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Miércoles, 02/09/15 - 00:20 h

Genética

50 soluciones a la paradoja de Fermi (43ª solución): La aparición de la vida es rara

Sergio L. Palacios

Viernes, 18 de enero del 2013 - 11:03

Lee el artículo completo en: Física en la ciencia ficción

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A efectos prácticos, estamos solos. La única vida inteligente del universo visible parece estar en la Tierra. Pero, como siempre, hay posiciones encontradas. Detengámonos por un momento en la cuestión de lo que se puede considerar vida y la forma en que debería aparecer.En principio, aunque discutible, pero que podría servir como definición, algo está vivo si cumple las siguientes condiciones:Debe estar formado por células. Si supiésemos cómo se originaron las células entenderíamos cómo surgió la vida. Existen células procariotas (carecen de núcleo) y eucariotas, mucho más complejas y con un volumen unas 10.000 veces mayor. Las eucariotas son capaces de unirse para formar organismos multicelulares como plantas, hongos, animales. Según esto, los virus y los priones no son vida. Debe poseer metabolismo. Es decir, el proceso por el que las células toman energía, la transforman según sus necesidades y excretan los productos sobrantes. El metabolismo tiene lugar a través de la acción catalizadora de las enzimas. Las enzimas, a su vez, están constituidas por proteínas. Las instrucciones para crear proteínas están contenidas en el ADN, mientras que la maquinaria bioquímica de la síntesis de proteínas se basa en el ARN. Se reproduce o procede de otros objetos que podrían reproducirse. Las células pueden reproducirse de forma individual o sexualmente mediante una "compañera", y el mecanismo de la reproducción es el ADN. Según esto, los cristales no se reproducen sino más bien se replican y, por tanto, no están vivos; las mulas son estériles pero proceden de otros animales que sí se reproducen. Las mulas son seres vivos.Debe evolucionar. La evolución darwiniana es un aspecto clave de la vida. Las cuatro características enumeradas son más que suficientes para tomarlas como base de una discusión, aunque obviamente la definición puede mejorarse. Ahora ya podemos preguntarnos cómo empezó la vida.Evidentemente, nadie sabe la respuesta a esta pregunta pero en los últimos años el avance ha sido considerable y ha tomado dos caminos, principalmente: la búsqueda del ancestro común más antiguo y la comprensión de la química que pudo conducir a las primeras formas de vida. La primera de ellas es fruto del hecho llamativo de que prácticamente todos los organismos vivos conocidos comparten el mismo código genético. Algunos científicos creen que tanto las eucariotas como las procariotas pudieron surgir al mismo tiempo; en cambio, otros creen que eventos tipo Tierra bola de nieve pudieron crear las condiciones para que apareciesen las eucariotas.Si hay una molécula que merezca el título de "molécula de la vida", es la del ADN. El ADN es un polímero de nucleótidos. Un nucleótido consta de tres partes: un azúcar desoxirriboso, un grupo fosfato y un par de bases nitrogenadas, que pueden ser purinas (adenina y guanina) o pirimidinas (citosina y timina).Una de las claves del ADN es su capacidad de réplica y reproducción. En estos procesos también juega un papel determinante el ARN. Existen diferencias marcadas entre el ADN y el ARN, tanto estructurales como químicas y también funcionales. Así, hay distintos tipos de ARN: mensajero, ribosómico y de transferencia.La capacidad del ADN para autoreplicarse es el secreto de la vida y su capacidad de perpetuarse. Por eso los hijos se parecen a los padres. Pero para que la vida evolucione y las especies se conviertan en otras especies, la herencia debe ser imperfecta; debe darse alguna variación en la descendencia para que la selección natural pueda actuar. Afortunadamente, el ADN produce, de cuando en cuando, mutaciones, ya sea por error en el proceso de réplica, daños por radiación, agentes químicos u otros factores. Cuando la mutación resulte beneficiosa se transmitirá de generación en generación.Lo que realmente hace tan fascinantes a los ácidos nucleicos es que codifican y sintetizan proteínas y las proteínas son las que permiten a la vida hacer cosas.Las proteínas son unas macromoléculas de enorme versatilidad. Pueden actuar como enzimas, como hormonas y proporcionar estructura (el cabello, los músculos y las lentes de los ojos son mayormente proteínas).Una proteína es una secuencia larga de aminoácidos dispuesta en una estructura tridimensional. Cada una de estas secuencias posee una forma particular; si cambia la secuencia se modifica la manera en que se organiza la proteína y, por tanto, la tarea que desempeña. Las proteínas emplean 20 aminoácidos distintos, aunque en la naturaleza existen muchos más con importancia en la biología. Distintos aminoácidos poseen propiedades diferentes: los hay hidrófilos, hidrófobos, etc.El código genético es, esencialmente, universal y salvo unas pocas excepciones, todos los organismos de nuestro planeta lo utilizan. Ahora bien, ¿esta universalidad implica que es el único posible? ¿Quizá originalmente hubo varios códigos distintos y el actual se impuso a los otros, de alguna manera? ¿O, por el contrario, sólo surgió uno y esta unicidad constituye una barrera insalvable para la evolución?Recapitulando: el ADN almacena información genética y replica la información cuando la célula se divide. Esto es todo lo que hace, que no es poco. Pero el trabajo de expresar la información corresponde al ARN. Utilizando el código genético universal la información se transcribe del ADN al ARN para luego ser traducida como síntesis de proteínas.Supongamos que los pasos que conducen de las primeras proteínas y ácidos nucleicos al ancestro común más antiguo son, si no inevitables, al menos comprensibles mediante los procesos físico-químicos conocidos. Pero la pregunta sigue siendo ¿cómo aparecieron las primeras proteínas y ácidos nucleicos? Si el paso de la química inorgánica al ADN y las proteínas es un fenómeno raro e inusual, entonces hemos resuelto la paradoja de Fermi.Los ingredientes básicos de las macromoléculas de la vida parecen fácilmente sintetizables. De hecho, se pueden encontrar aminoácidos en el espacio interestelar y en experimentos de laboratorio que intenten reproducir las condiciones de la atmósfera terrestre primitiva (recordemos la experiencia de Stanley Miller y Harold Urey en 1953).