets”, Jon Lomberg
El término abiogénesis se refirió en su origen a las primeras teorías
científicas que intentaron abordar la cuestión a partir de la observación y
que surgieron, cómo no, en la Grecia Clásica. La aparición, sin que pudiera
observarse la intervención de ningún ser vivo, de gusanos en el fango o
larvas de moscas en la carne en putrefacción, llevó a muchos filósofos,
incluyendo al pilar del conocimiento occidental, Aristóteles, a proponer la
generación espontánea de vida simple a partir de la materia inerte. La
autoridad de los sabios helenos en materia de ciencia propició que esta idea
se mantuviera incuestionada hasta bien entrado el siglo XVII.
De la abiogénesis a la biopoiesis
El primer golpe contra esta creencia lo propinó un médico italiano,
Francesco Redi, quien en 1668 realizó un experimento muy simple,
cubriendo con una gasa un pedazo de carne. Esta barrera no prevenía la
descomposición, pero sí impedía que las moscas pudieran depositar sus
huevos en la materia en putrefacción, desmontando de este modo una de
las evidencias en que se sustentaba la teoría. Por supuesto, esto sólo
empujaba el tipo de vida creado por generación espontánea a formas más
simples, como los microorganismos, hasta que en 1861 Louis Pasteur logró
crear unas condiciones verdaderamente estériles en las que se prevenía la
proliferación incluso de los microorganismos en un medio adecuado.
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Louis Pasteur en su laboratorio, Albert Edelfelt, 1885
Se había pasado, por tanto, del concepto de abiogénesis aristotélico al de
biogénesis, resumido en la frase Omne vivum ex vivo (Toda vida procede de
vida). Claro que, habida cuenta de que la Tierra misma tiene un origen
concreto, en algún momento debió darse un proceso abiogenético que
hiciera surgir seres vivos de la materia inorgánica, y si no fue en la Tierra,
en algún otro enclave, pues ni siquiera los propios átomos que la forman
son eternos, sino que fueron creados en el interior de una estrella. El caso
es que, de algún modo y en algún lugar, se debió verificar una abiogénesis.
Fue Charles Darwin el primero que sugirió la solución que en la actualidad
se considera más probable. En 1871, en una carta a un amigo, escribía que
la vida podría haberse originado en un “pequeño estanque caliente, con
todo tipo de sales de fósforo y amoníaco, luz, calor, electricidad, etc.
presentes, de modo que se formen químicamente los componentes
proteicos, listos para abordar cambios más complejos”. Sin embargo, la
primera aportación científica significativa al problema no se efectuó hasta
1924, cuando Aleksandr Ivanovich Oparin demostró que una atmósfera
oxidante impedía la formación de compuestos orgánicos y sugirió que las
primeras biomoléculas se habrían formado en condiciones anóxicas en una
sopa primordial donde se acumularían hasta formar coacervados o
inclusiones, donde podrían darse reacciones similares a las metabólicas. En
1929, el británico J.B.S. Haldane llegó de forma independiente a las mismas
conclusiones. El proceso por el cual la materia viva se originaría a partir de
moléculas inertes autorreplicativas se conoce como biopoiesis.
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Aleksander Oparin y Andrei Kursanov
Fotografía de Pavel Troshkin, 1938
Las condiciones prebióticas
En la actualidad, puede rastrearse la vida hasta los 3.500 millones de años,
antigüedad que presentan las rocas con fósiles (estromatolitos y
cianobacterias) más viejas. Dado que no existen formaciones inalteradas
mucho más antiguas, el acontecimiento podría haber tenido lugar tan
pronto como hace 4.000 millones de años, cuando se formó la primera
hidrosfera, aunque los energéticos impactos de meteoritos hacen que sea
dudosa la presencia de vida antes de 3.700 millones de años atrás. Justo de
este período serían unas muestras, halladas en Groenlandia, que podrían
presentar la huella de la más pretérita alteración biológica, reflejada en una
proporción C12/C13 que denotaría actividad fotosintética.
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Estromatolitos fósiles
La datación exacta del origen de la vida reviste gran importancia, ya que es
fundamental para determinar las condiciones en que se produjo. La más
crucial parece ser la naturaleza de la atmósfera primitiva, que se especula
que pudo ser reductora o, en todo caso, anóxica. Esta condición es
imprescindible para la estabilidad de los compuestos orgánicos y parece
estar apoyada por el estado de oxidación de los minerales más antiguos. Al
parecer, tras el barrido de la atmósfera primigenia por los vientos solares,
se formó una segunda a partir de las emanaciones volcánicas, que consistía
en vapor de agua (que se condensó formando los océanos), CO2 (que
reaccionó con los silicatos para formar calizas), oxígeno (que reaccionó con
los minerales de la corteza oxidándolos), nitrógeno, amoníaco y metano,
que serían los tres componentes principales de una atmósfera reductora.
Sin embargo, esta distribución ha sido atacada bajo la premisa de que los
rayos ultravioleta no tardarían mucho en destruir tanto el amoníaco como el
metano, obteniéndose por tanto una atmósfera eminentemente neutra
(nitrógeno, vapor de agua, CO2 y algo de hidrógeno).
En cuanto a los océanos, al formarse por decantación en las zonas bajas del
agua de escorrentía, pronto adquirieron su carácter salino, con gran
cantidad de minerales disueltos. Estos mares cálidos y ricos en compuestos,
sometidos a la acción energética del Sol (así como a descargas eléctricas y
desintegración radiactiva) y en presencia de una atmósfera neutra,
constituyeron el caldo primordial con que especularon Oparin y Haldane y
que ya había avanzado el propio Darwin.
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La evolución precelular
Antes de la evolución biológica debió darse otra química que originara los
compuestos que luego iban a emplear las células. El experimento clave para
abordar esta cuestión lo realizaron Stanley Miller y Harold Urey en 1953.
Recrearon la atmósfera reductora primitiva en un matraz y le
proporcionaron energía a partir de descargas eléctricas. Al cabo de unos
días, encontraron que se habían formado moléculas orgánicas sencillas
(aminoácidos, aldehídos, algún ácido carboxílico…), además de un alquitrán
poco estructurado. La utilización posterior de una atmósfera neutra
demostró que los resultados eran muy dependientes de la proporción entre
hidrógeno y dióxido de carbono, y puso de manifiesto la necesidad de
metano o algún otro reductor en el medio. Experimentos ulteriores, como
los realizados por Calvin, Oró o Ponnamperuma, permitieron la formación
de bases nitrogenadas, azúcares, ATP y muchas otras moléculas. Quedaba,
eso sí, sin demostrar cómo, a partir de ellas, se formaban las grandes
macromoléculas orgánicas, como las proteínas, las grasas y los ácidos
nucleicos.
Reproducción del experimento de Urey y Miller
El gran problema de la polimerización en un medio acuoso es que es una
reacción que produce agua, de modo que precisa una elevada concentración
de sustrato, un mecanismo para eliminar el agua producida o acoplar la
reacción con otra que libere energía. La polimerización pudo tener lugar en
zonas donde se verificara una fuerte evaporación que concentrara los
monómeros (aunque con el problema de que muchos sustratos son
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volátiles). También podría facilitarse por la adsorción de las moléculas sobre
la superficie de minerales corrientes, que actuarían como catalizadores.
Entre los candidatos estarían las micas y las arcillas. Las macromoléculas,
protegidas de la radiación ultravioleta, en ausencia de oxígeno atmosférico
y de vida (que las consumiría), pudieron ir así acumulándose en las lagunas
o mares primitivos.
Otra opción sería el origen extraterrestre de las moléculas orgánicas (no me
refiero aquí a organismos completos). En el espacio profundo se han
detectado numerosos compuestos orgánicos (en la nube de Oort, por
ejemplo), que podrían haber sido transportados hasta la superficie de la
Tierra por cometas o meteoritos. La hipótesis extrema, que sitúa el origen
de la vida fuera del planeta (panspermia) no ha conseguido ningún apoyo
experimental.
La primera macromolécula orgánica
No hace falta avanzar demasiado para encontrar la primera disputa acerca
de cuál pudo ser el tipo de macromolécula sobre el que se basó toda el
proceso abiogenético. Son dos los candidatos más probables: los ácidos
nucleicos y las proteínas.
