Un nuevo enfoque al origen de la vida

Según varios científicos rusos los primeros organismos unicelulares no aparecieron en el océano... Fuente: Ígor Shpilenok

Según varios científicos rusos los primeros organismos unicelulares no aparecieron en el océano... Fuente: Ígor Shpilenok

Desde principios del siglo XX los investigadores han creído que los organismos unicelulares aparecieron en algún lugar del océano Pacífico. Sin embargo, nuevos datos refutan esta teoría básica. En palabras de los biofísicos Armén Mulkidjanián, colaborador de la Universidad de Osnabrück (Alemania) y profesor de la Universidad Lomonósov de Moscú, y Yevgueni Kunin, colaborador del Centro Nacional de Información Biotecnológica de EE UU, la vida pudo surgir en unos manantiales geotérmicos.

Armén, usted es el autor de una de las mayores sensaciones en la ciencia contemporánea: una teoría nueva sobre el origen de la vida. En esencia, echa abajo la base primordial. Y es que lo normal era considerar y muchos científicos lo presentaban como algo real– que la vida se originó en el océano. Pero usted ha declarado que la vida pudo surgir en otros lugares, como por ejemplo, en manantiales minerales termales. ¿Podría darnos más detalles al respecto? 

Los organismos actuales portan información no solo sobre sus antepasados, sino también sobre el mundo que rodeaba a esos antepasados. 

Con el tiempo, el mundo ha ido cambiando, pero los organismos no siempre han conseguido sintonizar con él, de aquí provienen muchos “desajustes” entre la bioquímica de los organismos vivos y la química de su medio ambiente. 

En particular, la composición química del líquido intracelular (citoplasma) no se parece en absoluto ni al agua salada ni al agua dulce. En el agua salada hay 40 veces más iones de sodio que de potasio, mientras que en el interior de las células es al revés: hay bastante más potasio que sodio. 

Como esta abundancia de potasio en el interior de la célula es importante para el funcionamiento de muchos fermentos, así como para la síntesis del albumen, los organismos marinos pierden gran cantidad de energía en bombear al exterior los iones innecesarios, “permeables”, de sodio. 

La composición química del citoplasma de las células animales fue definida en los años 20 del siglo pasado. 

Ahora, conociendo el sorprendente dato de que la composición química del citoplasma es aproximadamente idéntico en todos los organismos –animales, vegetales y bacterias–, es lógico suponer que el citoplasma del antepasado común de todos los organismos celulares también fuera así. 

Según las ideas actuales, este antepasado debía de tener membranas permeables para pequeñas moléculas e iones y, en consecuencia, encontrarse en equilibrio químico con su ambiente. Por eso, en colaboración con Andréi Bychkov, geoquímico de la Universidad Estatal Lomonósov, nos planteamos la pregunta de si actualmente existen en la Tierra lugares con una composición química semejante a la citoplasmática. Resultó que el condesado de vapor en los campos geotérmicos, donde emana vapor caliente pero no agua, la tiene. 

Un manantial de vapor de campos geotérmicos es una solución salina muy caliente y rica en sustancias diferentes, que se origina al  atravesar una capa de rocas de líquido geotérmico que ha sido calentado por el magma. Cuando esta solución entra en ebullición, se produce una división en fase líquida y gaseosa. Durante la primera se pierden los iones de cloro, mientras que en la gaseosa se conserva el amoníaco, el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono. Las moléculas orgánicas, que en primer lugar no son muy solubles en el agua, prefieren quedarse en el vapor. Este fenómeno lo descubrió en los años 60 en Kamchatka el vulcanólogo soviético Averiev.

Las pozas originadas por este condensado de vapor contienen más potasio que sodio, y también grandes concentraciones de iones de metales de transición y de fosfato. 

Volviendo a la pregunta de los “manantiales minerales termales”, me gustaría subrayar que el condensado de vapor no puede estar muy caliente. Se enfría rápidamente y normalmente es un poco más frío que el aire. Esto es importante, puesto que los primeros organismos, frágiles, no hubieran soportado temperaturas elevadas. 

¿Qué pueden ofrecer a la ciencia contemporánea estas ideas puntualizadas sobre el origen de la vida? ¿Qué aplicación pueden tener en medicina, por ejemplo?