¿Cómo es entonces la probabilidad de que procesos naturales conduzcan a la síntesis de moléculas de la vida, sin más que darse unas condiciones no demasiado exigentes? ¿Es grande o, por el contrario, muy pequeña, como aducen muchos creacionistas? Al fin y al cabo, una proteína formada, por ejemplo, por 584 aminoácidos tiene una probabilidad de ser sintetizada aleatoriamente de 1 en 10760, aproximadamente.El surgimiento de la vida parece, además, sufrir la paradoja del huevo y la gallina: el ADN produce las proteínas y éstas, a su vez, son necesarias para formar el ADN y así, sucesivamente.Argumentos como los precedentes parecen ser fatales para el surgir fortuito de la vida. Sin embargo, los últimos avances en bioquímica podrían traer nuevas esperanzas. Imaginemos un lago de la Tierra primigenia y supongamos que en el agua hubiese tan sólo 10 aminoácidos susceptibles de formar péptidos; ahora supongamos que un péptido con una longitud de 20 aminoácidos presentase alguna característica como catalizador favorecida por selección natural. En tal caso, la naturaleza solamente necesitaría 1020 combinaciones para producir dicho péptido, algo que podría lograrse en las escalas de tiempo que se consideran (millones de años). Si hubiese 100 péptidos útiles diferentes, cada uno formado por 20 aminoácidos, entonces si dos de dichos péptidos se uniesen podrían dar lugar a un millón de péptidos diferentes, cada uno conteniendo 40 aminoácidos. Análogamente sucedería con 60, 80, 100, etc. En definitiva, habría tiempo suficiente para que apareciesen las proteínas en la Tierra.Razonamientos parecidos pueden explicar la existencia del ADN original y de la paradoja del huevo y la gallina anteriormente aludida. En efecto, en la década de 1980, Altman y Cech demostraron que ciertos tipos de ARN podían actuar como catalizadores y jugar el papel de enzimas. Este ARN actuaba como material genético y como enzima. De todas formas, no pensemos que todo está resuelto. No está claro cuál ha sido el camino químico que condujo a la aparición del primer ARN. Además, restan otras cuestiones por comprender: por qué la vida sólo utiliza la variante levógira de los aminoácidos. Sea como fuere, lo que parece fuera de toda duda es que la vida surgió en nuestro planeta "demasiado fácilmente".Nuestro planeta se formó hace unos 4.500 millones de años y tan sólo un máximo de 700 millones de años después la vida había evolucionado en la Tierra, cosa que sabemos por evidencias encontradas en rocas sedimentarias de Groenlandia.Los fósiles más antiguos tampoco son mucho más jóvenes que los sedimentos anteriores: los estromatolitos de Australia occidental tienen 3.500 millones de años. Hay que señalar que estos 700 millones de años constituyen un límite superior y es probable que la vida emergiera en la Tierra incluso antes, ya que las condiciones de intenso bombardeo de meteoritos que sufría nuestro planeta bien podría haber acabado con toda la vida que hubiese surgido en aquella era en concreto.Todo lo anterior ha provocado que no pocos científicos crean que este surgimiento sumamente veloz de la vida en la Tierra no pudo tener lugar sin ayuda, con lo cual han abrazado la hipótesis de la panspermia.Si la vida vino del espacio, ¿de dónde proceden estas semillas? Más aún, si estas semillas han viajado por el espacio interestelar, habrán podido sembrar muchos otros planetas; la vida sería ubicua. Por otro lado, hay científicos que creen que la vida pudo surgir en Marte, donde las condiciones primigenias eran más favorables. Posteriormente, al perder su agua el planeta rojo y hacerse más habitable la Tierra, el bombardeo de nuestra superficie con material marciano pudo traer aquí la vida. Puede que sean necesarios dos planetas, al menos, para que surja la vida: uno pequeño y otro más grande y que los impactos de meteoritos sean abundantes. Una tal combinación de circunstancias podría ser altamente improbable.La forma directa de determinar si la vida pudo surgir en condiciones naturales es hallándola en otros planetas. Si encontrásemos organismos, por muy simples que fuesen, en el sistema solar, sabríamos que la vida no es única en la Tierra.El ingrediente clave parece ser el agua. En el pasado Marte tenía agua, así que hay posibilidades reales de encontrar vida marciana. Asimismo, existen otros cuerpos con agua en el sistema solar: Europa, Calisto, Titán. Puede que no se trate de vida inteligente ni compleja, pero si sabemos que la vida surgió de forma independiente en otros rincones del sistema solar, ¿cómo podríamos afirmar que esto no es así por toda la galaxia o incluso en otras galaxias distintas de la nuestra?yistas? Al fin y al cabo, una pry la gallina: el ADN produce las prote 10o aducen muchos creacionistas? Al fin y al cabo, una pryNOTAS:Esta entrada participa en el XXI edición del Carnaval de Química, organizado por @Ununcuadio en su blog Pero esa es otra historia y debe ser contada en otra ocasión.Esta entrada participa en la XX edición del Carnaval de Biología, hospedado por @Multivac42 en su blog Forestalia.

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