Teoria de Aleksandr Oparin (El origen de la vida)

Fue hace 4000 millones de años (más o menos). En un paisaje violento de radiaciones cósmicas, erupciones volcánicas y lluvias de meteoritos, la vida daba sus primeros chapoteos. Desde hace poco más de medio siglo, los científicos intentan averiguar cómo fue que algo sin vida se transformó en otra cosa capaz de crecer, reproducirse y morir. Para eso producen teorías y experimentos de química prebiótica. La química que precedió la aparición de la vida. Se ha reunido mucha información. Explicaciones que intentan resolver el entuerto no faltan. Pero ¿quién realizó el primer experimento?, ¿a quiénes se les ocurrieron las ideas que permitieron planearlo?

Espontáneamente generada

Hasta el siglo XVII, era creencia común que Dios había creado las plantas y los animales. También se aceptaba que ciertas criaturas se formaban espontáneamente a partir de distintas materias primas. Los gusanos y las moscas, del estiércol; los piojos, del sudor humano; las luciérnagas, de las chispas de las hogueras.
La generación espontánea estaba avalada por respetadas personalidades. La habían defendido Aristóteles, Plotino, San Agustín y Santo Tomás de Aquino. Algunos arriesgaron recetas. El alquimista Johann Van Helmont (siglo XVII) publicó cómo fabricar ratones con trapos viejos y un poco de trigo.
A partir del siglo XVII, varios experimentos probaron que los seres vivos se forman solamente a partir de seres vivos. Uno de los trabajos más recordados, con microbios, es el del químico Louis Pasteur. En los años 60 del siglo pasado, los resultados de Pasteur se abrieron paso con dificultad en medio de creencias milenarias. Los acompañaba una idea igualmente reciente y provocativa. La del biólogo Charles Darwin, quien aseguraba que la vida, como la conocemos, es la consecuencia de un lento proceso evolutivo regido por la selección natural.

La teoría que surgió del frío

Aleksandr Ivanovich Oparin era ruso de nacimiento, fisiólogo vegetal de carrera, bioquímico por vocación. Nació en 1894 en Uglich. Estudió, y después enseñó, en la Universidad de Moscú. La teoría que desarrolló en los años 20 fue el germen de la visión actual sobre el origen de la vida.
Cuando Oparin era estudiante universitario, los biólogos rusos enseñaban que los primeros seres vivos habían sido autótrofos (capaces de fabricar su propio alimento, como las plantas), y se habían formado por generación espontánea a partir de grumos de carbón. A Oparin, que había leído y aceptaba la Teoría de la Evolución de Darwin, la idea no le cerraba. “Yo no lograba imaginar la aparición repentina de una célula fotosintética a partir de dióxido de carbono, nitrógeno y agua -escribió Oparin-. Por eso, llegué a la conclusión de que primero debieron haber surgido, mediante un proceso no biológico, las sustancias orgánicas de las cuales se formaron, más adelante, los primeros seres vivos, organismos que al principio eran heterótrofos y se alimentaban de las sustancias orgánicas del ambiente.”

El 3 de marzo de 1922, Oparin presentó su postura en una reunión de la Sociedad Botánica Rusa, de la que era miembro. Fue escuchado y reprobado con igual cortesía. Era una especulación teórica que carecía de apoyo experimental.

Sin desalentarse, Oparin escribió un librito titulado El origen de la vida. Con cierta reticencia, y a pesar del rechazo rotundo de un árbitro científico, la obra fue publicada por la editorial El Trabajador Moscovita. Salió a la venta en noviembre de 1923 (aunque llevaba fecha de edición de 1924). Se vendió bien. Pronto se convirtió en una rareza bibliográfica. Fuera de Rusia prácticamente no se difundió hasta 1965.

De lo simple a lo complejo

En 1936, Oparin presentó una versión revisada y ampliada de El origen de la vida. Sostenía: el carbono arrojado por los volcanes se combinó con vapor de agua, formando hidrocarburos. En el océano, esas moléculas se hicieron más complejas y se amontonaron en gotitas llamadas coacervados -acervus, en latín, significa montón-. De a poco, los coacervados fueron adquiriendo las características de las células vivas (ver el recuadro “Requisitos para ser vivo”). Esas células eran microbios anaeróbicos, porque en aquel entonces no había oxígeno en la atmósfera.