El descubrimiento, realizado por Thomas Cech en 1986, de que el ARN
ribosómico posee actividad autocatalítica (pasando a conocerse como
ribozima), permitió postular que el ARN podría adquirir la capacidad de
autorreplicarse, lo cual supondría el primer paso hacia la vida al convertirse
en gen y catalizador al unísono. Esto desembocó en la teoría del Mundo de
ARN, que sostiene que el primer protoorganismo estuvo formado por un
ARN autorreplicativo que, con el tiempo, podría haber “evolucionado” para
sintetizar proteínas (estando unidos los aminoácidos constituyentes a
moléculas de ARN predecesoras del ARNt), que permitirían una reproducción
más rápida, y lípidos para formar una membrana celular. Con posterioridad,
el ARN sería sustituido por ADN, que es más estable. Una vez adquirida la
información genética, los protobiontes evolucionarían hacia una estructura
celular. Igualmente, se han propuestos otros ácidos nucleicos exóticos, tales
como el APN (ácido péptido nucleico) o el ATN (ácido treosa nucleico) como
los primeros sustratos de genes.
La principal alternativa sería que la primacía la hubieran ostentado las
proteínas, siendo la primera propuesta en ese sentido los coacervados de
Oparin.
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Coacervados: gotitas de protamina y ácido poliadenílico en solución acuosa
En los años setenta, Sidney Fox propuso como precursor de los seres vivos
a las esferas proteinoides que se obtienen al desecar una solución acuosa
de aminoácidos, sumergiendo a continuación el producto en agua
ligeramente salada. El ambiente necesario para esta transformación en
condiciones naturales se da en las fumerolas termales. Las esferas poseen
cierta capacidad enzimática y un medio interno distinto del externo, así
como presentan diferencias que las hacen susceptibles de un proceso
evolutivo. El problema es que esta hipótesis no tiene explicación para la
transmisión de la información genética.
Otras propuestas se centran en la aparición espontánea de ciclos catalíticos
sobre diversos sustratos, como por ejemplo sobre piritas (Hipótesis de los
Sulfuros de Hierro) en fumerolas volcánicas, con un fuerte ambiente
reductor y alta presión y temperatura. Sin embargo, no está claro cómo
estas reacciones podrían evolucionar hasta formar una célula, y no parece
que los puntos calientes sean lo bastante estables para permitir un
prolongado proceso evolutivo. Otro candidato como sustrato de reacciones
catalíticas serían las arcillas. Por último, en 1974 Christian de Duve propuso
a los tioésteres como iniciadores de un ciclo catalítico primordial.
La evolución celular
Mientras proseguía la evolución química, se superpuso a ésta una evolución
biológica, surgiendo los primeros biontes de la organización de las
macromoléculas. Debieron cumplir tres requisitos: a) Aislamiento del medio
externo, para permitir un medio interno donde realizar sus propias
reacciones y almacenar los productos, con trasporte controlado entre ambos
(pudo tratarse de los coacervados de Oparin o de las esferas proteinoides
de Fox); b) Metabolismo inicial, estableciendo rutas de síntesis y
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degradación que confirieran ventaja al protobionte en que se desarrollaran;
c) Capacidad de reproducción, que posiblemente fuera en principio simple
crecimiento y escisión. La codificación de la información genética, como
hemos visto, pudo ser posterior o anterior a estos procesos.
El lugar más apropiado para la aparición de los protobiontes sería la zona
intermareal, que pasaría alternativamente por fases húmedas y secas (lo
que favorecería la polimerización) y donde la evaporación propiciaría la
acumulación de los monómeros. La primera selección se haría en función de
qué gotas fueran las más estables en las condiciones imperantes. También
existiría una selección bioquímica, pues algunos protometabolitos
atravesarían con mayor facilidad la membrana, lo que determinaría qué
moléculas serían empleadas y con qué función en el metabolismo que se iba
configurando. Al absorber los elementos del medio, serían los primeros
heterótrofos. La degradación de determinados compuestos (la glucosa, por
ejemplo) proporcionaría energía que acoplar a reacciones de síntesis.
Aquellas gotas con un protometabolismo más beneficioso serían
seleccionadas para su perpetuación.
Ciclo de Krebs, una de las principales rutas metabólicas
Cabe suponer que los primeros organismos habrían sido unidades celulares
procarióticas, semejantes a bacterias fermentadoras, que habrían
dependido del medio para su supervivencia. Al no haber oxígeno, la energía
se obtendría por fermentación y se almacenaría en moléculas de ATP para
su utilización en la síntesis o en la reparación de la envoltura, configurando
poco a poco un metabolismo completo. Con el tiempo, los ácidos nucleicos
asumirían el papel de reguladores y permitirían optimizar la reproducción.
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Como beneficio adicional, la mutación genética propiciaría una evolución
más rápida.
La evolución nutritiva
Con la proliferación de las primeras células vivas, los compuestos orgánicos
presentes en el caldo primordial, de los que se nutrían, debieron empezar a
escasear, forzando a un cambio en las estrategias alimenticias. Así,
debieron surgir relaciones de parasitismo (donde una célula se beneficiaría
del medio interno de otra), saprofitismo (para aprovechar las reservas de
otras células muertas) y por último holotrofismo, una forma ancestral de
depredación.
A la larga, sin embargo, estas estrategias resultaron insuficientes. Las
células se vieron obligadas a seguir rutas metabólicas cada vez más largas
para aprovechar sustratos cada vez más sencillos que, mediante procesos
enzimáticos, convertían en los productos que necesitaban (y que al principio
podían tomar directamente del medio). De este modo se alcanzó una fuente
inagotable, el CO2 atmosférico, acoplada a una fuente de energía también
inagotable, la luz solar, independizando al organismo de la sopa primordial.
Había aparecido el primer organismo autótrofo fotosintético (unos pocos se
acoplarían en vez de ello a algún tipo de reacción química inorgánica natural
haciéndose quimiotróficos).
Cianobacteria Nostoc muscorum
La aparición de este organismo fotosintético provocó un cambio sin
precedentes, no sólo en las poblaciones celulares, sino en el planeta mismo,
pues aunque en principio sería una fotosíntesis anoxigénica, pronto
aparecieron los antecesores de las cianobacterias, que empezaron a liberar
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oxígeno a la atmósfera. Esto causó la catástrofe del oxígeno, pues ningún
organismo estaba preparado para soportar la acción corrosiva del O2
atmosférico. Se logró postergarla durante 300 millones de años, mientras el
oxígeno reaccionaba con hierro (en los fondos oceánicos), amoníaco y
metano (en la atmósfera) y diversas rocas (oxidándolas), configurando poco
a poco la atmósfera y litosfera actuales. Pese al aplazamiento, hace unos
2.500 millones de años, la vida sufrió un golpe tremendo, aunque logró
recuperarse e incluso aprovechar la disponibilidad energética, acoplando la
nueva molécula a cadenas respiratorias. Por añadidura, la disponibilidad de
oxígeno llevó a la formación de la capa de ozono, que protegió desde aquel
momento a los seres vivos de las radiaciones solares más energéticas.
Conclusión
Quedaba mucho camino por delante (la aparición de la reproducción sexual,
la endosimbiosis que llevaría a la formación de las células eucarióticas, la
pluricelularidad…), pero ya todo era cuestión de omne vivum ex vivo y, por
tanto, se escapa a la intención de este artículo. Resulta extraño considerar
que, a pesar de la complejidad que hemos llegado a desarrollar, todos los
seres vivos terrestres hemos sido construidos sobre unos planos
bosquejados hace más de 3.500 millones de años en unas condiciones que,
hoy por hoy, sólo podemos especular. Las incógnitas son múltiples: ¿Cuánto
intervino el azar y cuánto los condicionantes bioquímicos para que la sopa
primordial se organizara como lo hizo? ¿Cuál fue, de ser única, la ruta en
torno a la cual se configuró el primer metabolismo? ¿Cómo llegaron a
acoplarse de una manera tan extraordinaria la acción catalítica de las
proteínas, la aislante de los lípidos y la genética de los ácidos nucleicos?
