Experimento de Miller y Urey

El experimento de Miller y Urey representa el inicio de la abiogénesis experimental, y la primera comprobación de que se pueden formar espontáneamente moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas simples en condiciones ambientales adecuadas. Fue llevado a cabo en 1952 por Stanley Miller y Harold Clayton Urey en la Universidad de Chicago. El experimento fue clave para apoyar la teoría del caldo primordial en el origen de la vida.

Según este experimento la síntesis de compuestos orgánicos, como los aminoácidos, debió ser fácil en la Tierra primitiva. Otros investigadores –siguiendo este procedimiento y variando el tipo y las cantidades de las sustancias que reaccionan- han producido algunos componentes simples de los ácidos nucleicos y hasta ATP. Esta experiencia abrió una nueva rama de la biología, la exobiología. Desde entonces, los nuevos conocimientos sobre el ADN y el ARN. Condiciones prebióticas en otros planetas y el anuncio de posibles fósiles bacterianos encontrados en meteoritos provenientes de Marte (como el ALH 84001), han renovado la cuestión del origen de la vida.

El experimento

En el experimento se usó agua(H2O), metano (CH4), amoniaco(NH3) e hidrógeno (H2). Estas sustancias químicas fueron selladas dentro de un conjunto estéril de tubos y recipientes de cristal conectados entre sí en circuito cerrado. Uno de los recipientes estaba medio lleno de agua líquida e otro contenía un par de electrodos. Se calentó el agua líquida para que se evaporase, y los electrodos emitían descargas eléctricas a otros recipientes, que atravesaban el vapor de agua y los gases de matraz, y que simulaban los rayos que se producirían en una atmósfera de Tierra primitiva. Después, la atmósfera del experimento se enfrió de modo que el vapor de agua condensa de nuevo y las gotas volviesen al primer recipiente, que se volvía a calentar en un ciclo continuo creando así la vida de microorganismos.

La historia del experimento

Es muy importante saber que estos dos hombres comprobaron La Teoría de Oparin y además comprobaron que no era falsa. En 19535 Stanley L. Miller , estudiante de la Universidad de California, le propuso a su director Harold Urey realizar un experimento para contrarestar la hipótesis de Alexander Oparin y J. B. S. Haldane, según la cual en las condiciones de la Tierra primitiva se habían producido reacciones químicas que condujeron a la formación de compuestos orgánicos a partir de inorgánicos, que posteriormente originaron las primeras formas de vida. Urey pensaba que los resultados no serían concluyentes pero finalmente aceptó la propuesta de Miller; diseñaron un aparato en el que simularon algunas condiciones de la atmósfera de la Tierra primitiva.

Descripción

El experimento consistió, básicamente, en someter una mezcla de metano, amoníaco, hidrógeno, dióxido de carbono, nitrógeno y agua a descargas eléctricas de 60.000 voltios a temperaturas muy altas. Como resultado, se observó la formación de una serie de moléculas orgánicas, entre la que destacan ácido acético, glucosa, y los aminoácidos glicina, alanina, ácido glutámico y ácido aspártico, usados por las células como los pilares básicos para sintetizar sus proteínas.

En el aparato se introdujo la mezcla gaseosa, el agua se mantenía en ebullición y posteriormente se realizaba la condensación; las sustancias se mantenían a través del aparato mientras dos electrodos producían descargas eléctricas continuas en otro recipiente.

Después que la mezcla había circulado a través del aparato, por medio de una llave se extraían muestras para analizarlas. En éstas se encontraron, como se ha mencionado, varios aminoácidos, un carbohidrato y algunos otros compuestos orgánicos. El experimento ha sido repetido en múltiples ocasiones, obteniendo compuestos orgánicos diversos. Sin embargo, aún no se han obtenido proteínas.

En 2008, otros investigadores encontraron el aparato que Miller usó en sus tempranos experimentos y analizaron el material remanente usando técnicas modernas más sensibles. Los experimentos habían incluido la simulación de otros ambientes, no publicados en su momento, como gases liberados en erupciones volcánicas. El análisis posterior encontró más aminoácidos y otros compuestos de interés que los mencionados en el experimento publicado.7 8 9 10

Química del experimento

La primera fase de las reacciones entre la mezcla de gases del experimento origina cianuro de hidrógeno (HCN), formaldehido (CH2O) y otros compuestos activos intermedios como acetileno, cianoacetileno, etc:

CO2 → CO + [O] (oxígeno atómico)

CH4 + 2[O] → CH2O + H2O

CO + NH3 → HCN + H2O

CH4 + NH3 → HCN + 3H2 (proceso BMA)

El formaldehido, amoníaco, y HCN pueden después experimentar una reacción llamada síntesis de Strecker para formar aminoácidos u otras biomoléculas:

CH2O + HCN + NH3 → NH2-CH2-CN + H2O

NH2-CH2-CN + 2H2O → NH3 + NH2-CH2-COOH (glicina)

Además, el agua y el formaldehido pueden responder debido a la reacción de Butlerov para producir varios azúcares como la ribosa.