Oparin explicó el origen de la vida en términos de procesos físicos y químicos. Una progresión de lo más simple a lo más complejo. Rompió así el círculo vicioso que afirmaba que las sustancias presentes en los seres vivos solamente podían ser fabricadas por los seres vivos. La segunda versión de El origen de la vida fue traducida al inglés por la editorial norteamericana Mac Millan, en 1938. Catorce años después, el libro fue leído por un joven químico norteamericano que merodeaba la Universidad de Chicago en busca de un tema interesante para su tesis de doctorado.

El Señor de los Rayos

Aquella tarde de otoño de 1951, en un aula de la Universidad de Chicago, el disertante habló de los orígenes. El del Sistema Solar y el de la vida en la Tierra. Especuló acerca de la primitiva atmósfera terrestre y las condiciones que permitieron la formación de las primeras células.
Unos meses más tarde, uno de los jóvenes asistentes a la conferencia se presentó ante el disertante. Le pidió que dirigiera su tesis doctoral. Quería hacer experimentos que reprodujeran el ambiente de la Tierra primitiva. El disertante intentó disuadirlo. El trabajo sería arduo, posiblemente no funcionaría. Porque no pudo convencer al joven, le propuso una alternativa amable: trabajar en el tema durante unos meses. Si no obtenía resultados alentadores, se dedicaría a una investigación más convencional.

El disertante era el químico norteamericano Harold Urey. Había participado en el desarrollo de las bombas atómica y de hidrógeno. El Nobel de Química de 1934 fue para él. El nuevo discípulo era Stanley Miller. Tenía 23 años. Había estudiado Química en la Universidad de California. Llevaba varios meses buscando un tema interesante para su tesis de doctorado.
Los seis meses propuestos por Urey fueron más que suficientes. En unas pocas semanas Miller leyó los escritos de Oparin y Urey, hizo construir un aparato sencillo, realizó un experimento simple y exitoso. Miller mezcló vapor de agua, metano, amoníaco e hidrógeno. Para Oparin y Urey, esos eran los gases presentes en la primitiva atmósfera terrestre. Miller simuló tormentas eléctricas mediante dos electrodos de tungsteno. Con una bobina Tesla produjo descargas de 60.000 voltios.

Una mañana, Miller encontró que el agua dentro del aparato se había vuelto rosa. La analizó cuidadosamente. Encontró aminoácidos, la sustancia de la que están hechas las proteínas. Era la primera prueba experimental que avalaba las ideas de Oparin.

Miller envió sus resultados a Science, una de las revistas científicas más importantes del mundo. “Uno de los árbitros simplemente no lo creyó y retardó la publicación del artículo -declaró Miller tiempo después-. Luego se disculpó conmigo. Fue bastante raro que, aunque Urey avalaba el trabajo, se hiciera difícil publicarlo. Si yo hubiera enviado el artículo a Science por mi propia cuenta, el original todavía estaría en el fondo de un montón. Pero el experimento era tan fácil de reproducir que no pasó mucho tiempo antes de que fuera convalidado”.

Así, mientras al otro lado del Atlántico el grupo de Frederick Sanger obtenía la primera secuencia de aminoácidos de una proteína, y Watson yCrick se devanaban los sesos para descubrir antes que Linus Pauling la estructura del ADN, un estudiante de doctorado enchufaba en Chicago una bobina Tesla y creaba una nueva disciplina: la química prebiótica.

Senderos que se bifurcan

Después del experimento de 1953, Miller y otros científicos sintetizaron, en condiciones prebióticas, diferentes moléculas presentes en los seres vivos. Casi todos los aminoácidos, azúcares varios y los componentes del material genético.

La teoría de Oparin y el experimento de Miller han recibido críticas. Que la atmósfera de la Tierra no era la que ellos creían, es una de las principales. Lo que prevalece es la idea central. Que la aparición de la vida en la Tierra fue precedida por una secuencia gradual de eventos químicos.El Dr. Stanley Miller sigue enseñando e investigando en la Universidad de California en San Diego. FUTURO le preguntó cuál es el punto más oscuro en la actual concepción científica del origen de la vida. “En mi opinión -respondió el Dr. Miller-, el problema más importante en los estudios acerca del origen de la vida es la naturaleza del primer material genético. El origen de la vida es el origen de la evolución, y para eso se requiere replicación. Además, se necesita que ese proceso de replicación se valga de sustancias prebióticas”.

Hoy se piensa que el primer material genético pudo ser el ácido ribonucleico (ARN). Este ácido sirve como molde para la formación de copias de sí mismo (replicación). Además, como si fuera una enzima, puede modificar su propia estructura y la de otras moléculas.