¿Cuánto de todo esto podría ser replicable en un ambiente ligeramente
diferente… digamos que el Marte de antes de perder su atmósfera? ¿Hubo
competencia entre diferentes clases de protovida? ¿Acabó esta competencia
con todo vestigio de vida terrestre alternativa o aún sobreviven algunos
especímenes microscópicos, camuflados entre los extremófilos? ¿Qué
lecciones podemos sacar del proceso para definir y buscar vida
extraterrestre?
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Representación filogenética del árbol de la vida
Éstos son algunos de los interrogantes que tendrá que ir resolviendo la
ciencia durante las próximas décadas en referencia al gran misterio del
origen de la vida. Quién sabe, quizás obtengamos algo de ayuda. Nada
habría más revelador que encontrar otro ejemplo de autoorganización
biológica que nada hubiera tenido que ver con la nuestra. Quizás la
respuesta se encuentre en el subsuelo marciano, o bajo el hielo de algún
satélite joviano, o incluso en algún lugar del Sistema Solar que a día de hoy
nos pueda parecer lo más hostil concebible para la emergencia de la vida.
Entonces, dependiendo de su grado de desarrollo y su historia, cabrá
preguntarnos sobre el siguiente gran paso, la evolución de la protovida
hasta seres como nosotros, o como una secuoya, o como una ameba.
comentarios
1. Desde que comencé a machacar células, allá por los primeros
noventa, me fijé rápidamente en dos cosas que tienen en común
todas, posiblemente relacionadas con su origen y con conceptos que
ya has mencionado:
-Para que los extractos funcionen (es decir, para que las enzimas
sean activas), los tampones de extracción necesitan un buen montón
de guarreatos reductores o que, al menos, prevengan de la oxidación
del extracto. Todo lo que sea oxidante, en particular las especies
reactivas de oxígeno (oxígeno molecular, agua oxigenada, ión
hidroxilo, anión superóxido, en fin, todo lo que en cosmética se llama
radicales libres), afectan a las actividades enzimáticas, y no debe de
ser por casualidad. El único caso de enzima que encontré que para
tener una actividad plena requería cierta oxidación, en particular en
un par de cisteínas, era la reductasa del nitrato de un dinoflagelado
del mar de Galilea. Normalmente las cisteínas oxidadas te estropean
la actividad.
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-Las células recrean, mediante múltiples ATPasas y numerosos
canales iónicos, unas condiciones que se parecen mucho a lo que
sería un mar más o menos primigenio (en su inmediación las
vegetales, que meten potasio y expulsan sodio, y en su interior las
animales, que expulsan potasio y meten sodio). Es una
generalización, que conste.
Es decir, todavía hoy las células están “cómodas” en ambientes
(sobre todo citoplásmico, o al menos en el apoplasto en el caso de los
vegetales) muy similares a los marinos, aunque no tan salinos como
los ecosistemas marinos actuales, claro está, y si evitan oxidaciones
excesivas y espontáneas.
Federico G. Witt dijo esto en mayo 6, 2011 a 9:28 am
3 ABIOGÉNESIS. Teoría biocósmica. La vida se puede
originar en cualquier lugar del universo.
Nahle, Nasif S. (2003). Reduccionismo y el Origen Abiótico de la
Vida. Abiogénesis. Biology Cabinet Organization. New Braunfels,
Texas.
http://www.biocab.org/Abiogenesis_sp.html.
Auditorio de la Biblioteca “Fray Servando Teresa de Mier". 27 de Febrero de
2004. Conferencia Reduccionismo y el Origen Abiótico de los Seres
Vivientes. Orador: Nasif Nahle Sabag. Monterrey, N. L., México.
Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Nuevo León. 5 de
noviembre de 2004. San Nicolás de los Garza, N. L., México. Conferencia:
Origen de la Vida desde el Punto de Vista Reduccionista. Orador: Nasif
Nahle Sabag.
Nahle, Nasif. Meaning of Life. Letters: Writers & Readers, New York
Academy of Sciences. October 28, 2004.
“La teoría cuántica revela un nuevo nivel de realidad, el mundo de la
incertidumbre intrínseca, un mundo de posibilidades que está totalmente
ausente en la física clásica. Y este mundo extraño de la física cuántica no
sólo nos ofrece la explicación más apremiante de fenómenos físicos
actualmente conocidos, sino que también es una de las más prolíficas
fuentes de las tecnologías modernas, suministrando a la sociedad con un
repertorio de artefactos e instrumentos”. (Matt Ross. Mathematics
Department, Macquarie University, Sydney, Aus).
INTRODUCCIÓN Y OBJETIVO
Uno de los mayores retos de la Biología moderna es la de explicar la
aparición de seres vivientes sobre el planeta Tierra.
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Gracias a los trabajos de Stanley Miller, de Oparin y de decenas de
investigadores de nuestros tiempos, podemos obtener una visión general
realista sobre las vías para la autosíntesis de estructuras termodinámicas
capaces de experimentar la vida; sin embargo, el punto básico que entra en
escena es la forma mediante la cual esas estructuras cuasi-estables fueron
estimuladas para mantenerse en un estado de la energía cuyas posiciones y
movimientos les permitieron establecer intervalos en la difusión de su
energía interna.
No es sino hasta la era espacial que con el soporte de cientos de
observaciones y experimentaciones realizadas por científicos astronautas y
por científicos “de tierra” nos sentimos capaces de inferir una teoría
biocósmica sobre el origen de la vida y de los seres vivientes. Los
cabos sueltos son tan consistentes que es de extrañarse el porqué de la
dilación para reunirlos en un todo coherente y más cercano a la realidad.
Quizás nunca sepamos con precisión cómo ocurrió la vida en estructuras
inertes; sin embargo, podemos estar seguros de que el proceso de origen
fue absolutamente inorgánico, o abiogenético, si se prefiere este último
término.
Existe una teoría científica, generalmente aceptada, sobre el origen de los
seres vivientes en la Tierra, la Teoría Clásica, la cual es la que aprendimos
en nuestras clases de Evolución y de Biología General.
La teoría clásica sobre el “origen de la vida” implica algunos inconvenientes
infranqueables si nos limitamos solamente a su perspectiva, aquí solamente
le mostraré cinco de ellos, los más importantes:
1. Oscurece el concepto vida, suscitando así el atolladero de la
carencia de una conclusión reducible referente a la autosíntesis de
formas vivientes concretas en el espacio-tiempo.
2. Sitúa la producción de seres vivientes en los mares primitivos, cuyas
condiciones eran altamente agresivas contra la organización de
biomoléculas complejas debido a la alta concentración de substancias
oxidantes en el agua. Si el "caldo nutritivo" hubiese existido alguna
vez, éste hubiese provocado la conocida CATÁSTROFE OSMÓTICA y
simplemente no existiríamos seres vivientes sobre la Tierra.
3. Establece que los protobiontes “recibieron” vida por el simple hecho de
adquirir una estructura molecular compleja, lo cual es confuso, pues ni aún
ordenando todas las substancias requeridas para formar la más simple
célula, obtendríamos una estructura que experimente vida.
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4. Para que se formaran los arqueobiontes era forzosa la síntesis de ADN,
algo que desafía a la realidad y al conocimiento real sobre las propiedades
fisicoquímicas de estas moléculas; por ejemplo, su baja resistencia a
temperaturas extremas, a las substancias oxidantes, a los ambientes
hiperdensos, etc.
5. La teoría clásica origina el juego de “¿qué fue primero, el huevo o la
gallina?”, pues no determina si fue posible la reproducción del primer bionte
cuando éste no poseía moléculas autorreplicables, como el ARN y el ADN.
Los puntos 4 y 5 se desarrollan semánticamente como "el Estado ii
no puede existir antes de que exista el Estado iv, pero el Estado iv
no puede existir sin un Estado ii precedente".
CONCEPTOS UNIFICADORES: REDUCCIONISMO
La TEORÍA DEL REDUCCIONISMO explica que todo en la naturaleza puede
circunstancialmente ser descrito en términos científicos verificables;
esencialmente, no hay hechos desconocidos.
Para el REDUCCIONISMO, cada fenómeno puede ser reducido a
explicaciones científicas y todo se puede explicar por medio de las
interacciones de un número pequeño de cosas simples sometidas a las leyes
físicas fundamentales (tales como la materia y la energía).
Los Biólogos podemos hacer uso de las leyes que rigen al mundo
microscópico para obtener una explicación de los fenómenos biológicos,
especialmente para dar una explicación indiscutible acerca del origen de la
vida en la Tierra.
Categóricamente, decir que la vida es algo “abstracto” o “subjetivo”, o que
la vida “no existe” revela una grave inexactitud del conocimiento acerca de
la naturaleza y de las leyes que la gobiernan, pues sabemos que la vida es
"algo” ostensible.
CONCEPTOS UNIFICADORES: ENTROPÍA
Entropía es la medida del número de microestados de un sistema. A mayor
número de microestados disponibles para un sistema dado, mayor será la
entropía.
Esta última definición incluye el concepto de microestados de un sistema
termodinámico, de tal forma que podríamos decir que la energía puede
disponerse en diversos microestados, es decir, puede adoptar diversas
posiciones y momentos, tal y como puede observarse directamente en la
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naturaleza. Entonces, la entropía, realmente, es la cantidad de
microestados potenciales hacia los cuales la energía puede difundirse o
dispersarse.
El intercambio total de entropía nunca puede ser negativo. Para ser preciso,
la entropía global del Universo conocido nunca disminuye.
CONCEPTOS UNIFICADORES: DEFINICIÓN DE VIDA
No tenemos una definición directa de la vida, sino que a partir de
observaciones directas e indirectas del estado térmico de las estructuras
vivas, podemos decir lo siguiente:
La vida está relacionada con la dilación en la difusión o dispersión
espontánea de la energía interna de las biomoléculas hacia más
microestados potenciales.
Los aspectos fundamentales en esta definición son:
a) La transitoriedad del estado de la energía de las partículas, o sea que, en
un momento dado la macroestructura que experimenta vida puede adquirir
una disposición espontánea de su energía interna, lo cual significaría la
pérdida de su capacidad para organizar y conservar la continuidad
primordial de la Fuerza Motriz Protónica.
b) La disposición de una serie de intervalos causados por interacciones de
las partículas (partículas que transportan fuerza electromagnética) que
obstruyen temporalmente la dispersión o difusión de la energía propia del
sistema viviente.
c) La demora en la dispersión o difusión de la energía interna hacia
microestados disponibles es no-espontánea o autónoma.
Un aspecto primordial en esta definición de vida es que nos permite
distinguir entre un ser inerte y uno vivo, pues en los sistemas no vivientes
el estado cuántico que permite el no-equilibrio térmico también es
transitorio; pero:
Cuando ocurre, la ubicación de intervalos en la trayectoria de
dispersión o difusión de la energía en los seres inertes es espontánea, o
sea, dependiente de sistemas externos.
En el ser inerte, la suma de intervalos que retardan la dispersión o
difusión espontánea de la energía hacia más microestados disponibles
disminuye en forma paulatina durante su período de existencia (puede ser
desde unas milésimas de segundo hasta muchos millardos de años); en
18
cambio, en los seres vivientes la fluctuación permanece casi estable durante
casi todo su período de existencia (aunque sólo sea de unas horas).
El estado cuántico que determina la vida es una característica de las
biomembranas y del citosol, mejor conocido como citoplasma. Quizás, hubo
algunos arqueobiontes que vivieron, pero ellos carecían de moléculas auto-
reproductivas, así que, cuando el estado cuántico coherente iniciado en ellos
cambió a otro conjunto de microestados, ellos murieron sin dejar
descendientes.
Es preciso que nos detengamos un poco para comprender algunos
de los conceptos contenidos en la definición de vida:
1. Demora no es lo mismo que reversión. Muchos autores dicen que la vida
consiste en invertir la Segunda Ley de la Termodinámica, lo cual es falso. La
segunda ley de la termodinámica se refiere a que la energía siempre fluye
desde un sistema o espacio con alta densidad de energía hacia otro sistema
o espacio con una densidad de energía menor. Esto es lo que ocurre en la
vida. El universo siempre tendrá una densidad de energía mayor que la de
los biosistemas. Si fuese de otra forma, la vida no sería posible.
La confusión se originó cuando se subordinaron las propiedades
correlacionadas con la entropía, como el orden y la complejidad; sin
embargo, para estar ordenado, o para ser complejo, el biosistema debe
transferir desorden hacia el universo y tomar complejidad desde el
universo. Entonces, no existe violación o reversión alguna a de la segunda
ley, toda vez que el sistema es más desordenado que el universo, y su
desorden fluye desde el sistema más desordenado hacia el menos
desordenado.
Lo que ocurre en los biosistemas es una demora en la difusión o dispersión
de su energía interna; sin embargo, esa energía interna nunca fluye de
campos de menor densidad de energía hacia campos de mayor densidad,
sino al contrario, obedeciendo a la segunda ley de la termodinámica.
2. Estado se refiere a la posición, movimiento y densidad de la energía
transportada por partículas, en este caso, de las partículas que establecen
la función de distribución de la energía en intervalos de retardo en un
biosistema; por ejemplo, los fermiones y los bosones.
Los fermiones son partículas con un momento angular intrínseco cuya
función ћ (spin) es igual a una fracción impar de un entero (1/2, 3/2, 5/2,
etc.), razón por la cual los fermiones obedecen al Principio de exclusión de
Pauli, es decir, no pueden coexistir en una misma posición. Ejemplos de
19
fermiones son todas las partículas que constituyen a la materia, por
ejemplo, electrones, protones, neutrones, quarks, leptones, positrones, etc.
Por otra parte, los bosones son partículas con una función ћ (spin) igual a
un número entero (0, 1, 2, 3, etc.), por lo que estas partículas no están
sujetas al Principio de Exclusión de Pauli, es decir, pueden coexistir en la
misma posición. Los fotones, los gluones, las partículas ω- y ω+, los
hipotéticos gravitones, etc. son bosones.
3. Otro término usado en mi definición de vida es el de Energía Cuántica. La
energía cuántica es la suma de la energía cinética y la energía potencial de
una partícula, sea ésta un fermión o un bosón.
4. También usé el término Densidad de Energía. Densidad de Energía es la
cantidad de energía almacenada en un sistema dado –o en una región
espacial- medida por unidad de masa o de volumen. Por ejemplo, la
densidad de energía del Hidrógeno líquido es de 120 MJ/Kg.; la Glucosa
almacena 17 MJ/Kg de energía; etc.
5. Proceso Espontáneo es aquél en el cual la energía libre siempre se
dispersa hacia más microestados potenciales. Por ello, cuando hablo de
vida, me refiero a un estado no-espontáneo, lo cual significa que para que
ocurra dicho estado se requiere de la agregación de energía desde el
entorno. Si en vez de agregarse energía, ésta se dispersara, entonces el
estado sería espontáneo.
6. Energía es una función de las propiedades cuantificables de un sistema
dado. También se define como la capacidad para realizar trabajo, sin
embargo, ninguna “capacidad” aislada es cuantificable en sí misma, por lo
que tenemos qué recurrir a las propiedades de los sistemas que sí pueden
cuantificarse, por ejemplo, al movimiento molecular, a la función onda-
partícula, a la frecuencia vibratoria, a la densidad, a la temperatura, etc.
7. Energía Interna de un sistema se refiere a la energía asociada al
movimiento de las moléculas en un sistema termodinámico, es decir, a la
temperatura de tal sistema. En una transferencia de energía, la energía
interna es la que ha traspasado los límites, reales o imaginarios, hacia el
interior de un sistema. Por ejemplo, en un sistema viviente, cada célula de
su cuerpo posee un límite real acotado por una membrana celular o una
pared celular. A la energía que traspasa una membrana o una pared celular,
hacia el interior de la célula, se le llama energía interna. Los cloroplastos,
las mitocondrias y otros organelos celulares poseen membranas como
límites reales.