En este caso, nuestras investigaciones permiten aclarar la necesidad del intercambio de iones a través de las membranas celulares. 

En un artículo publicado en PNAS, Mulkidjanián y sus colaboradores presentan pruebas de que en el vapor de campos geotérmicos se pierden preferentemente iones de potasio. De esta forma, en el vapor se combinan todas las piezas del mecano “haz la vida”. En la Tierra actual ya no hay tantos campos geotérmicos. Hoy día se están estudiando en Kamchatka,  Japón, EE.UU. e Italia. En la joven Tierra debieron de ser más.

Al comprender las propiedades y las condiciones de la existencia de los primeros organismos celulares, ofrecemos una explicación de la naturaleza de la composición química del citoplasma. Y es que el problema del mantenimiento de esta composición no es menos importante para las personas que para los organismos marinos. 

La composición química de la sangre y de la linfa (parte del plasma sanguíneo) es parecida al agua marina. 

Puesto que nuestras células se encuentran rodeadas bien de sangre, bien de linfa, pierden aproximadamente un tercio de la energía a la que tienen acceso en bombear fuera los iones de sodio y en inyectar hacia dentro los iones de potasio. 

Es útil que todos sepan esto, así comprenderán por qué hay que consumir menos sal y por qué son tan beneficiosas las frutas y las verduras ricas en potasio: es la forma de “hacerle el trabajo” a las bombas de iones de nuestras células. 

Análogamente, para las células también es importante la conservación de otros elementos químicos. Por ejemplo, investigaciones recientes han demostrado que la alta mortalidad infantil en determinadas regiones de África Central está relacionada no tanto con la carencia de alimentos cuanto con el bajo nivel de cinc en el suelo y, en consecuencia, en la escasa comida local. Así que podrían salvarse miles de vidas simplemente dando a los niños pastillas de cinc, nada caras. 

Y, por último, ¿en qué momento está la ciencia actual respecto a las interpretaciones del “origen de la vida”? ¿Qué nuevas ideas han salido a la luz? ¿Obtendremos la respuesta definitiva a esta pregunta? 

Precisamente estos últimos años han sucedido muchas cosas interesantes. Las investigaciones experimentales en el campo del “origen de la vida” suelen reducirse a intentos de obtener la formación espontánea de moléculas importantes para la vida, como pueden ser los nucleótidos y los péptidos, partiendo de “ladrillos pequeños” más sencillos. 

Hasta hace bien poco los científicos realizaban sus ensayos en agua marina o en sistemas análogos, basándose en la idea de que la vida se originó en el océano (de lo que, por cierto, no hay ninguna prueba). 

En vista de que este enfoque no ha dado especial resultado, algunos grupos de químicos se pusieron a resolver el problema inverso, y más exactamente а seleccionar un medio en el que pueden aparecer espontáneamente moléculas biológicas. 

Se logró encontrar ese medio: una solución acuosa concentrada de formamida. Al calentarla o irradiarla con rayos ultravioletas aparecían moléculas biológicas e incluso sus polímeros. 

La molécula de la formamida es muy sencilla, contiene un átomo de carbono, uno de nitrógeno, otro de oxígeno y tres de hidrógeno, es decir, los elementos de los que se componen los organismos vivos. 

Resultó que la formamida tiene una particularidad que podría garantizar su acumulación en grandes cantidades en la antigua Tierra. La temperatura de ebullición de la formamida es de 200 grados Celsius. Es decir, en cualquier sistema donde haya tenido lugar una evaporación, la formamida, si existía originalmente, debería de haberse acumulado. Está claro que en el océano la formamida no hubiera podido acumularse bajo ninguna condición. Por eso el origen de la vida en el océano es muy dudoso. 

Para nosotros es importante que el vapor geotérmico contenga combinaciones capaces de originar formamida. Esto significa que el medio de formación de las primeras biomoléculas reconstruido por los químicos se corresponde con las condiciones de los campos geotérmicos antiguos. 

La evaporación del condesado geotérmico tuvo que ir acompañado de la formación de formamida, así como de una acumulación de fosfato y de compuestos orgánicos en las superficies de los minerales. Por eso es bastante lógico suponer que la vida surgió precisamente aquí, y después también los primeros organismos celulares. Así que estamos siguiendo con gran interés las investigaciones en este campo. 

Publicado originalmente en ruso en S&T.