Locos por la Geología

El lunes pasado subí la primera parte de este tema, y por ende deberían comenzar por leer ese post antes de internarse en éste.

En ese momento respondí a las siguientes preguntas:

¿Cuál era el estado del conocimiento antes de esta comprobación?

¿Qué se puede decir de Stanley Miller?

¿Quién fue Harold Clayton Urey?

Hoy seguimos desde allí.

¿En qué consistió el experimento?

Como señalé la semana pasada, el propósito de Miller y Urey, era poner a prueba la hipótesis de los biólogos Oparin y Haldane, quienes sostenían que bajo las condiciones atmosféricas de la Tierra primitiva, habrían podido generarse reacciones químicas, que formarían a su vez, compuestos orgánicos, más tarde conducentes a las primeras formas de vida.

Partiendo de la sencilla idea de reproducir en lo posible la mezcla de gases que se suponían presentes en la atmósfera primigenia, y suministrarle luego una energía comparable a la que la naturaleza produce continuamente (en forma de rayos de tormenta), Stanley Miller y Harold Urey diseñaron un protocolo experimental, que pusieron a prueba entre 1952 y 1953.

Todo el sistema consistía en:

• un matraz con agua, de composición supuestamente semejante a la del océano primitivo.
• Conectado a él, otro matraz con una mezcla de elementos que intentaba reproducir lo que se pensaba era la atmósfera prebiótica. Específicamente la mezcla constaba de metano (CH4), hidrógeno (H2), amoníaco (NH3) y vapor de agua (H2O).
• Un condensador que enfriaba los gases de manera similar a como lo habría hecho la lluvia.
• Dos electrodos que producían altos voltajes, y descargas eléctricas como las  propias de las tormentas.
• Todo el sistema terminaba en un tubo con forma de «U» que impedía el retorno del vapor al cuerpo principal.

Este conjunto recibía por un lado las descargas eléctricas, y por el otro calentaba el agua, como lo haría la radiación solar. Después de algunos días, la mezcla otiginalmente límpida, comenzó a tomar un color rojizo y a aumentar notablemente su viscosidad. El análisis de la nueva composición de la mezcla arrojó la presencia de moléculas orgánicas complejas, que se generaron sólo a partir de los componentes hipotéticos de la atmósfera primitiva.

Los compuestos identificados incluían trazas de aminoácidos como glicina, alanina, ácido aspártico y ácido amino-n-butírico, todos los cuales son los elementos constitutivos de las proteínas.

Con posterioridad, tanto Miller como Urey y otros investigadores fueron añadiendo ligeras modificaciones al protocolo original, logrando recrear hasta veinte aminoácidos, y también nucleótidos, que son los constituyentes fundamentales del material genético: ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico).

No obstante algunos de los aminoácidos importantes, como los que contienen átomos de azufre, nunca aparecieron en el experimento.

¿Cómo se conoce la composición original de la atmósfera?

Los métodos de análisis son lo suficientemente complejos como para ameritar un post especíico en algún momento futuro. Por ahora, sin embargo, quiero hacer notar que siempre se tratará de inferencias y especulaciones en su mayor parte. No obstante, los resultados alcanzan algún consenso, aunque haya también cuestionamientos a tener en cuenta. Como primera aproximación sólo mencionaré brevemente algunas de las estrategias que se emplean para la reconstrucción de lo que probablemente fue la atmósfera primitiva:

• Estudio de la composición de las inclusiones fluidas en las rocas más antiguas de que se dispone.
• Análisis de las proporciones de los isótopos de los gases nobles presentes en la mezcla actual.
• Estudio comparativo con los gases de las envolturas gaseosas de otros cuerpos planetarios, inferidos de las observaciones espectroscópicas.
• Evaluación de la cantidad de carbonatos actuales, considerados procedentes en su mayor parte del dióxido de carbono atmosférico.

¿Qué se demostró con el experimento de Miller-Urey?