20
En la definición de Energía Interna evité mencionar las palabras
“desordenado” y “al azar”. Lo hice a propósito porque los movimientos de
las moléculas son determinados por las leyes fundamentales de la Física, las
cuales son nociones matemáticas de fenómenos naturales que podemos
expresar mediante fórmulas; por lo tanto, los movimientos moleculares no
son desordenados ni al azar. Una pequeña variación en las condiciones
iniciales, también sujeta a dichas leyes, puede producir un cambio en las
trayectorias de desplazamiento de las partículas.
8. En la definición de vida mencioné el concepto “Intervalo”. Intervalo es un
subconjunto de estados situado entre un estado inicial y un estado final.
9. Por último, la energía en el estado biótico puede cuantificarse por el flujo
de fermiones y/o de bosones durante la transferencia y almacenamiento de
la energía en períodos discretos dominantes. Por ejemplo, cuando
estudiamos las partículas y las funciones de onda en forma individual.
Tratándose de partículas que constituyen a la materia, solo podemos
estudiar un tipo de partícula, o una posición, o un movimiento a la vez; en
tanto que en los procesos de transferencia y almacenamiento de la energía
solo podemos estudiar una función a la vez. Cuando completamos el estudio
de cada partícula y de cada función, entonces integramos todos los datos
para formular el proceso completo; por ejemplo, en el estudio de procesos
de Biotransferencia Transcuántica de Energía (BTE) como la fotosíntesis y la
respiración celular.
BIOMOLÉCULAS, AGUA Y GRANOS DE POLVO INTERPLANETARIOS
El agua y los granos de polvo interplanetario, o fractales, pudieron actuar
como protectores de los compuestos orgánicos que se sintetizaron en la
Nebulosa Solar. No hay punto de discusión en esto, pues así, los
compuestos orgánicos quedarían bien protegidos de la acción del Oxígeno,
el cual actúa como agente destructor de las moléculas proteicas y de los
ácidos nucleicos, y de las radiaciones cósmicas provenientes del sol. Nunca
debemos aislar un factor del resto de los factores imperantes durante la
formación de los sistemas estelares como si ese factor fuese lo único que
dominara la escena, o como si ese factor fuese el único que podría influir en
el resto de los factores. Había agentes destructivos durante la síntesis de
compuestos químicos, pero también existían componentes conservadores y
estabilizadores, por ejemplo, los grandes volúmenes de agua y los granos
de polvo en la Nebulosa Solar.
Los granos de polvo espacial (fractales) se forman por la agregación de
moléculas de varias clases, incluyendo moléculas orgánicas. Los granos de
polvo (fractales) se encuentran en el Medio Interestelar formando granos de
21
diversos diámetros, desde fracciones de milímetro, hasta varios
centímetros. Los granos de polvo actuaron como "cascarones de huevo"
protectores de las moléculas orgánicas sencillas en el Sistema Solar
primitivo. Luego esos fractales formaron las nubes planetarias. La corteza y
la atmósfera de nuestra Tierra se formaron a partir de esa nube giratoria
hecha por fractales.
No podemos conocer con exactitud las condiciones que dominaban en el
centro de esa nube, pero las condiciones de su espacio interior tubular eran
diferentes de las condiciones que imperaban en la periferia de la nube.
Además, se puede inferir que en las nubes planetarias los materiales se
arremolinaban, formando rizos y espirales, como los observados en los
anillos de Saturno.
Como sabemos, la temperatura en los márgenes de la nebulosa se elevó
mucho por el bombardeo de energía y partículas aceleradas emitidas por un
Sol juvenil violento, además de las colisiones entre las partículas. Las altas
temperaturas modificaron a lo más central de la nube de polvo, vapor de
agua y gases hacia una fase más estable, o sea a la Tierra;
consecuentemente, no se pueden considerar las capas externas, ni el centro
de la nebulosa planetaria como ubicaciones prácticas para la producción de
biomoléculas.
Esto es porque las temperaturas serían más altas en el centro de la Tierra
que en la nube planetaria periférica. Los valores de temperatura se
distribuirían progresivamente comenzando desde la superficie terrestre (en
donde los trazos expresarían temperaturas por encima de los 100° C) hacia
el centro (en donde el intenso calor licua toda clase de materiales). Pero en
la capa que giraba entre la superficie de la Tierra y la capa exterior de la
nube planetaria, las temperaturas estarían por debajo de los 100° C.
Además este espacio frío localizado entre la capa más exterior de la nube
polvorienta y la superficie de la Tierra ayudaría a enfriar a la corteza
terrestre a medida que el calor de la nube fuera eliminado hacia el campo
gravitatorio.
Ahora les presentaré otra situación, imagínense una rosquilla de pan con
una canica en el hueco central. El pan representa a la nube planetaria que
giraba alrededor de la Tierra, adoptando la forma de un anillo, girando
alrededor de la esfera que representa a la Tierra. En cada punto de la
superficie de la rosquilla y de la superficie de la esfera, la temperatura era
diferente de cero ¿Es posible que ese lugar tuviera un campo de vectores
con temperaturas moderadas que partieran desde cada punto de la pared
interior de la rosquilla? Sí, sí es posible: sería un espacio en donde las
temperaturas estarían por debajo de los 100 grados Celsius.
El espacio central elástico de la rosquilla sería un fresco y confortable centro
cavernoso. Horneando una rosquilla, usted advertirá que el calor envolvente
22
del horno tostará a la capa más externa de la rosquilla, mientras que el
centro de la rosquilla permanecerá razonablemente cocinado, lejos de ser
achicharrado. Pero es una rosquilla, con un hoyo en el centro. Si usted
tuerce la rosquilla, el hoyo cambiará su forma, pero el hoyo continuará allí.
Para destruir al hoyo, usted debe cortar o fragmentar a la rosquilla. No
debemos pensar en una rosquilla compacta, sino en una nube formada por
fragmentos sueltos de diversos tamaños formando un anillo giratorio.
El punto más fuerte en este modelo es que las partículas de polvo y los
cristales de hielo de agua se dispondrían de menor a mayor diámetro a
partir de la capa del anillo más cercana a la superficie terrestre. Las
partículas más finas estarían más cerca de la Tierra y las más gruesas en la
capa más externa del anillo (la que está en contacto con el espacio sideral).
Pero el centro de la nube anillada tubular poseería una temperatura no
mayor de 40° C.
En ese centro de la nube es en donde se sintetizaron espontáneamente los
compuestos orgánicos necesarios para la construcción de los seres
vivientes. Demostrado recientemente por Max P. Bernstein et al y
Munoz-Caro et al.1
HECHOS
En 1950, Stanley Miller realizó un experimento en el que él simuló el
ambiente de la Tierra primitiva. Miller hizo circular metano y amoniaco
dentro de un contenedor de vidrio con agua caliente y con una atmósfera
simulada. Entonces agregó una descarga eléctrica. En 24 horas, cerca del
50% del carbono del metano había formado aminoácidos (componentes
principales de las proteínas) y otras moléculas orgánicas. Este experimento
ha sido repetido por muchos investigadores y los resultados cada vez son
más sorprendentes. Se ha encontrado que casi cualquier fuente de energía
(electricidad, polvo volcánico caliente, luz, radiación ultravioleta) ha podido
convertir las moléculas primitivas en una variedad enorme de compuestos
orgánicos complejos.
Sidney W. Fox et al, de la Universidad de Miami, realizaron un experimento
que simulaba las condiciones primitivas de la Tierra y obtuvieron la síntesis
de microesferas hechas de proteínas, con la habilidad de crecer, de
autorreplicarse y de realizar algunos procesos químicos que son
correspondientes a los de células vivientes.
1 http://www.astrochem.org/pub.php
23
CLAVES FUERA DE NUESTRO SISTEMA SOLAR:
En la edición de Science Express en línea, de la revista Science del 28 de
Septiembre de 2006, Pierre-Olivier Lagage y colaboradores reportaron su
descubrimiento de grandes cantidades de Hidrocarburos Policíclicos
Aromáticos en la nebulosa protoplanetaria de la Estrella en plena formación
denominada HD97048. Esto confirma mi teoría de que las biomoléculas se
formaron espontáneamente en las nebulosas planetarias, y no en
los depósitos de agua de los planetas. Otra evidencia es que el volumen
de Hidrocarburos Policíclicos Aromáticos se encuentran excitados por la
acción de la radiación Ultravioleta emitida por la estrella naciente. (Párrafo
añadido el día 3 de Octubre de 2006).
En 1999, los astrónomos descubrieron el planeta HD 209458b, en órbita
alrededor de una estrella en la constelación de Pegaso, a 150 años Luz de la
Tierra. El planeta tipo-Júpiter realiza su órbita en tres y medio días frente a
una estrella suficientemente brillante y cercana como para ser bien
observada. Usando un espectrógrafo ultravioleta a bordo del telescopio
Espacial Hubble, Alfred Vidal Madjar del Instituto Astrofísico de París y Gilda
Ballester de la Universidad de Arizona estudiaron el planeta en octubre y
noviembre de 2003, encontrando oxígeno y carbón atómicos en las capas
más exteriores del planeta.
Jan M. Hollis del NASA Goddard Space Flight Center, Franco J. Lovas de la
Universidad de Illinois y Philip R. Jewell del National Radio Astronomy
Observatory (NRAO), ha escrito un informe donde ellos reportan el hallazgo
de glicol-aldehído en un nebulosa grande cercana al centro de la Vía Láctea.
Su hallazgo es el primer descubrimiento de una molécula sencilla de azúcar
fuera de la Tierra., en el Medio Interestelar, con lo cual se comprueba mi
teoría de que las biomoléculas pudieron formarse en el Medio Interestelar.
Raymond y Beverly Sackler del Laboratorio para la Astrofísica en el
Observatorio de Leiden, Noruega, han descubierto que los Aminoácidos
pueden sintetizarse por reacciones de fase gaseosa en nubes interestelares,
por reacciones en granos de polvo sólidos, o por la modificación acuosa en
meteoritos carbonáceos. Esto sustenta mi teoría de que la radiación UV
intensa emitida por el Sol hubiese impedido la formación de aminoácidos en
el ambiente interplanetario si no hubiesen existido cristales de agua
congelada y fractales sólidos.
Perry A. Gerakines, Marla H. Moore y Reggie L. Hudson del Departamento
de Física de la Universidad de Alabama han demostrado experimentalmente
la formación de moléculas orgánicas a partir de mezclas "heladas" (T≈20-
100 K) debido a irradiación (protones de 0.8 MeV) y fotolisis (6-10 eV). Este
experimento sustenta mi teoría de que las biomoléculas se sintetizaron en
24
la región central de la nube planetaria, la cual contenía cristales de agua
congelada.
Para una lectura más amplia y las primeras comprobaciones experimentales
de mi teoría, visite:
http://pokey.arc.nasa.gov/%7Emax/abstracts.html
http://pokey.arc.nasa.gov/~astrochm/Membranes.html
CLAVES EN EL SISTEMA SOLAR:
Hay una enorme riqueza de conocimientos en las lunas de los planetas
gigantes, por ejemplo, en Titán, en Febe y en Europa. Estudiando las
características de los satélites naturales de los planetas gigantes, podríamos
entender cómo se originó nuestro sistema solar y el origen de los seres
vivos en la Tierra.
Titán y Febe son satélites naturales de Saturno. La atmósfera de Titán
contiene Amoniaco, Acetileno y Etano. La misión Huygens-Cassini ha
mostrado que Titán tiene hielo de agua y Metano. Febe contiene hielo de
agua, minerales y Bióxido de carbono. Todo ésto es una clara demostración
de que los cometas errantes no trajeron todos los componentes
fundamentales a la Tierra primitiva. Al contrario, ésto indica que los
compuestos primordiales se produjeron en la nebulosa solar. Después de
eso, el campo gravitacional de cada planeta retuvo esos compuestos.
Sabemos que los cometas pudieron haber contribuido un poco en la
formación de los planetas, pero sólo pregúntese, ¿cuántos cometas
hubieran sido necesarios para conformar los suelos y las atmósferas de
todos los planetas, asteroides, planetoides y lunas de nuestro sistema
solar? ¿No sería más fácil inferir que los cometas -así como también todos
los cuerpos del Sistema Solar- conservan aún los ingredientes de aquélla
Nebulosa Solar primitiva?
A medida que descubrimos en los alrededores planetarios más cuerpos que
se formaron con los mismos materiales ensamblados durante la generación
del Sistema Solar, los científicos reunimos más hechos en apoyo de esta
teoría con respecto al origen de los protobiontes en la atmósfera Terrestre.
Esto último fue posible por la presencia de agua congelada en los fractales,
la cual se descongelaba estando dentro de un medio calentado por las
colisiones y las reacciones químicas atmosféricas. Por ello, aún los cometas
contienen agua y compuestos orgánicos y podrían contener protobiontes,
pero inertes.
V. G. Kunde y colaboradores publicaron sus hallazgos sobre la composición
de la atmósfera de Júpiter. Ellos observaron a Júpiter con el Composite
Infrared Spectrometer y descubrieron que la estratosfera de Júpiter está
25
formada por abundantes radicales Metilo, Acetileno, Diacetileno y Etano.
También encontraron Bióxido de Carbono y Cianuro de Hidrógeno como
productos de la colisión del Cometa Shoemaker-Levy. Éste descubrimiento
estaba predicho por nuestra teoría de la nube anillada de centro esponjoso
frío que rodeaba a los planetas.
Jamie E. Elsila, J. Seb Gillette, Richard N. Zare, Max P. Bernstein, Jason P.
Dworkin, Scott A. Sandford y Louis J Allamandola del Departamento de
Química de la Universidad de Stanford y del Instituto SETI/Centro de
Investigación Ames de la NASA, han encontrado que los fractales con hielo
de las nebulosas interestelares moleculares densas contienen una gran
variedad de moléculas sencillas y moléculas aromáticas de diversos
tamaños. Los fractales congelados son fotoprocesados por medio de la luz
ultravioleta proveniente de las estrellas que forman esos sistemas estelares,
produciendo moléculas más complejas. Se ha propuesto que la fotoquímica
interestelar del hielo puede ser la fuente de los compuestos orgánicos
observados en el polvo de cometas, asteroides y meteoritos carbonáceos.
Ésto demuestra que las moléculas formadas en el medio interestelar, y
depositadas en la Tierra primitiva por los fractales promovieron el origen de
los protobiontes. (ACS Special Symposium: "Extraterrestrial Organic
Chemistry", U. C. Berkeley y SETI/NASA Ames Research Center).
Charles L. Apel , Michael N. Mautner y David W. Deamer del Departamento
de Química y Bioquímica de la Universidad de California en Santa Cruz, Cal.
Han demostrado experimentalmente la posibilidad de autosíntesis de
membranas vesiculosas de dos capas hidrofóbicas, con permeabilidad
selectiva, y la posibilidad de que estas membranas estuvieran ya presentes
en la Tierra primitiva. Esta también es prueba de que las membranas no
pudieron formarse en el espacio interplanetario ni en la superficie de la
Tierra, pues los alcoholes eran necesarios para combinarse con ácidos
monocarboxílicos, de tal forma que la mezcla de ambos era imposible en el
ambiente caliente de la Tierra recién formada. Sin embargo, con arreglo a
mi teoría, la combinación si fue posible en la atmósfera terrestre, en donde
las temperaturas no eran tan elevadas y los granos de polvo conteniendo
biomoléculas y agua eran depositados suavemente sobre la superficie
terrestre a medida que el planeta se enfriaba debido a que la nube de polvo
y vapor de agua disminuía su momento angular orbital debido a la gravedad
planetaria, al arrastre de los granos de polvo por gotas de agua pesadas y a
la fricción entre las mismas partículas.
Para una lectura más amplia y las primeras comprobaciones experimentales
de mi teoría, visite:
http://astrochem.org/aanature.html
http://pokey.arc.nasa.gov/%7Emax/abstracts.html
http://pokey.arc.nasa.gov/~astrochm/Membranes.html
26
EXPLICACIÓN PASO A PASO DE LA ABIOGÉNESIS EN LA TIERRA
La vida es una posibilidad energética en todo el Universo a partir del final
del período inflacionario y después de la gran explosión.
