Orígenes.La vida. Capítulo 3 - Química prebiótica.

Hola a todos.

Antes de empezar, GRACIAS A TODOS.

Gracias porque esto de #TertuliasCiencia me parece algo GENIAL y… #TertuliasCiencia no sería posible sin vosotros. GRACIAS

Y ahora al asunto.

Lo primero. ¡Me ha encantado el capítulo! Me ha encantado porque me ha hecho recordar lo bella que es la química, me ha recordado esos tres años de química orgánica que cursé en la Universidad.

Pero ¡me ha costado! Me ha costado porque existe cantidad de terminología bioquímica que no manejo con soltura y al final me lía un poco (¡o un mucho!).

He de decir que, conforme leía, me imaginaba átomos unidos en movimiento y moléculas que evolucionan choque tras choque. Las continuas referencias a la temperatura me informaban de lo deprisa o de lo lentos que se estaban moviendo los reactivos.

Cuando el autor hablaba de que no tenía la suficiente energía para producirse un producto a una determinada temperatura y de que a temperaturas más altas ya no era estable… yo me imaginaba choques no efectivos que dejaban los átomos unidos como estaban, quedándose la molécula inalterada; y también me imaginaba como a alta temperatura el movimiento excesivo hacía que, si se producía una determinada molécula, esta se rompiera.

Cuando hablaba de los catalizadores, yo me imaginaba que los reactivos eran “cazados” por estas especies (“forzándolas” a orientarse de una manera adecuada que facilitará los choques), o que estos generaban otros intermedios de  reacción, o…

Cuando hablaba de rendimientos, yo veía millones y millones de moléculas de unas mismas sustancias chocando entre sí, generándose en algunos de esos choques las moléculas buscadas, pero también apareciendo muchas otras.

Quizás el autor no pretendiera generar esas sensaciones en el lector, pero yo es lo que he “sentido/imaginado”. Pienso que el autor ha redactado francamente bien este capítulo, y lo creo porque me ha resuelto dudas y me ha hecho darme cuenta de cosas que desconocía. Me explico.

Yo no entendía muy bien cómo podían sobrevivir, las sustancias químicas formadas en el espacio, a la entrada en la atmósfera. Pero esa parte del texto me ha parecido genial. Conforme leía, unas dudas me eran contestadas pero me surgían nuevas dudas. En la frase siguiente esa duda era contestada pero… Esto me ha pasado en varias ocasiones. Bravo por el autor.

Por otro lado sabía que la vida era de “derechas o de izquierdas” y que en condiciones químicas normales de laboratorio o industria no fabricamos solo de un tipo, sintetizamos mezclas racémicas. Pero no había pensado que eso era algo disonante y difícil de analizar desde el punto de vista de la evolución “de prebiótica a bioquímica”. Me ha encantado averiguarlo.

Y ahora el resumen.

Al comenzar el capítulo nos recuerda como era la Tierra primitiva.

Muy pronto se empezaron a acumular las moléculas de donde surgiría la química prebiótica. Se cree que desde hace 3850 Ma existen condiciones geofísicas y geoquímicas para que empezarán síntesis más complejas a partir de esas primeras moléculas (H₂O, CO₂, NH_3, H₂, N₂, CH₄, CO, H₂S…).

Existió antes un periodo que podría haberlas creado (entre hace 4400 Ma y 4000 Ma) pero no hay evidencias de que ocurriera. Además entre hace 4000 Ma y 3850 Ma hubo un bombardeo masivo de meteoritos y núcleos de cometas que pudo haber esterilizado, o incluso introducido moléculas orgánicas desde el espacio (un cálculo del 1992 estima que cayó en esa época más materia orgánica del espacio en la Tierra de la que existe en la actualidad).

Lo dicho, se cree que la química prebiótica empezó hace unos 3850 Ma.

Continúa hablándonos de Miller y de Oró.

El experimento de Miller fue revolucionario (publicado en Science en 1953). Sintetizó materia orgánica compleja (incluyendo algunos aminoácidos, los constituyentes de las proteínas) partiendo de los componentes que se suponía que había en esa Tierra primigenia. En la actualidad se han mejorado los experimentos “tipo Miller” y se han sintetizado multitud de aminoácidos, pero dependen mucho de las condiciones de partida (son muy dependientes por ejemplo del tipo de atmósfera que se supone que habría).

Los experimentos de Oró en 1959 (bioquímico nacido en Lleida) también fueron revolucionarios. Yo los desconocía totalmente, así como también desconocía la “guerra fría” que surgió entre los dos modelos que fueron propuestos apoyándose en dichos experimentos. Oró sintetizó una base nitrogenada (constituyente principal de los nucleótidos, que a su vez cuando se unen forman el ADN y el ARN).

El autor nos cuenta que Muller (norteamericano) presentó un modelo de “nacimiento de la vida” a partir de una cadena de ADN que empezó a realizar funciones típicas de la vida: replicación, mutabilidad y metabolismo. También nos dice que Oparin (ruso) lanzó otro modelo para “contraatacar” el modelo norteamericano. El modelo ruso era igual de simple que el anterior, se basada en que se formaron proteínas y estas catalizaron la síntesis de ácidos nucleicos. En los tiempos de la Guerra Fría todo estaba polarizado. Durante años se enfrentaron ambos modelos, pero en la actualidad toda esta simplicidad está superada.

Después nos comenta la hipótesis de panspermia.

El caso es que en 1969 cayó un meteorito de la familia de las condritas carbonáceas que revolucionó el panorama. En estos meteoritos aguantan casi intactos en su interior las moléculas orgánicas que transportan y, tras su análisis y otros muchos estudios y cálculos (uno ya lo he comentado antes), tomo fuerza el pensamiento de que mucha materia orgánica compleja pudo venir del espacio (incluso algunos afirman que también microorganismos o esporas pudieron venir, pero esa hipótesis no se mantiene por ninguna prueba en la actualidad y la gran mayoría de los investigadores de este tema la desechan).

Luego nos habla de los aminoácidos zurdos y los nucleótidos diestros.

Nunca había pensado que esto es algo difícil de hacer encajar en la química prebiótica, pero cuando lo he leído no me ha sorprendido.

Como dije al principio, en los entornos físico-químicos abióticos lo normal son las mezclas racémicas. Incluso en los meteoritos se han encontrado de los dos tipos (pero en las condritas carbonáceas si que hay un exceso de uno de los tipos… curioso ¿no?).

Para solucionar este problema se han propuesto dos modelos: el biótico y el abiótico. El biótico nos dice el autor que es inconsistente porque debería de haber biopolímeros funcionales homoquirales que generarán la homoquiralidad y que rompieran la mezcla racémica. El abiótico es más consistente y se están buscando mecanismos físico-químicos que lo hagan posible; algunos de estos mecanismos se basan en la destrucción de uno de los quirales y otros se basan en el azar (azar al principio, por ejemplo que saliera un exceso de uno y desde esa primera formación, mediante mecanismos bioquímicos posteriores, fuera progresando esa opción).

Dentro de este apartado, el autor se pregunta ¿cómo aumentaría nuestro conocimiento si encontráramos vida en otra parte del Universo y analizáramos su quiralidad?

Para terminar nos habla de los avances en la química prebiótica.

· En la actualidad, mediante experimentos a partir de las moléculas simples que se supone que había, se han sintetizado prácticamente todos los bio-monómeros. En ocasiones se han utilizado como catalizadores algunas moléculas orgánicas, compuestos organometálicos e incluso catalizadores inorgánicos presentes en rocas.

· Muchos de los aminoácidos son bastante fáciles de generar. Pero el enlace entre aminoácidos (para sintetizar así proteínas) es bastante difícil en el agua, Sin embargo en medios distintos de “solamente agua” si se ha conseguido (se han buscado entornos locales sin agua: superficies catalizadoras inorgánicas, interfases agua-bicapas lipídicas…).

· Por otro lado, para sintetizar el ADN y el ARN son necesarios los nucleótidos (el ADN y el ARN son secuencias de nucleótidos). Los nucleótidos están formados por la unión de un grupo fosfato, de la desoxiribosa (ADN) o la ribosa (ARN) y de una base nitrogenada. Pues para sintetizar los nucleótidos se tuvieron problemas cuando se intentaron generar sus tres constituyentes y luego unirlos (problemas con la ribosa, problemas con la existencia del grupo fosfato… pero sobre todo problemas para unirlos adecuadamente en medios abióticos). En el 2009 el panorama cambió porque se generó un nucleótido sin pasar por los estados intermedios de ribosa y base nitrogenada.

Por cierto, cuando se han sintetizado las bases nitrogenadas en condiciones abióticas aparecen muchas más de las que tienen los seres vivos. Por ello algunos piensan que el “código genético inicial” pudo contener más letras, y que ahora solo quedan las más “adaptadas” al entorno químico y físico existente.

· Con respecto a las moléculas anfifílicas necesarias para formar las membranas los experimentos han demostrado que se pudieron formar.

Propuesta de debate:

¿Es realmente tan importante la contribución de Oró? Y de ser así ¿cómo es posible que en España no se utilice mucho más esta figura para incentivar carreras científicas?

Nota final: espero disculpéis todos los errores que seguro tiene el resumen. Me ha costado mucho resumir e intentar dejar lo más significativo. Yo no soy bioquímico y me lío con su terminología, todo se mezcla en mi cabeza. Arreglar los errores en los comentarios, please!

Orígenes. La vida. Capítulo 2 - Aproximaciones al origen de la vida

Este capítulo hace un recorrido histórico por cómo se ha ido construyendo el conocimiento sobre el origen de la materia viva, desde las primeras creencias hasta llegar a la sopa primitiva.

La vida y la generación espontánea

Como con el Universo, la primera idea que tuvo el ser humano sobre el origen de la vida fue que era el producto de fuerzas sobrenaturales o (más concretamente) de deidades. Aunque, por lo que sabemos de los filósofos griegos, estos ya se plantearon hipótesis más racionales y con algo más de criterio científico. Aunque quien impulsó claramente la teoría de la generación espontánea (que mucho después empezaría a llamarse también abiogénesis o arqueobiosis) fue Aristóteles en el siglo IV a.C.

Se trataba de una teoría idealista: la materia se podía combinar con la forma gracias a una fuerza llamada entelequia, adquiriendo así la vida. Esta hipótesis se mantuvo durante siglos e incluso René Descartes en el siglo XVI apoyó su validez. Pues durante el Renacimiento se siguió creyendo que la vida había aparecido de esta forma, con excepción de los seres humanos, que (¡naturalmente! ;P) serían obra directa del creador.

Francisco Redi (un contemporáneo de Newton el cual -por otra parte- también apoyaba la abiogénesis) fue el primer científico que puso en duda la teoría planteada por Aristóteles. Pues diseñó un experimento en el que colocó tres trozos de carne cruda en otros tantos frascos de vidrio: el primero lo dejó abierto, el segundo lo cubrió con un trozo de gasa, y el tercero lo cerró por completo con un tapón de corcho. Al cabo de unos días observó que sólo en la carne del frasco abierto aparecían pequeños gusanos blancos, que eran larvas de mosca. Esto demostraba que los gusanos no se habían producido por generación espontánea. Sus conclusiones, publicadas en 1648, aunque fueron concluyentes también fueron ampliamente cuestionadas, pues nadie más dudaba aún de la generación espontánea. Y tampoco podía explicar el motivo por el que la carne estaba en descomposición en los tres frascos. Pues tendrían que pasar cuatro décadas más para que se conocieran las bacterias.

Fue tras la invención y posterior uso del microscopio que se empezó a tener conciencia de la existencia de un mundo microbiano. El holandés Anton van Leeuwenhoek (actualmente considerado el padre de la microbiología) gracias a los casi 500 aumentos de sus mejores lupas, en torno a 1676, logró observar por primera vez una sorprendente cantidad de algas y otros diminutos animáculos que contenía el agua estancada. Mejorando aún más la calidad de sus lentes, a partir de 1683 observó incluso bacterias.

A inicios del siglo XVIII ya se conocían los microorganismos gracias al desarrollo de la microscopía.

Aún así la controversia entre vitalistas (para quienes los seres vivos no se rigen por las leyes físicas) y mecanicistas (quienes consideran la vida sometida a las mismas leyes que el resto de la materia) se generalizó. Por lo que en 1745 el biólogo y sacerdote John T. Needham (del bando de los vitalistas) realizó un experimento esterilizando un caldo de carne, para demostrar la validez de la abiogénesis. Pero cometió la trampa (o el error) de dejar el frasco sin tapar, pues consideraba que el aire debía poder entrar durante el proceso “al ser el espíritu vital que desencadenaba la generación espontánea”. Y así creyó que demostraba la abiogénesis.

Lazzaro Spallanzani, biólogo italiano, 1729-99

En el otro bando, el de los mecanicistas, Lazzaro Spallanzani en 1769 diseñó un experimento basado en el de Needham, pero alargando el tiempo de cocción y, sobre todo, sellando perfectamente los recipientes, con lo que no aparecieron microorganismos; hasta que, unos días después, no abrió los recipientes que habían estado sellados. Con este experimento se demostró que el mantenimiento de las condiciones de esterilidad no acababan con ese supuesto espíritu vital intangible (argumento de Needham), sino que únicamente impedía la presencia de microorganismos. Y este fue el inicio del fin de la teoría de la abiogénesis

En 1859, el químico francés Louis Pasteur demostró, con una serie de experimentos, que  ningún ser vivo puede originarse por abiogénesis. En estos cambió el sellado del tarro de caldo por una boca de matraz en forma de S, con lo que permitía que el oxígeno entrase pero impedía la entrada de seres vivos.

En 1864 Pasteur repitió dichos experimentos en la Academia de Ciencias de París dando por concluida la controversia. En 1870, el biólogo Thomas H. Huxley acuñó los términos abiogénesis y biogénesis para distinguir entre la ya superada hipótesis de la generación espontánea y la nueva evidencia mostrada por Pasteur, que se sintetizaba en la ley de la biogénesis: «Toda vida proviene de la vida». Pero este enunciado llevaba implícito un gran interrogante: si todo ser vivo procede de otro, ¿cómo pudo surgir el primero?

Darwin: el origen

Charles R. Darwin fue quien realizó las primeras reflexiones científicas sobre el origen de la vida. Aunque no trató directamente este tema en sus publicaciones, en su obra “El origen de las especies” sí que menciona que la vida pudo provenir de un corto número de formas o «de una sola», adelantándose al descubrimiento (con una antelación de 130 años) de que todas las especies que hemos habitado en este planeta somos descendientes de LUCA, nuestro último ancestro común.

Estatua de Charles Darwin. Museo de Historia Natural, Londres.

Que Darwin no abordase este tema directamente fue un tema controvertido en esa época, como se muestra en una carta escrita en 1860 al geólogo Charles Lyell donde se lamentaba de quienes pensaban que no había ningún beneficio en indicar cómo surgen las formas de vida sin antes evidenciar cómo se origina esta. Cosa que hicieron, entre otros, el naturalista y filósofo Ernst Haeckel, además de echarle en cara el haber incluido (a partir de la segunda edición) al creador en el último párrafo de su obra.

Más tarde, fue también Darwin quien comenzó a intuir los mecanismos graduales que pudieron llevar del mundo inorgánico a la materia viva. En una carta enviada en 1871 a Joseph D. Hooker se planteaba por primera vez en la historia un comienzo puramente químico de la vida, a partir de diferentes compuestos que reaccionaban entre sí gracias a alguna fuente de energía presente en el medio.

Otra reflexión en esta misma línea la encontramos en otra misiva enviada por Darwin al geólogo Daniel Mackintosh en 1882, en la que apuntaba la posibilidad de que algún día se pudiese probar que los seres vivos pudieran ser desarrollados a partir de materia inorgánica, poniendo como ejemplo que ya se había demostrado que se podían sintetizar compuestos orgánicos a partir de moléculas inorgánicas.

Aunque Darwin no conoció la obra y los experimentos de Gregor J. Mendel fue contemporáneo de este monje y naturalista cuyo trabajo permitió descubrir los principios básicos de la herencia biológica (estableciendo las leyes que rigen la transmisión de los caracteres entre los organismos progenitores y su descendencia) y que sentaría las bases de una disciplina más tarde denominada genética.

Mendel publicó en 1866 un ensayo con los resultados de su trabajo, aunque no sería redescubierto hasta casi 40 años después.

Así, a principios del siglo XX William Bateson acuñó el término genética, y Walter Sutton propuso la teoría cromosómica de la herencia al comprobar que las propiedades de los cromosomas se correspondían con las unidades particuladas postuladas por Mendel. Poco después Thomas H. Morgan determinó que los cromosomas consisten en una disposición lineal de genes.

Oparin y Haldane

El bioquímico ruso Alexandr I. Oparin y el genetista y biólogo evolutivo inglés John B. S. Haldane en la década de 1920 publicaron de forma independiente los dos primeros textos dedicados específicamente al origen de la vida. 

Aleksandr Oparin (derecha) en el laboratorio.

John Burdon Sanderson Haldane

En ellos se proponían modelos, básicamente teóricos, aunque con ciertos componentes experimentales, de una serie de etapas químicas que habrían tenido lugar en los océanos primitivos y que permitieron llegar hasta los primeros seres vivos.

Tanto Oparin como Haldane postulaban la existencia de sopas o caldos iniciales con recetas parecidas, que corresponderían al contenido del pequeño charco de agua templada propuesto por Darwin en 1871. A partir de esos caldos primigenios se podrían formar, como escribió Haldane, «las primeras cosas vivas o medio-vivas» capaces de reproducirse. También Haldane coincidía con Oparin en que los primeros seres vivos fueron probablemente bacterias heterotróficas, pues utilizarían como fuente de carbono las moléculas orgánicas presentes en la sopa primitiva, en lugar de fijar de forma autotrófica el CO2 atmosférico.

Así, la Hipótesis de Oparin-Haldane, que al principio fue difícil de aceptar por sus colegas, constituye el primer planteamiento científico en el campo del origen de la vida. Los caminos abiertos fueron posteriormente explorados por químicos orgánicos, geoquímicos y bioquímicos en todo el mundo, hasta que, un cuarto de siglo más tarde, se dio el salto definitivo a la ciencia experimental.