Impacto

Este experimento, junto a una considerable evidencia geológica, biológica y química, ayuda a sustentar la teoría de que la primera forma de vida se formó de manera espontánea mediante reacciones químicas. Sin embargo, todavía hay científicos que no están convencidos. El astrofísico británico Fred Hoyle -oponente a la teoría del Big Bang y defensor de un universo estacionario, en su momento- comparó la supuesta posibilidad de que la vida apareciera sobre la Tierra como resultante de reacciones químicas con el "equivalente de que un tornado que pasa por un cementerio de autos logre construir un Boeing 747 a partir de los materiales recopilados allí". El consenso entre los biólogos es que la interpretación estadística de Hoyle es errada, y se refieren a este argumento como la falacia de Hoyle.

Caldo primigenio

El caldo primigenio, también llamado primordial, primitivo, primario, de la vida, sopa primitiva,1 prebiótica2 o nutricia, entre otras denominaciones, es el punto central de la hipótesis más aceptada para la creación de la vida en nuestro planeta. El experimento se basa principalmente en reproducir en un lugar hermético las condiciones que se dieron en la tierra hace millones de años junto con el caldo primitivo, es decir, los elementos en las proporciones en las que se encontraban entonces. El líquido, rico en compuestos orgánicos, se compone de carbono, nitrógeno e hidrógeno mayoritariamente, expuesto a rayos ultravioletas y energía eléctrica. El resultado es que se generan unas estructuras simples de ARN, en su momento versión primitiva del ADN, base de las criaturas vivas. Parte de este resultado dio origen a la teoría dawkinsiana (que no darwiniana) de la evolución.

El concepto se debe al biólogo ruso Aleksandr Oparin, que en 1924 postuló la hipótesis de que el origen de la vida en la Tierra se debe a la evolución química gradual a partir de moléculas basadas en el carbono, todo ello de manera abiótica.

Demostración experimental

Stanley Miller demostró un modelo experimental del caldo primigenio en 1953 en la Universidad de Chicago. Introdujo agua, metano, amoníaco e hidrógeno en un recipiente de vidrio para simular las supuestas condiciones de la Tierra primitiva. La mezcla fue expuesta a descargas eléctricas y, una semana después, una cromatografía en papel mostró que se habían formado varios aminoácidos y otras moléculas orgánicas. El modelo postula que el origen de la vida se produjo a partir de tales moléculas que, tras formarse en la atmósfera primitiva, fueron arrastradas por la lluvia hasta el océano primordial, donde se combinaron para formar proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas de la vida.

Argumentación

El problema central es el tiempo de vida de los polímeros, debido a la ruptura de los mismos por hidrólisis en el océano primitivo. Además, la síntesis abiótica produce una mezcla racémica de isómeros D y L, y los seres vivos utilizan casi exclusivamente formas L. Se ha sugerido que los polímeros primigenios se ensamblaron sobre minerales sólidos, como la arcilla. Así, se han conseguido sintetizar en el laboratorio polinucleótidos y polipéptidos de unas 50 unidades.[cita requerida] hilas

Trabajo posterior

Christopher Wills y Jeffrey Bada de la Universidad de California, San Diego, sostienen que moléculas orgánicas pequeñas pudieron reaccionar con moléculas mayores en películas aceitosas en playas y charcos de marea. Algunas moléculas que permanecieron en la película y resisterieron el lavado de las olas fueron seleccionadas de acuerdo con las reglas de la selección natural. Gradualmente, evolucionaron sistemas más complejos con primitivas funciones bioquímicas. Finalmente, tales sistemas empezaron a replicarse por mecanismos genéticos más simples que los del ADN y ARN actuales.[cita requerida]

Los ribozimas pueden catalizar la unión de nucleótidos para originar cortos oligonucleótidos que son cadenas complementarias de ellos mismos, siguiendo las reglas de emparejamiento de las bases nitrogenadas. Es posible que la vida comenzase con ARN antes de que las proteínas empezasen a actuar como enzimas y que el el ADN adquiriese el papel genético que desempeña en las formas de vida actuales. Estas ideas se ven apoyadas por el hecho de que la ribosa (componente del ARN pero no del ADN) sea una parte esencial en la estructura de moléculas universales y claves para la vida, como el ATP, NAD, FAD, coenzima A, AMP cíclico, etc., mientras que la desoxirribosa se halle casi exclusivamente en el ADN.

En pocas palabras: