sábado, 17 de mayo de 2014

Una breve historia de casi todo: 19) La aparición de la vida

Si pensamos en probabilidades, en el número de opciones que necesitan las proteínas para formarse a partir de sus unidades estructurales, los aminoácidos, el número es gigantesco. Es tan grande que el tiempo necesario para que una de esas opciones cree algo tan maravilloso como la hemoglobina, la proteína encargada del transporte del oxígeno en la sangre, es prácticamente infinito. Este proceso matemático es la base usada por creacionistas para justificar la existencia de un creador. Pero para la ciencia las cosas no funcionan de esa manera. Todo comenzó con estructuras muy simples, átomos de carbono, hidrogeno, nitrógeno, oxigeno, junto con algo de azufre y fosforo (entre los más importantes) que nadaban sin mayores perturbaciones en una inmensa cantidad de agua salada. Con el paso de millones de años y con las condiciones energéticas que brinda la tierra primigenia (radiación cósmica, tormentas eléctricas, fumarolas subterráneas) estos átomos comienzan a unirse para formar unidades más complejas (moléculas), ha surgido la evolución, el verdadero motor de la vida en el planeta tierra. Hay quien sugiere que las moléculas de la vida, los aminoácidos, pudieron venir desde el exterior (panspermia), otros científicos piensan que las condiciones primordiales terrestres eran suficientes. Sin embargo el mecanismo y el momento exacto de la aparición de la vida aun no están completamente determinados. En cualquier caso la situación va desde moléculas simples hacia moléculas cada vez más complejas. Con este método no se necesita de probabilidades infinitas, pues las combinaciones que resultan favorables se mantienen y sobre ellas se realizan nuevas modificaciones o adiciones. Así “dos o tres aminoácidos se unieron con algún objetivo simple y luego, al cabo de un tiempo, se tropezaron con otro pequeño grupo similar y, al hacerlo, «descubrieron» alguna mejora adicional”. Esto ocurrió hace ya unos 3600 millones de años atrás. La conclusión obvia es que en el Universo el proceso hacia la complejidad no necesita de un director. Es natural, espontáneo y absolutamente fiable. Las moléculas complejas luego se asociaron en una especie de membrana celular primitiva que permitiría nuevas adaptaciones y modificaciones aislando y protegiendo el conglomerado del exterior. Un buen tiempo después nacerá la primera y primitiva célula, que luego poblaría el planeta mediante colonias de bacterias creando un paisaje alienígena de volcanes inmensos y activos, junto a una especie de rocas bacterianas, los estromatolitos, mientras las cianobacterias, o algas verde-azuladas, aprendieran a aprovechar la energía solar inventando la fotosíntesis. Esta primitiva célula, mediante igual proceso evolutivo, cambiaría de una estructura simple, sin núcleo, hacia células que cooperaron entre si y formaron una de mayor complejidad, la célula eucariota. Esta nueva célula puede manejar mucha más información y terminará conteniendo estructuras con funciones determinadas y específicas como las mitocondrias o como los cloroplastos, con lo que la vida fue haciéndose más compleja ideando dos tipos de organismos muy diferentes: los que expelen oxígeno (como las plantas) y los que lo absorben (como los animales). Finalmente, las células eucariotas aprendieron un truco que costó unos mil millones de años pero que garantizo su supervivencia y variabilidad: aprendieron a agruparse en seres pluricelulares complejos; así se hizo posible la aparición, existencia y supervivencia de entidades grandes, visibles y complejas como tú y como yo.

Alexis Hidrobo
Profesor Química Univeridad San Francisco de Quito
Redactor en Hablando de Ciencia, puedes leer sus estupendos artículos aquí

15 comentarios:

  1. Muy buen resumen Alexis, encantado de que participes en el proyecto.

    Y ahora las cosillas que he pensado mientras leía el capítulo:

    La primera es el "atino" de Bryson de nombrar el proceso de cristalización, normalmente lo suelo usar en mis clases. El caso es que los alumnos muchas veces te preguntan como va a ser posible que se ordenen las cosas y salga una célula si "nada" (Dios, mente...) las ordena. El ejemplo de la cristalización es muy bueno porque te permite demostrarle que las cosas hacen lo que hacen "solas" si están en las condiciones adecuadas (creo que la cristalización es un buen ejemplo para explicar la direccionalidad de las reacciones químicas).

    Lo segundo que me ha llamado la atención ha sido la parte del texto que explica como se formó la atmósfera actual. Me ha llamado la atención porque al leer un par de frases he pensado: "una especie (las cianobacterias) han usado a lo salvaje recursos que tenían a su alcance y generado tal cantidad de desechos (oxígeno) que finalmente las nuevas condiciones que ellas generaron condujo a una gran extinción" Atención pregunta ¿en qué especie estoy pensando ahora mismo?. Por cierto, recomiendo ver la película HOME y si podéis me comentáis que os parece.