---

He pensado los siguientes temas para comentar:

• Carlos Briones (el autor) comenta en el capítulo que la Hipótesis de Oparin-Haldane puede considerarse una adaptación de la teoría de la generación espontánea, aunque desprovista de toda su carga espiritual. Pero, tal como la planteó Aristóteles, la fuerza llamada entelequia era la parte central de esa hipótesis. Es por ello que no creo que se pueda comparar. ¿Qué pensáis?
• ¿Qué os ha llamado más la atención de cómo se ha llegado al conocimiento actual sobre el orígen de la vida?

 ¡Que tengáis una feliz semana!

Orígenes. La vida. Introducción

INTRODUCCIÓN

La segunda sección del volumen Orígenes que estamos comentando lleva por título “La vida” y ha sido escrito por Carlos Briones (aka @brionesci). Como nos explica en la introducción que voy a resumir, el objetivo de esta parte de la obra consiste en:

Exponer lo que la ciencia sabe (y lo mucho que ignora) sobre los acontecimientos que pudieron producirse y combinarse durante [el] lapso de tiempo, de no más de 400 Ma, que cambió para siempre el devenir de nuestro planeta. También mostraremos, más brevemente, los procesos y transiciones fundamentales que se han sucedido durante la evolución de los seres vivos.

Podríamos en suma resumir la finalidad de este bloque en la búsqueda de respuesta a una, aparentemente, sencilla pregunta: ¿Cómo a partir de la química, emergió la biología?

¿Cómo surgió la vida?

En la tarea de obtener respuestas para esta pregunta tan crucial para comprender cómo hemos llegado hasta aquí, los científicos emplean dos estrategias complementarias. La primera línea de trabajo es la que se denomina del pasado hacia el presente o de abajo hacia arriba. Consiste en proponer modelos y realizar experimentos para intentar llegar a la biología a partir de una química que sea progresivamente más compleja e inter-relacionada. Lo más complicado desde este punto de vista es establecer la frontera entre lo vivo y lo inanimado, es decir, a partir de qué momento puede empezar a considerarse como vivo un sistema químico.

La segunda aproximación se conoce como del presente hacia el pasado o de arriba hacia abajo y está basada en la comparación de los organismos actuales entre sí, y de éstos con las especies extintas que conocemos a través de sus fósiles. En la década de los ochenta del siglo pasado, y gracias al análisis de la información de un mismo gen, se demostró que todos los organismos provenimos de un mismo antepasado común: LUCA (del inglés Last Universal Common Ancestor). No sabemos cómo pudo ser LUCA, pero sí que sus características eran las mismas que tenemos en común todos sus descendientes.

A pesar de todos los esfuerzos, quizás nunca sepamos cómo ocurrió el origen de la vida, ya que éste fue un hecho histórico y por tanto irrepetible, pero cada vez tenemos más claro lo que pudo ocurrir.

¿Dónde se produjo el origen de la vida?

Se plantean dos posibilidades: pudo ser endógeno, es decir, haberse iniciado en entornos tan distintos como pequeños charcos, la superficie del mar, las emanaciones hidrotermales submarinas o la atmósfera. Pero también pudo ser exógeno, lo que implicaría que la vida (o alguno de sus constituyentes moleculares) se formó en otros planetas o satélites. Es lo que conocemos como panspermia. Lo más probable que haya un poco de los dos aspectos, y parte de los ingredientes se formaran en la Tierra, y otros llegaran con los meteoritos o cometas. En cualquier caso, la discusión sobre si el origen de la vida se produjo en nuestro planeta o fuera de él no resuelve ningún problema; simplemente lo cambia de lugar.

El azar

Cuando tratamos de comprender un suceso tan complejo, es imposible no pensar en el posible papel que haya podido tener la necesidad y el azar en el surgimiento de la vida. En este sentido, tenemos que hablar de Jaques Monod, un biólogo francés que sostuvo que “la estructura actual de la biosfera no excluye, sino que al contrario apoya, la hipótesis de que el acontecimiento decisivo sólo haya ocurrido una vez. Esto significaría que su probabilidad a priori era casi nula. […] Nuestro número ha salido en el juego de la ruleta del casino de Montecarlo”.

Frente a esta posición, Robert Shapiro (químico) mantiene que “si la vida hubiese surgido en nuestro planeta como resultado del puro azar, la aplicación de la teoría de probabilidades indica que se habría requerido para ello un tiempo mucho mayor que la edad del Universo”.