El mundo del ARN

La teoría llamada “El Mundo del ARN” postula que al principio aparecieron familias de moléculas de ARN capaces de autorreplicarse. La selección natural favoreció las familias que interactuaban con aminoácidos y guiaban la formación de proteínas. El paso siguiente fue la aparición de membranas. Si un ARN formaba una proteína especialmente apta, pero ésta se diluía en un océano de moléculas, la relación con el ARN original se perdía. Pero si ambos permanecían en un mismo compartimiento, la selección podía actuar sobre la proteína (el fenotipo) favoreciendo la prevalencia de su correspondiente ARN (el genotipo). Las membranas estaban hechas de lípidos, sustancias que en el agua forman espontáneamente pequeñas esferas.

Nuevas enzimas usaron el ARN como molde para la síntesis de un ácido nucleico diferente: el desoxirribonucleico (ADN). Comparado con el ARN, el ADN es más estable y se replica en forma más eficiente. Su condición de doble hélice, dos cadenas enroscadas, permite la existencia de un sistema que corrige y repara los daños que sufre una de las cadenas, usando la otra como molde.
ADN, ARN, proteínas y membranas lipídicas. Estas moléculas están presentes en todos los organismos conocidos. En el momento en que se reunieron comenzó el proceso que originó la increíble diversidad de formas, tamaños, colores, procesos y comportamientos que hoy habitan la Tierra. La evolución de los seres vivos. La anterior es una visión posible de cómo pudo aparecer la vida en la Tierra. Para explicar cada paso del proceso existen al menos media docena de hipótesis, cada una avalada por evidencia experimental. Hay quien piensa que la vida ni siquiera empezó en nuestro planeta.

¿Se podrá sintetizar vida en condiciones de laboratorio? “Pienso que es bastante probable que el proceso que ocurrió en la Tierra primitiva pueda ser reproducido en el laboratorio -respondió a FUTURO el Dr. Miller-. No me animo a especular cuánto falta para eso.”

A pesar de la confianza de Miller, una sombra aletea sobre los múltiples senderos por los quediscurre la búsqueda del origen de la vida. Es la incertidumbre. Porque aunque alguna vez se consiga sintetizar vida en condiciones de laboratorio, será imposible saber si en aquel entonces, hace 4000 millones de años (más o menos), las cosas ocurrieron realmente de esa manera. Es posible que nunca se sepa cómo fue esa primera chispa capaz de arrancar el motor de la evolución y que nunca más se detuvo.

Requisitos para ser vivo

Quien aspire a ser vivo deberá estar formado por células. Cada célula estará separada del ambiente por una membrana de lípidos. En su interior, una segunda membrana de igual naturaleza rodeará el material genético. Las células deberán ser capaces de tomar sustancias del ambiente y transformarlas para su propio beneficio. Tendrán que poseer la habilidad de crecer y reproducirse. Es requisito indispensable que, en determinado momento, cesen en sus funciones. Se aceptarán individuos formados por una sola célula (protozoos) y con una única membrana externa (bacterias). Virus, priones y otras entidades que no cumplan estas propiedades, abstenerse.

Del polvo (cósmico) venimos

La aparición de la vida ¿fue una consecuencia lógica de la química prebiótica? El astrónomo Fred Hoyle piensa que no: “La formación de una célula viva a partir de una sopa química inanimada es tan probable como el ensamblado de un 747 por un torbellino que pasa a través de un depósito de chatarra”.
Si el tiempo para que se formaran las moléculas precursoras de la vida no fue suficiente, entonces ¿de dónde salieron esas moléculas? Dicen que del espacio exterior. Se han detectado compuestos orgánicos en el polvo interestelar, meteoritos, cometas y las atmósferas de Júpiter, Saturno y Titán. Dentro del meteorito Murchison, que cayó el 28 de setiembre de 1969 en Australia, se encontraron 18 aminoácidos.

Algunos científicos van todavía más lejos. Afirman que lo que vino del espacio exterior fueron directamente seres vivos. La idea lleva el nombre de panspermia, que en griego significa “todo semilla”. El universo lleno de semillas de vida.

En los años 70, los astrónomos Fred Hoyle y Chandra Wickramasinghe anunciaron que sus mediciones de ondas infrarrojas indicaban la presencia de bacterias en la materia interestelar. “Yo me baso en las observaciones -declaró Hoyle en una entrevista-. Yo no digo ‘es absurdo que haya bacterias en el espacio’. La conclusión encaja con las observaciones, entonces es la mejor teoría que tenemos. No me importa si es absurda. Así que no dudé en publicarla. Eso, por supuesto, fue el principio del desastre, del ridículo. ¡Ellos (sus detractores) saben! Nacieron para saber que las partículas en el espacio no son bacterias. Dios habló con ellos”.