    Y lo tercero ha sido el ejemplo de las máquinas tragaperras para visualizar a las proteínas. Creo que podría salir actividades para clase bastante motivadoras usando esa idea, ¿no creéis?.

    Saludos a todos y gracias nuevamente por el resumen Alexis.

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  2. Me ha hecho daño en los ojos leer expresiones de Bryson como que "dos o tres aminoácidos se unieron con algún objetivo simple" y "descubrieron" algo, o que las células "aprendieron" e "inventaron". Será coloquial y metafórico y lo que quieras, pero es rotundamente falso: las moléculas y las células ni tienen objetivos, ni aprenden, ni descubren ni inventan. No hay excusa para utilizar esas expresiones finalistas cuando parte de la audiencia puede no tener demasiado claro en qué consiste la evolución.

    ¿Es un buen ejemplo el de la cristalización para hablar de la vida? Es cierto que sirve paa explicar que las cosas pueden hacer cosas complicadas ellas solas, pero el aparente orden de un cristal no es más misterioso que el de una caja llena de canicas que se apilan en capas regulares, mientras que la vida es algo totalmente distinto.

    ¿Es un buen ejemplo el de las cianobacterias para hablar de la contaminación? Bueno, casi extinguieron la vida (incluyendo sin duda la de otros posibles orígenes). Pero al fin y al cabo estamos aquí, así que podría pensarse que no es para tanto. Y la extinción que nosotros podamos provocar seguramente no sería mucho peor que la que extinguió a los dinosaurios.

    La verdad es que el origen de la vida es uno de los dos grandes misterios que quedan a la ciencia (el otro es la relación entre mente y cerebro) y sabemos muy poco. El que aparentemente surgió "enseguida" (en cosa de decenas de millones de años) no acaba de resolver siquiera si es algo "químicamente inevitable" o una casualidad única, porque puede provenir de otro sitio. Para acercarnos a una solución hay que mirar fuera de la Tierra: Marte, Europa, otros soles...

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    1. Comparto tu primer párrafo. Me duele no haberme dado cuenta, es algo que siempre critico. Diré a modo de disculpa que leí el capítulo esta madrugada a las 5 y media, después de limpiar los vómitos de mi hijo y esperando a que se le pasará el dolor de estómago. Pero ya que lo comentas siempre he tenido una duda (a algunos les va a parecer que soy un pesado): ¿en inglés estas expresiones son también finalistas? lo digo porque la gran mayoría de los documentales, la gran mayoría de los libros de texto... recogen expresiones de ese tipo y siempre me he planteado si no será por una mala traducción.

      Con respecto a lo de la cristalización, es obvio que tienes que dejar claro que es algo mucho más complejo, pero lo veo útil para "derrotar" la idea de que existe una "fuerza vital" que hace que ocurran las cosas como ocurren (en el fondo es la misma tendencia finalista que parece intuirse en frases como las que tú, y yo, criticamos).

      Y con respecto a las cianobacterias no se si son buen o mal ejemplo de comparación con el cambio climático, no me lo he planteado. Solo digo que al leerlo me he acordado de HOME (película que vi hace un par de días) y lo que me gustaría que me comentaras (comentarais) es que os parece dicha película (lo mismo en el comentario anterior no lo había dejado claro).

      Y completamente de acuerdo que son dos grandes misterios, no se si son los más grandes pero si que son dos grandes misterios.

      Un saludo y me alegra que te sigas pasando por aquí.

      Nota: me interesa mucho lo de HOME porque estoy planteándome usarla en mis clases.

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  3. Pues a mi me ha parecido un capítulo estupendo, me ha gustado mucho. Quizá por mi desconocimiento del tema no he detectado fallos ni me he puesto a criticarlo, aunque a raiz de vuestros comentarios deduzco que, a lo mejor, hubiera sido mejor que Bryson no se hubiera metido en aspectos demasiado técnicos y se hubiera quedado sólo con los puntos generales.
    Aún así, vuelvo a decir que me ha gustado mucho.
    No he visto HOME y la verdad es que ni siquiera había oído hablar de ella, supongo que lo mío no es la cartelera del cine. Me la apunto para este fin de semana.

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    1. Lo que ha dicho Epicureo sobre las frases finalistas (aquellas que atribuyen a los procesos/células una intencionalidad -aprender, descubrir...-) no es cuestión baladí, induce a pensar que existe una "fuerza/energía vital orientadora" en los procesos bioquímicos de los seres vivos distinta de la que existe en los procesos químicos normales y por lo tanto da argumentos al creacionismo, a las medicinas alternativas tipo espiritual...