Por su parte, el también biólogo Christian de Duve afirmó “En mi opinión, la forma en que la vida se originó en la Tierra es, visto con suficiente amplitud, un fenómeno determinista. Por tanto, si se dan las mismas condiciones en otro planeta, debemos esperar que la vida surja en formas químicamente similares a las de la Tierra”.

La conclusión de nuestro autor es que “la vida sería el resultado de las opciones que tiene la materia para, sin dejar de obedecer las leyes de la física y la química, incrementar progresivamente la complejidad de los procesos en los que participa hasta generar una dinámica auto-replicativa que le permite mantenerse alejada del equilibrio termodinámico gracias a un consumo constante de energía. Los intentos frustrados de originar la vida fueron probablemente numerosos, de forma que LUCA y sus descendientes seríamos el resultado de muchas jornadas de suerte en la ruleta de la Tierra primitiva”.

Pero, ¿qué es la vida?

Como sucede en cualquier campo de investigación, tratar de comprender el origen de la vida implica llegar a un cierto consenso sobre cuál es su objeto de estudio.

La primera definición racional la encontramos en las obras de Aristóteles quien afirmó que “Vida es aquello por lo cual un ser vivo se nutre, crece y perece por sí mismo”. A partir de aquí, nuestro autor realiza un recorrido histórico a través de las obras de Engels, Oparin, Schrödinger (y su famoso libro “¿Qué es la vida?”) y a los “autómatas auto-reproductores” como definía a los seres vivos el matemático John von Neumann.

Durante el último medio siglo también se han propuesto varias definiciones más cercanas a la química y la biología, como la de John D. Bernal en 1965: “La vida es un sistema de reacciones orgánicas acopladas potencialmente capaces de perpetuarse, catalizadas por etapas y de forma casi isoterma por catalizadores orgánicos específicos y complejos, que son producidos por el propio sistema”.

John Maynard Smith, Christian de Duve y Lynn Margulis ofrecieron cada uno también su punto de vista sobre tan escurridizo concepto, tal y como hicieron ya en España, Ricard Solé, Juan Pérez-Mercader y de forma conjunta, Kepa Ruiz-Mirazo, Juli Peretó y Álvaro Moreno.

Sin embargo, todas estas aproximaciones no han hecho sino mostrar lo complicado de la tarea, ya que hasta qué punto podemos preguntarnos qué es la vida antes de que encontremos otro ejemplo de vida fuera de la Tierra, con el cual podamos comparar las características de los seres vivos que conocemos. Robert Shapiro lo ha expuesto con maestría: “¿Cómo definiríamos lo que es un mamífero si el único mamífero que hemos visto es una cebra?”.

Por lo tanto, una opción alternativa a tratar de ofrecer una definición de este concepto consiste en estudiar las características fundamentales que diferencian a los seres vivos de los inanimados. Y así encontramos tres propiedades comunes a todos los seres vivos: poseen información heredable que transmiten a su progenie, están compartimentados de forma que el ser vivo se diferencia de su entorno, y desarrollan un metabolismo gracias al cual intercambian materia y energía con dicho entorno.

Tenemos que destacar que la replicación de la información genética de los seres vivos no produce copias idénticas del original. Esto es muy importante porque de ahí surgen errores o mutaciones que son la fuente de cierto grado de diversidad. Esta característica es clave para que opere la evolución por selección natural: los individuos que estén mejor preparados para soportar las condiciones del ambiente (mejor adaptados) mostrarán una mayor eficiencia biológica y dejarán más descendientes que los demás.

Por lo tanto, con estos conceptos en mente, podemos tomar como una definición operativa válida la adoptada por el Instituto de Astrobiología de la NASA: “Un ser vivo es un sistema químico auto-mantenido que evoluciona como consecuencia de su interacción con el medio”.

La química de los seres vivos.

En la parte final de la introducción vamos a conocer (aún de forma somera) algunos de los conceptos clave que vamos a necesitar para seguir el desarrollo de la sección.

Si analizamos la composición de los seres vivos al nivel más básico, es decir, estudiando los elementos de los que estamos hechos, tenemos que saber que el 99% de toda la materia viva está constituida únicamente por oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre. El 1% restante se reparte entre otros elementos de la tabla periódica (minoritarios pero imprescindibles). En definitiva, el análisis de la composición elemental de la vida pone de manifiesto que somos fundamentalmente agua y carbono.

Aunque nada impediría que exista algún tipo de vida no basada en agua y/o carbono (y de hecho en ninguna de las definiciones que se manejan se pone como condición dicha composición), resulta evidente que la bioquímica que conocemos utiliza la mejor base química posible.

