El origen de la vida.

¿Cómo pudo surgir la vida?

• Oparin y Haldane.

En la década de 1920, los científicos ruso Aleksandr Oparin e inglés J. B. S. Haldane propusieron de manera independiente la ahora llamada teoría de Oparin y Haldane: la vida en la Tierra podría haber surgido paso a paso de materia no viva a través de un proceso de “evolución química gradual”$^3$.

Oparin y Haldane pensaban que la Tierra en sus inicios tenía una atmósfera reductora, es decir, con una muy baja concentración de oxígeno, en la cual las moléculas tienden a donar electrones. En estas condiciones, ellos sugirieron que:

• Moléculas inorgánicas simples pudieron haber reaccionado (con energía de rayos o el sol) para formar unidades estructurales, como aminoácidos y nucleótidos, que pudieron haberse acumulado en los océanos para formar una "sopa primordial"$^3$.
• Los ladrillos pudieron haberse combinado en otras reacciones para formar moléculas más grandes y complejas (polímeros), como proteínas y ácidos nucleicos, tal vez en pozos en la orilla del agua.
• Los polímeros pudieron haberse ensamblado en unidades o estructuras que fueran capaces de mantenerse y duplicarse a sí mismas. Oparin pensaba que estas pudieron ser “colonias” de proteínas agrupadas para llevar a cabo el metabolismo, mientras que Haldane indicó que las macromoléculas quedaron encerradas por membranas para formar estructuras similares a las células$^{4,5}$.
• Los detalles de este modelo probablemente no son del todo correctos. Por ejemplo, los geólogos hoy en día piensan que la atmósfera no era reductora y no está claro si los primeros indicios de vida surgieron en los pozos a la orilla del mar. No obstante, la idea básica, una formación espontánea paso a paso de moléculas o ensambles biológicos simples, después más complejos y luego autosustentables, todavía es el elemento central de la mayoría de hipótesis sobre el origen de la vida.

•  Miller y Urey

En 1953, Stanley Miller y Harold Urey hicieron un experimento para comprobar las ideas de Oparin y Haldane. Determinaron que las moléculas orgánicas podrían formarse espontáneamente en condiciones reductoras, las cuales se pensaba que eran similares a las de la Tierra en sus inicios.

Miller y Urey construyeron un sistema cerrado que contenía un depósito de agua tibia y una mezcla de gases que supuestamente abundaban en la atmósfera de la Tierra en sus inicios ($\text{H}_{2}$$\text{O}$, $\text{NH}_{4}$, $\text{CH}_{4}$ y $\text{N}_{2}$). Para simular los rayos que quizás proporcionaron energía para las reacciones químicas en la atmósfera de la Tierra, Miller y Urey enviaron chispas de electricidad a través de su sistema experimental.

Representación del equipo que usaron Miller y Urey para simular las condiciones en la Tierra en sus inicios.

Después de dejar que el experimento funcionara durante una semana, Miller y Urey vieron que se habían formado varios tipos de aminoácidos, azúcares, lípidos y otras moléculas orgánicas. Aunque faltaban moléculas grandes y complejas (como las de ADN) y proteínas, su experimento demostró que por lo menos algunas de las unidades estructurales de estas moléculas podrían formarse espontáneamente a partir de compuestos simples.

Los resultados de Miller y Urey.

En la actualidad, los científicos creen que la atmósfera de la Tierra en sus inicios era diferente al experimento de Miller y Urey (es decir, no reductora y con bajos niveles de amoniaco y metano)$^{6,7}$. Por lo tanto, se duda que Miller y Urey hicieran una simulación precisa de las condiciones en la Tierra en aquel entonces.

Sin embargo, varios experimentos realizados en años posteriores han demostrado que pueden formarse unidades estructurales orgánicas (especialmente aminoácidos) a partir de precursores inorgánicos en condiciones muy variadas.$^8$

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A partir de estos experimentos, parece razonable pensar que al menos algunas de las unidades estructurales de la vida pudieron tener una formación abiótica en esta época. Sin embargo, sigue siendo una incógnita exactamente cómo (y en qué condiciones).

De monómeros a polímeros

¿Cómo fue que en los inicios de la Tierra los monómeros (unidades estructurales), por ejemplo, aminoácidos, pudieron ensamblarse en polímeros, o macro-moléculas biológicas reales? En las células actuales, las enzimas arman los polímeros. Sin embargo, dado que las enzimas son polímeros.

Es posible que se formaran polímeros a partir de monómeros espontáneamente en las condiciones encontradas en la Tierra en sus inicios. Por ejemplo, en la década de 1950, el bioquímico Sidney Fox y sus compañeros determinaron que si los aminoácidos se calentaban en ausencia de agua, podrían vincularse para formar proteínas$^{10}$. Fox sugirió que, en esa época, el agua de mar que transportaba los aminoácidos pudo salpicar sobre una superficie caliente como un flujo de lava, lo cual hizo hervir el agua y dejar una proteína.

Experimentos adicionales en la década del 90 demostraron que los nucleótidos de ARN pueden vincularse cuando son expuestos a una superficie de arcilla$^{11}$, la cual actúa como un catalizador para formar un polímero de ARN. En términos más generales, la arcilla y otras superficies minerales pueden haber tenido una función clave en la formación de polímeros al actuar como soportes o catalizadores. Los polímeros que flotan en una solución pueden hidrolizarse (descomponerse) rápidamente, lo cual avala un modelo de unión a una superficie$^{12}$.

La imagen de arriba muestra un ejemplo de un tipo de arcilla conocida como montmorillonita. En particular, tiene propiedades catalíticas y de organización que pueden haber sido importantes en los orígenes de la vida, tales como la capacidad de catalizar la formación de polímeros de ARN (y también el ensamble de vesículas de lípidos similares a células)$^{13}$