Los seres vivientes terrestres surgieron miles de millones de años después
de la gran explosión (unos 9000 millones de años después).
Los elementos se formaron en la nebulosa solar por efecto de la radiación
emitida por las reacciones termonucleares en el sol primigenio.
El agua y otros compuestos orgánicos e inorgánicos se formaron en la
nebulosa solar al ocurrir una oscilación en la densidad de energía que causó
una transición de fase en la materia del espacio interplanetario que permitió
la síntesis espontánea de compuestos simples, tanto orgánicos como
inorgánicos.
El agua en la nebulosa solar permitió el enfriamiento del medio interestelar,
propiciando la síntesis de compuestos orgánicos más complejos, por
ejemplo carbohidratos, amoníaco, aminoácidos, gliceraldehídos, lípidos y tal
vez globulinas, en las hoquedades y grietas de los granos de polvo
interplanetario que contenían agua que sufría transiciones de fase sólida a
fase líquida y viceversa. (http://astrochem.org/aanature.html).
La luz Ultravioleta, el calor y otras formas de radiación solar causaron la
polimerización de compuestos simples para formar moléculas complejas de
carbohidratos, proteínas y lípidos, las cuales se integraban como glóbulos
microscópicos dentro del agua congelada atrapada en los gránulos de polvo
(fractales) de las nubes planetarias.
(VÉASE: http://astrochem.org/aanature.html).
Cuando la nebulosa planetaria terrestre se enfrió lo suficiente, ocurrió la
síntesis de microesferas con membranas externas de lipoproteínas por
efecto de la luz UV y el calor generado por las colisiones entre las partículas
de polvo interplanetario. Las microesferas contenían una mayor diversidad
de compuestos orgánicos debido a que se encontraban sobre substratos
aglometantes que actuaron como lechos que facilitaron la acumulación e
interacción de substancias; por ejemplo, gránulos de Fosfato de Calcio,
Carbonato de Calcio, Carburo de Silicio, grafito, fulereno (alótropos del
carbono) o Sulfuro de Hierro, los cuales podían o no contener agua
congelada, y por la acción de agentes condensadores o substancias que
promovieron la síntesis abiótica de biomoléculas simples y complejas. Por
ejemplo, el HCN (Cianuro de Hidrógeno) y el C2H2 Acetileno. Estos
compuestos son suficientemente abundantes en los medios interplanetarios
27
en formación y han sido probados artificialmente como agentes
condensadores. La evidencia indica que la biopolimerización de las proteínas
y de azúcares complejos fue facilitada por estos agentes y por reacciones
promovidas principalmente por bosones de alta energía.
Las microesferas continuaban retenidas dentro de las partículas de polvo
(fractales) ahora suspendidas en las atmósferas planetarias. Los granos de
polvo actuaron como "cascarones" protectores de las biomoléculas contra la
radiación solar ionizante, de tal forma que las transiciones de fase
permitieron la síntesis de moléculas aún más complejas de glucoproteínas,
ceras, fosfolípidos, polisacáridos y proteínas. Estas moléculas llegaron a
construir membranas altamente estables y duraderas que contenían a las
microesferas; sin embargo, esas membranas seguían siendo efímeras por la
intensidad de la radiación solar recibida por la Tierra que podía destruirlas.
Sin embargo, muchas microesferas envueltas por membranas o por
estructuras parecidas a membranas subsistieron en ese ambiente hostil
gracias a que permanecían dentro de los granos de polvo con agua
congelada.
Debido a su baja resistencia a la radiación cósmica, no no era factible la
autosíntesis de polimerasas que pudieran promover la síntesis de
nucleótidos. Por otra parte, la síntesis de moléculas de ácidos nucléicos no
ocurre espontáneamente en la naturaleza. Por esta razón, los protobiontes
formados no contenían ninguna forma de moléculas de ADN o ARN.
La Fuerza de Gravedad mantenía pequeños montones de granos de polvo
planetario con microesferas envueltas ya en membranas amfifílicas en
órbitas planetarias, formando nubes densas de granos de polvo, vapor de
agua, amoníaco, metano, bióxido de carbono y otros gases; sin embargo, el
momento angular de las partículas y el intenso calor emitido por los mismos
planetas imposibilitaban la caída de los granos de polvo hasta las superficies
de los planetas. Más tarde las gotas de agua pesadas que se condensaban
con núcleos constituidos por granos de polvo con microesferas.
Aún suspendidos en las atmósferas planetarias, las microesferas se
aglutinaron dentro de los granos de polvo con agua para formar estructuras
prebióticas con membranas amfifílicas más complejas -llamadas
protobiontes- que aún no eran formas vivientes, pero que ya
experimentaban algunas transferencias de energía semejantes a las de
formas vivientes.
(http://astrochem.org/aanature.html).
Cuando los planetas se enfriaron lo suficiente y ocurrieron precipitaciones
pluviales, los fractales fueron arrastrados por las gotas de agua hasta la
superficie de los planetas.
28
Una vez depositados en suelos planetarios, sobre capas de suelo húmedo o
en el fondo de charcas poco profundas, los protobiontes pudieron
mantenerse estables al estar protegidos de la radiación solar intensa por
nubes densas de polvo suspendido y vapor de agua en las atmósferas
planetarias.
Miles de millones de protobiontes fueron destruidos por las condiciones
agresivas del ambiente planetario; no obstante, cuando la tierra se enfrió
aún más y el sol fue menos inestable, más protobiontes pudieron
permanecer con estructuras íntegras. La diferencia consistió en estar en un
microambiente con los factores necesarios que les permitieron resistir y
prevalecer ante la presión del ambiente planetario primitivo.
La evolución química subsiguiente consistió en la unión de los protobiontes,
unos con otros, por afinidad electroquímica. Los protobiontes se unían unos
a otros formando vesículas con membrana continua. Esas vesículas
complejas reposaban en suelos húmedos o en el fondo de charcas poco
profundas. Las fisuras y huecos del suelo llenos de substancias químicas
quedaban bajo las biomembranas formando microambientes semejantes al
citosol de las células modernas. Ello impedía la catástrofe osmótica que
hubiese ocurrido si la hipótesis del "caldo nutritivo" de Oparin fuese real. La
observación paleontológica y geológica indica claramente que ese "caldo
nutritivo" hipertónico jamás existió.
En ese momento los protobiontes que poseían configuraciones moleculares
aptas pudieron experimentar la fase biótica gracias a sucesivos cambios
químicos estructurales en las biomembranas que les permitía incorporar
péptidos complejos y glucopéptidos que promovían cambios en los campos
magnéticos que causaban la formación de gradientes electroquímicos que
conducían al establecimiento de un campo electrodinámico que permitió la
biotransferencia de energía a través de partículas con alta densidad de
energía. De esta manera apareció el primer bionte o ser viviente. Los
biosistemas primitivos fueron los antepasados de todos los seres vivientes
que existimos en el planeta.
De acuerdo con mi hipótesis, solo se requirió de un bionte viable y
autoreplicable para generar al resto de los seres vivientes que han existido
y existen sobre la Tierra. Su forma de reproducción sería semejante a la
gemación, pero en total ausencia de ácidos nucléicos. Quizás las moléculas
de proteína autocatalíticas contenían la información necesaria para su
autoréplica.
Las biomembranas extendidas sobre el suelo de las charcas, cubriendo los
huecos del fondo rellenos con sustancias químicas orgánicas podían ejercer
29
un intercambio activo de fermiones y de compuestos químicos con el medio
circundante.
La incorporación al citosol de moléculas de proteínas, carbohidratos, y otras
moléculas complejas facilitó la formación de estructuras moleculares
complejas especializadas en la transferencía de energía desde el medio
circundante; por ejemplo, moléculas de ATP sintetasa, nucleótidos de ARN,
moléculas cortas de ARN, NADP, ADP, etc. Las pequeñas cadenas de ARN
eran sintetizadas por las mismas proteínas autocatalíticas con afinidad
bioquímica por los nucleótidos haciendo las veces de topoisomerasas que
transferían la información de sus secuencias de aminoácidos hacia las
nuevas moléculas codificantes de ARN.