Por último, no podemos dejar de hablar de las biomoléculas orgánicas: los glúcidos, los lípidos, los aminoácidos y proteínas, los nucleótidos y ácidos nucleicos y distintos tipos de metabolitos.

Los glúcidos: actúan como almacenadores de energía.

Los lípidos: son las principales moléculas que forman las membranas biológicas, y también pueden funcionar como compuestos de reserva energética y como moléculas reguladoras.

Los aminoácidos: son los constituyentes de los péptidos y proteínas, y desempeñan un papel fundamental en el metabolismo.

Los nucleótidos: son los monómeros que constituyen los ácidos nucleicos (ácido ribonucleico o ARN; y ácido desoxirribonucleico o ADN). Por otra parte, algunos ribonucleótidos como el ATP o el GTP son moléculas fundamentales como intercambiadoras de energía en el metabolismo. Se denomina genoma al conjunto de la información genética que posee una célula o un virus. En los organismos celulares, los genomas son de ADN y se estructuran en uno o más cromosomas. Por su parte los genes son regiones del genoma que poseen la información para ser transcritos en forma de ARN mensajero y otros tipos de ARN.

Las proteínas están formadas por cadenas de aminoácidos (generalmente de entre 100 y 600 monómeros) y son las principales responsables de las estructuras y funciones de las células.

Este rápido repaso por la composición química de la vida nos ha llevado desde el agua hasta, por ejemplo, el sistema nervioso central de un ser humano. Con ello se ponen de manifiesto los distintos niveles de complejidad que puede llegar a adquirir la química cuando se organiza en forma de sistemas vivos. Las características químicas y bioquímicas fundamentales de los organismos no han variado desde LUCA hasta hoy, lo que plantea un gran reto: intentar averiguar cómo se produjo la transición o el salto entre la química y la biología hace más de 3500 Ma.

Bueno, hasta aquí mi resumen de esta estupenda introducción. Como veréis, nos esperan suculentos capítulos para profundizar en el fascinante mundo de la vida, así que ¡a comentar qué os ha parecido! 

Origenes, el universo: Capítulo 8 - Y al final del origen...

Este capítulo se presenta como el colofón del origen de todo lo que vemos (las estrellas, galaxias, etc..) e incluso de lo que no vemos (materia oscura, energía oscura, la recuperación económica...). Además es la presentación perfecta para la siguiente parte del libro.

Comienza el capítulo explicando que los cambios de estado (como nos gusta la termodinámica a los físicos) ya han pasado, y nos encontramos en una fase del Universo más tranquila, la densidad y la temperatura han descendido hasta límites inimaginables si los comparamos con lo caliente que estaba todo hace solo unos pocos millones de años. Solo queda como interacción reinante la muy débil (en serio, esto es importante, muy débil) gravedad.

Las ligerísimas inhomogeneidades que se observan en el fondo cósmico de microondas van consolidándose formando las estructuras que observamos ahora: galaxias, cúmulos y supercúmulos. El autor nos cuenta como midiendo las posiciones y velocidades se puede intuir el movimiento futuro de las galaxias. Viendo así cómo se relacionan unas con otras, los que nos descubre la gran estructura a la que pertenecemos llamada Laniakea (que en hawaiano quiere decir Cielo-Inabarcable, Lani-akea), el siguiente vídeo muestra este hecho:

Laniakea Supercluster from Daniel Pomarède on Vimeo.

Parece que nuestra galaxia se empezó a formar hace unos 10.000 millones de años. Aunque este dato es muy difícil de precisar ya que hay objetos dentro de ella que tienen una edad cercana a la del Universo (13.800 millones de años). Lo que apoya la idea de que lo primero en aparecer fueron objetos pequeños (estrellas) que poco a poco fueron formando los objetos que vemos como galaxias. Esto es lo que se llamaría aproximación bottom-up, o modelo jerárquico. Apoyado también por las observaciones del cielo profundo donde no se aprecian galaxias elípticas que son más homogéneas.

También existe un modelo de formación de galaxias top-down, que defiende que primero colapsan enormes nubes de gas que forman galaxias elípticas muy masivas, y con poblaciones estelares muy homogéneas, es decir, que prácticamente todas las estrellas se formarían a la vez y después permanecería en un relativo reposo. Parece que en este basto Universo hay sitio para acomodar galaxias con todas la teorías posibles.

Hay que destacar que todo lo que conocemos sobre las galaxias y su formación, así como lo conocido sobre la formación de los sistemas planetarios está en constante revisión. En Astronomía como en otras ramas de la ciencia, en los últimos años, se ha cambiado el paradigma del científico solitario, o pequeños grupos, a grandes colaboraciones internacionales, sobre todo debido al incremento en la complejidad de los instrumentos necesarios, así como de las dificultades halladas.