El experimento demostró que las moléculas orgánicas pueden emerger desde reacciones físico-químicas relativamente comunes, y con fuentes energéticas disponibles de manera natural, como la radiación solar y los rayos.

En otras palabras, las moléculas orgánicas complejas pueden originarse desde moléculas inorgánicas más simples, si  se dan las condiciones de composición de la atmósfera primitiva, altos voltajes, radiación ultravioleta y bajo contenido de oxígeno.

Todo esto abre un importante campo de investigación para explicar el posible modo de origen de la vida.

¿Qué efectos tuvieron esos resultados?

Como sucede y sucedió siempre que un concepto revolucionario saca a los científicos de su área de comodidad, las primeras reacciones fueron críticas y negativas furiosas. Con el tiempo, como también ha pasado siempre, nuevas tecnologías y avances en el conocimiento general, van puliendo las aristas «incómodas» de las nuevas formulaciones, y sus núcleos comprobados recobran sus fuerzas. Esto ha pasado también en este caso, y todavía hoy se siguen reformulando algunas de las conclusiones a la luz de nuevos hallazgos. Veamos algunas críticas y su evolución posterior, sin olvidar que nunca en la ciencia está dicha la última palabra.

Uno de los primeros debates que se produjeron, se basó en el hecho de que (con pocas excepciones, como los retrovirus) para la síntesis de proteínas y ARN se consideraba vital la molécula ADN, que sería copiada por el ARN, que a su vez se transcribiría en  las proteínas.

La crítica era pues, cómo podían formarse las biomoléculas a partir de aminoácidos y nucleótidos, sin la presencia de ADN. La paradoja se resolvió con el descubrimiento de las ribozimas que actúan como catalíticos que también aportan información genética. Es decir que el ARN puede autorreplicarse y participar en la formación de proteínas. El ADN tendría un papel más secundario y sería seleccionado como herencia sobre el ARN.

Otro grupo de críticos centralizó sus ataques cuestionando la composición de la atmósfera terrestre primitiva que se asume en el experimento. Lo primero que se señaló es que una atmósfera menos reductora que la supuesta por Urey, es decir con más oxígeno libre, disminuiría notablemente la cantidad y variedad de biomoléculas producidas.

Esta postura ha ido y vuelto con el tiempo, según se sumen voces a favor o en contra de una atmósfera primitiva relativamente oxidante.

Una solución novedosa a este cuestionamiento introdujo la actividad volcánica como responsable de bolsones localmente reductores, sea cual sea la composición que se asuma para la atmósfera en su conjunto.

Pero también aparecieron científicos muy enamorados de la «importación» de la vida a partir de un origen extraterrestre, para lo cual sugieren al menos dos alternativas: en la primera, aceptando una atmósfera originalmente reductora, postulan que los aminoácidos y otros monómeros imprescindibles para la vida pudieron sintetizarse en la Tierra. En su segunda opción, con atmósfera oxidante, asumen que los principales ingredientes de la sopa orgánica primigenia o primordial, habrían sido aportados por meteoritos y núcleos de cometas.

Hasta hoy mismo, se sigue poniendo a prueba el experimento usando diferentes composiciones gaseosas. De hecho, el propio Miller siguió haciéndolo hasta su muerte en 2007.

Hace unos pocos años los discípluos que siguieron sus estudios, encontraron en su laboratorio unos viales que contenían la sustancia producida en uno de sus tantos experimentos, cuyos resultados nunca llegó a publicar. En esos contenedores, se habían formado 22 aminoácidos, la mayor parte de los cuales no se habían reconocido en experimentos anteriores.

Adicionalmente, en tiempos más recientes se vienen desarrollando otras líneas de investigación, no relacionadas con la metodología de Miller, para comprender el origen posible de la vida.

Como síntesis final, digamos que aún existen debates y controversias sobre la interpretación del experimento de Miller y sobre cómo se originaron las primeras células.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es la de Harold Clayton Urey y la he tomado de este sitio.