      Con respecto a HOME se estrenó hace años (yo tampoco la había visto) y se hizo simultáneamente en YouTube y en los cines. Es una pelicula donde se ven imágenes aéreas de la Tierra y ella (la Tierra) habla de como nos ve a nosotros (los seres humanos). A mi me ha dejado impresionado y quizás la use el Día del Medioambiente en mis clases, pero pido opinión porque me ha parecido que es un poco quimiofóbica cuando habla de los pesticidas (desde mi punto de vista, los que se degradan al poco de echarlos y si se hace tal y como indican los estudios de como usarlos, no son malos).
      Manda muchos mensajes para lograr concienciar de que hay muchas cosas que cambiar y creo que el director tiene la intención de que sean para unir a científicos y ecologistas, pero no estoy seguro de si se me ha escapado algo.
      El enlace para verla es http://www.youtube.com/watch?v=SWRHxh6XepM

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    2. Entonces no había entendido bien el comentario. Aún así, sigo pensando que Bryson es mejor que no se meta en cosas que no entiende bien porque, al igual que nos pasa a todos eso nos lleva a dar nuestra opinión que en muchos casos puede que lleve a confundir al lector (creo que es lo mismo que le pasa a Punset, se queda en la superficie y extrae sus propias conclusiones y, claro, al final termina liándola).
      Gracias por el enlace a HOME, la veré y te daré mi opinión. Puede que intente unir a científicos y ecologístas, algo que es muy necesario, pero muchas veces son posturas enfrentadas y bastantes sesgadas por la ideología, sobre todo los ecologistas. Ya te contaré.

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    3. La verdad es que no he sido consciente de ese lenguaje finalista. Aunque no soy tan "sensible" a ese tipo de lenguaje: no más que a las continuas metáforas y comparaciones de las que está plagado el libro, desde poner los números sin notación científica, a todo lo que queráis... Hay ciertas "licencias" que siempre que se usen con medida y adecuadamente no me parecen mal. También está que independientemente de si me molesta "científicamente" hablando, es algo que es muy difícil de cambiar, así que mejor me aguanto ;P Por ejemplo, llamar a la masa, peso cuando vamos a comprar; o una que me pone excesivamente nerviosa es llamar plásticos a los polímeros. Ojalá viviéramos en un mundo ideal donde nos expresáramos todos correctamente, y donde no hicieran falta recurrir a ellas. Me estoy liando :P lo que quiero decir es que en un libro de divulgación general no me parecen mal (clasifico el libro de Bryson como uno que pueda leer cualquier persona tenga conocimientos científicos o no los tenga), si estuviéramos hablando de un libro más especializado sobre la vida, SÍ me parecería mal. Una vez más, distingo varios niveles de divulgación..., por ejemplo Francis Villatoro tiene un nivel de divulgación para un público más especializado que otros. Pero vaya, JC como tú eres profe sabrás más en qué errores (por mucha metáfora que lleven) es mejor no cometer por el bien de la educación. Así que me fío de ti y de Epicureo ;)
      No había oído hablar de HOME, me la apunto.

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  4. El capítulo me ha gustado mucho. Cuando habla de probabilidades yo me pierdo: por una parte, porque siempre se me ha dado mal ese área de las mates (quiero decir: especialmente mal), y por otra parte un argumento que suele usar la gente es que si eso ha ocurrido al menos una vez (que sepamos) eso "cambiaría" las probabilidades. Quizá no matemáticamente pero podría ser indicativo de que hay un mecanismo que aún no conocemos..., y que inclinaría la balanza a favor de que apareciera la vida. La verdad es que me parece un tema apasionante. Mientras leía iba pensando en lo poquito que sabemos... Algo así como la reflexión que hacía Bryson, o alguno de vosotros al resumir (perdonad que tenga la memoria como un colador :P) de que en el fondo es un misterio el interior de nuestro planeta. Y a la vez iba pensando que será fascinante ir aprendiendo y descubriendo cosas nuevas en estos temas :)

    Sobre el origen de la vida, he recordado un par de artículos que me parecieron interesantes:

    -Exocomets
    -Ice World: ¿un mundo de hielo para la aparición de la vida?

    Si tenía algo más que decir, ahora mismo no me acuerdo... Volveré...