De esta manera, los biontes se mantenían estables por mucho más tiempo,
además de que podían transferir a través de las cadenas de ARN la
información de sus características individuales a las vesículas nuevas
generadas por crecimiento de su propio citosol. Protegidos por un cielo
oscurecido por polvo suspendido y por vapores diversos, en depósitos de
agua poco profundos y a no más de 36° C, los biontes se replicaban
mediante la formación de vesículas que se separaban de la membrana
principal a modo de burbujas o brotes que poseían las mismas
características estructurales y funcionales del bionte primitivo.
Las proteínas autocatalíticas comenzaron a dirigir la síntesis de las
moléculas cortas de ARN para formar cadenas cada vez más largas que
contenían toda la información para la propia síntesis de esas proteínas y de
moleculas idénticas de ARN. Más tarde, las mismas proteínas autocatalíticas
produjeron nucleótidos de ADN y después de cadenas completas de ADN. La
flexibilidad de esta hipótesis nos permite asumir que las ribozimas no fueron
necesarias para la síntesis de biomoléculas autoreplicables, las cuales
podían multiplicarse a través de la transformación de la configuración
cuaternaria de otras proteínas en el mismo citosol. De ahí la forma de
replicación de los priones.
Aparentemente, la Tierra fue el único planeta del sistema solar con las
condiciones propicias para la supervivencia de los biontes, aunque éstos
bien pudieron formarse en otros mundos, pero sin posibilidades de
supervivencia debido a las condiciones inapropiadas del ambiente planetario
o a transiciones de fase planetarias súbitas y extremas. Por ejemplo, en
Marte pudieron formarse seres vivientes, sin embargo, un cambio
climatológico súbito y severo en el planeta, ocurrido unos 400 millones de
años después de su consolidación, destruyó todas las formas vivientes en
ese planeta.
30
CONSIDERACIONES Y PREDICCIONES DE ESTA TEORÍA
La teoría de la Nebulosa Anillada de Fractales (NAF) sobre el origen de la
vida y de los seres vivientes considera el hallazgo de agua en el Medio
Interestelar (MI).
Considera el hallazgo de compuestos orgánicos complejos en el MI.
(CONFIRMADO).
Considera el hallazgo de agua y compuestos orgánicos complejos en otros
planetas, dentro y fuera del Sistema Solar.
Predice el hallazgo de microesferas orgánicas en el MI.
Pronostica el hallazgo de compuestos orgánicos complejos envueltos en
membranas amfifílicas en otros planetas y cuerpos espaciales dentro y fuera
del Sistema Solar.
Prevé el hallazgo de formas vivientes en otros planetas y cuerpos espaciales
de nuestro Sistema Solar.
Pronostica el hallazgo de formas vivientes en otros mundos y en otros
cuerpos espaciales fuera del Sistema Solar, en sistemas estelares dentro de
nuestra galaxia.
Predice la evolución en el Universo de las moléculas vivas hacia estructuras
cada vez más eficientes en la realización del proceso biotérmico.
CONCLUSIÓN
La vida es un estado de la energía cuantificable que puede ocurrir
en cualquier parte del Universo, siempre y cuando las condiciones
Fisicoquímicas en ese recinto del Universo sean las apropiadas para
que la energía se ubique en ese campo de energía con una posición
y momentum definidos.
De acuerdo con esta teoría, la formación de seres vivientes ocurre
simplemente como un incidente energético originado como una
eventualidad por la expresión espontánea de las leyes que gobiernan a todo
el Universo conocido.
Esta teoría elimina las tergiversaciones innovadas por el
constructivismo, la fenomenología, el creacionismo y el relativismo
cultural al ubicar la emergencia de los seres vivientes terrestres
dentro de criterios teóricos limitados por el conocimiento de las
incuestionables leyes Físicas. Por ejemplo, los constructivistas creen que
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los seres vivientes pueden surgir en algún punto del Universo en donde no
exista una estrella o sol, en tanto que el relativista creerá que los seres
vivientes pueden formarse de cualquier clase de materiales y bajo cualquier
circunstancia.
Al final de la exposición de esta conferencia para una Sociedad Astronómica,
una muchacha me preguntó que si era posible que existieran seres vivientes
más pequeños que las cianobacterias; yo le contesté que sí, pero que
existía un límite inferior en tamaño debido al arreglo específico de las
moléculas dentro de un espacio biótico dado. En otra ocasión, un asistente
me cuestionó sobre si los seres vivientes tenían que hacer uso de la energía
en forma autónoma. Yo le contesté que si no existía autonomía en la
manipulación de la energía, entonces no se trataría de un ser viviente, sino
de un ser inerte, en los cuales todos los movimientos de la energía son
espontáneos.
La definición de vida presentada aquí se ha asumido del
conocimiento que tenemos sobre la Fuerza Motriz Protónica, que se
compone de una serie de movimientos de la energía a diferentes
posiciones y momentos (microestados de la energía) en las
biomembranas (membranas de células procariotas, membranas
mitocondriales y membranas de los cloroplastos).
BREVE GLOSARIO
ABIOGÉNESIS- Se refiere al origen de los seres vivientes en forma
espontánea, sin ancestros vivientes. El origen de los primeros seres vivos
ocurrió de esta manera. El uso del término se limita al origen de los
primeros organismos vivientes.
BIOMEMBRANA- Cualquier membrana que limita el espacio de un
biosistema.
BIOSISTEMA- Cualquier sistema que realiza procesos térmicos en forma
autónoma, o sea, cualquier ser viviente. Un sistema que realiza procesos
térmicos en forma espontánea es un sistema inerte.
CAMPO BIÓTICO- Campo Electrodinámico presente en las biomembranas
que experimentan vida y que se establece por el gradiente electroquímico
generado por la Fuerza Motriz Protónica. También puede referirse a la
cantidad exacta de energía asignada para la preservación del gradiente
electroquímico en las biomembranas.
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COACERVADOS (Coacervado = agregado)- Coacervado es un sistema
simple, primitivo, no viviente, formado por macromoléculas orgánicas, en
su mayoría hidrofóbicas, englobadas por una película de agua, misma que
les proporciona protección y estabilidad. Su origen es espontáneo y
abiótico. Los coacervados son una variedad de protobiontes.
ENTROPÍA (tropé = cambio)- Entropía es la medida de la energía no
disponible en un sistema termodinámico cerrado, considerada usualmente
como la medida del número de microestados disponibles para un sistema.
La entropía es directamente proporcional al número de microestados
disponibles para un sistema, e inversamente proporcional al estado de no-
equilibrio de un sistema. A mayor número de microestados disponibles para
el sistema, mayor entropía, y viceversa. La entropía depende básicamente
de la pérdida de energía de un sistema en forma de calor, el cual se genera
a partir de cualquier transformación de un tipo de energía a otro (Fórmula:
ΔS = ∫ΔQ/T).
MICROESFERAS- Pequeñas gotas de proteínas, de lípidos, y de otras
substancias orgánicas, con capacidad para crecer y autoreplicarse,
formadas mediante el auto-ensamblaje de substancias disueltas en medios
acuosos fríos, dentro de membranas proteicas.
PROTOBIONTES (Protós = precursor, biós = vida)- Agregados no vivientes
de macromoléculas producidas abióticamente. No poseen capacidad
reproductiva, aunque sí exhiben algunas propiedades de las células vivas,
por ejemplo, el mantenimiento de un ambiente interno diferente al
ambiente circundante, el metabolismo y la excitabilidad (propiedad de todas
las células vivas).
RIBOZIMAS: Moléculas de Ácido Ribonucleico que actúan como enzimas en
la producción de proteínas catalíticas. Las ribozimas catalizan reacciones de
la misma manera como lo hacen las proteínas. También poseen una función
de almacenamiento de la información genética, tal y como lo hace el ADN.
El descubrimiento de que el ARN ostenta tanto las características de las
proteínas como las del ADN sustenta la teoría de que el ARN fue el actor
principal en la formación de los seres vivos sobre nuestro planeta. Por ello,
las ribozimas se consideran como los "fósiles" vivientes de las microesferas
de la Tierra primitiva.
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