Uno de los avances que ha propulsado la investigación en cosmología es el avance en computación. Con las teorías teorías de evolución estelar que tenemos se puede programar en un supercomputador la evolución que tendría el Universo desde unas condiciones iniciales concretas y conocidas (el CMB). Los avances en el campo de la simulación han seguido a rajatabla la Ley de Moore, pasando de 1000 partículas en los 70's a 10 millones en los 90's y a 10.000 millones en la actualidad. (La siguiente imagen ha sido extraída de la web del proyecto Illustris)

Proyección a gran escala de la simulación Illustris, centrada en un cluster muy masivo. Muestra la densidad de materia oscura superpuesto al campo de velocidades del gas.

En las simulaciones se incluye sólo la materia oscura, ya que es más fácil de modelizar porque sólo responde a la gravedad. Una de las cosas que nos dicen que estamos en el buen camino es que las simulaciones, que realizamos a partir de nuestras teorías y modelos, dan como resultado unos universos que se parecen mucho al nuestro.

La última parte del capítulo ya presenta la posible formación de sistemas planetarios, avisando que muchas de las cosas que creemos saber sobre los procesos de formación de planetas y discos protoplanetarios están en constante revisión. Lo que parece claro es que el sistema solar se formó a partir de los restos de una supernova anterior, ya que necesitamos que haya algo más que el Hidrógeno y el Helio primordial. De esta forma a partir de esta nube de "polvo enriquecido" con átomos más pesados se formaría nuestro Sol y habría material de sobra para formar los planetas rocosos que conocemos.

Esta nube de "gas enriquecido" iría colapsando por atracción gravitatoria formando pequeños grumos donde en el centro estaría concentrada la mayor cantidad de masa que sería la que formaría nuestro Sol. Después, en un ajetreado inicio, los pequeños grumos formados exteriormente (planetesimales) irían limpiando sus propias órbitas al acretarse el material circundante. Esta limpieza también se vería favorecida por la ignición del Sol, ya que la presión de radiación (viento solar) desplazaría hacia el exterior las partículas más ligeras. También calentaría los posibles fragmentos de hielo, razón por la que el cinturón de asteroides son testigos "secos" de este inicio de la formación de nuestro planeta, y los fragmentos más exteriores (cometas) son testigos "húmedos".

Algo a destacar serían los últimos descubrimientos de "química interestelar" (me invento los nombres pero creo que hay alguna rama así) donde, sorprendentemente, las observaciones en radio o infrarrojo han identificado moléculas orgánicas en esos discos protoplanetarios, o incluso en las grandes nubes de gas interestelar. Moléculas que pueden llegar a la complejidad del Dimetil Éter (CH3OCH3). Lo que nos indica que hay interacción entre los elementos y moléculas libres. Por supuesto también se han encontrado moléculas de agua, lo que explicaría el origen de ella en nuestro sistema solar. Aunque el agua en nuestro planeta sigue sin estar claro si ya se hallaba en la Tierra o vino a bordo de cometas.

La tierra se formó, según distintas estimaciones, hace unos 4600 millones de años, y sólo 1000 millones de años después ya tenemos evidencias fósiles, esto significa que la vida estuvo aquí mucho antes, prácticamente tendría la misma edad que la tierra, ya que los primeros seres vivos no serían tan complejos como para dejar fósiles ¿Existen fósiles de bacterias o archeas? 

"... los primeros pasos para la formación de seres vivos pudieron producirse apenas las condiciones fisicoquímicas fueron suficientemente estables como para permitirlo."

Y así es como el autor nos deja preparada la siguiente parte del libro.

Espero no haberme enrollado mucho, y ahora cuestiones para el debate, además de la duda sobre las bacterias:

1.- ¿No os parece que, a pesar de que el autor afirma que todo está en constante revisión, tenemos como más cierto todo este proceso de formación de planetas?

2.- ¿Qué papel juega la materia oscura en esta pequeña escala de los discos protoplanetarios?

3.- Y antes de dejar atrás la cosmología, no quiero dejar de pasar la oportunidad de ver si alguien me resuelve una duda. Si la expansión del Universo se está acelerando, supongo que cada vez hay más energía oscura, ya que esta es la energía del vacío ¿O hay siempre la misma? ya que si la energía total se tiene que mantener se debería consumir materia ordinaria u oscura. Si no es así, que supongo que no, si la Energía Oscura es una propiedad del propio espacio-tiempo ¿Podrá llegar en algún momento a influir dentro de los filamentos de materia oscura? Y para más inri ¿Afectará dentro de las galaxias llegando incluso a un "Big Rip" a nivel atómico?

@guardiolajavi