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  5. Bienvenido Alexis
    Buen resumen aunque podrías haber propuesto algún tema de debate que ahora nos liaremos mosotros y es peor ;-)

    Lo primero que me ha llamado la atención es la publicación del experimento de Miller como algo que ya se controlaba. Un primer éxito y ya somos los jefes de de la creación de vida.
    Lo de la probabilidad de que se unan las moléculas no lo he visto tan finalista, como dice Dolores, aunque será por mi poco dominio del tema. Yo lo he entendido como una suerte que podría no ser tan complicada como la probabilidad parece indicar. Desde luego estoy con Epicureo, "las moléculas y las células ni tienen objetivos, ni aprenden, ni descubren ni inventan". Habrá uniones porque exista una atracción y el resultado puede ser estable y continuar pululando hasta unirse a otra molécula...
    Al no haber nada definitivo sobre "el origen" creo que Bryson ha tirado por el camino de en medio y consigue engañarnos hasta que llega alguien que sabe del tema, ya lo hemos comentado otras veces.
    El ejemplo de la cristalización sí lo veo como introducción al orden, pero unirse cosas iguales dista bastante de la aparición de la vida. De acuerdo, es un principio.
    El ejemplo de las cianobacterias me encanta , es evolución pura. Descubren una nueva forma de obtener energía y cambian el medio en el que viven. Al menos ellas no eran conscientes...

    Descargando Home, aunque seguramente la veré en clase directamente, si tengo que parar a explicar algo lo haré y te cuento.

    Buena pinta tienen los enlaces, los miro luego

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  6. Estimados: Yo estoy de acuerdo con Dolores. Hay grados de divulgación, y como todos sabemos Bryson no es un experto en biología o química. No creo que use las expresiones metafóricas con el objeto de confundir o engañar a la gente, simplemente creo que es la forma mas fácil de entenderlo, incluso yo en mis clases de química orgánica suelo decir que el carbono decide pasar de un estado de hibridación a otro; con eso no quiero decir que el carbono sea inteligente ni nada por el estilo sino que en determinadas condiciones el mecanismo de reacción lleva a especies más estables para disminuir la energía de un determinado estado intermediario. No creo que hay que se tan puristas en un libro de divulgación general. Por otro lado se podría pensar en por que el carbono es el elemento adecuado para la vida. ¡Por que no otro? ¿creen que exista esa posibilidad en algún lugar de universo? Un cordial saludo.

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    1. Cierto, para acercar una idea nueva a alguien nada mejor que tomarse alguna licencia y ponerselo fácil.

      Me encanta la idea de otro elemento como base de la vida. Las posibilidades de cuatro enlaces me parecen muy importantes, así que subiré un escalón al silicio. Bueno, lo bajo en la tabla.
      Si subimos la temperatura unos cientos de grados haremos que enlaces que para nosotros son fuertes se vuelvan lábiles y otros que no se dan con facilidad en la nuestra naturaleza terrestre serían de lo más normales.
      Si nos vamos a un planeta mucho más fresquito de nuevo cambiaría todo. No habría manera de que se diesen reacciones necesarias para nuestra vida. Pero otros enlaces que aquí no se dan por exceso de energía de los átomos serían normales. Esta opción me convence menos.

      Creo que hay, habrá o ha habido vida en otro planeta en algún planeta. Pero la coincidencia temporal a escala del Universo la veo muy difícil, como ya comentamos.

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  7. El grave problema del Si es que tiende a formar compuestos sólidos en donde es muy improbable que ocurran las millones de colisiones atómicas necesarias para generar moléculas simples y mucho menos complejas. Si tomamos como ejemplo el Si con oxigeno forma arena, y no pasa nada; mientras que el carbono permite formar CO o CO2 que son gaseosos y pueden disolverse en agua en donde chocaran con otras moléculas disueltas dando posibilidad a la complejidad.
    Lo de la coincidencia temporal es muy interesante, y yo llego tarde a esa conversación, pero creo que la magnitud del Universo es tal que la posibilidad de vida (no inteligente) al mismo tiempo es muy alta. Tan así que probablemente exista en nuestro propio sistema solar (Europa, el satélite no el continente, o Titan por ejemplo). Saludo.

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    1. Aquí no se llega nunca tarde ;) yo estaría encantada de que explicaras más lo de la probabilidad de que haya vida

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    2. Ok, gracias. En cuanto a vida bacterial las probabilidades de vida en el Universo son inmensas. Si pensamos en que probablemente nuestro planeta fue sembrado con las moléculas de la vida que llegaron en asteroides las probabilidades son aun mayores, pues dichas moléculas podrían caer en planetas con condiciones adecuadas debido a la rotación de los sistemas solares alrededor de las galaxias. Solo en el rango de estudio de la Kepler (unas 150.000 estrellas) ya tenemos un planeta muy parecido a la tierra. Si sabemos que en la galaxia existen al menos 100.000 millones de estrellas el número ya es grande. Si ademas pensamos en un numero bajo de galaxias en el Universo (100.000 millones) las posibilidades se incrementan sustancialmente. Estoy muy confiado que encontraremos vida extraterrestre antes que termine el siglo. Eso me emociona muchísimo a pesar que tal vez ya no este aquí pera mirarlo.

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  8. Lo pongo aquí porque no recuerdo en qué capítulo hablamos de panspermia :P este post de Manuel Sánchez me ha gustado mucho

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