- Segunda parte: una división en las filas de los científicos -
- Tercera parte: en busca del primer replicador -
- Cuarta parte: la energía de los protones -
- Quinta parte: entonces, ¿cómo se crea una célula? -
- Sexta parte: La Gran Unificación -
Hoy, la vida ha conquistado cada centímetro cuadrado de la Tierra, pero cuando el planeta se formó por primera vez, era una piedra muerta. ¿Cómo y cuándo tuvo lugar la transición histórica? ¿Cómo empezó la vida? Difícilmente se puede pensar en una pregunta más seria, grande y compleja. A lo largo de la mayor parte de la historia de la humanidad, nadie dudó de que esto era asunto de los dioses. Cualquier otra explicación era impensable.
No más. Durante el siglo pasado, muchos científicos han tratado de averiguar dónde podría comenzar la primera vida. Incluso intentaron recrear el momento de la Creación en sus laboratorios: crear una vida completamente nueva desde cero. Hasta ahora nadie lo ha logrado, pero hemos recorrido un largo camino. Hoy en día, muchos científicos que estudian el origen de la vida confían en que están en el camino correcto y tienen experimentos que respaldan su confianza en esto.
Esta es la historia de nuestros esfuerzos por descubrir nuestros verdaderos orígenes. Es una historia de obsesión, lucha y brillante creatividad que condujo a algunos de los mayores descubrimientos de la ciencia moderna. El deseo de comprender los orígenes de la vida envió a hombres y mujeres a los rincones más recónditos de nuestro planeta. Algunos estudiosos fueron considerados demonios en la carne, mientras que otros continuaron trabajando bajo el control de gobiernos totalitarios brutales.
Esta es la historia del nacimiento de la vida en la Tierra.
norte
De hecho, los dinosaurios vivieron no hace mucho tiempo.
La vida es vieja. Los dinosaurios, las criaturas extintas más famosas, aparecieron hace 250 millones de años. Pero la vida empezó mucho, mucho antes.
El registro fósil más antiguo conocido tiene unos 3.500 millones de años, 14 veces más que los dinosaurios más antiguos. Pero el registro fósil puede llevarnos aún más lejos. Por ejemplo, solo en agosto de 2016, los científicos descubrieron microbios fosilizados que tienen 3.700 millones de años.
Video promocional:
Estos patrones ondulados pueden tener 3.700 millones de años.
La Tierra en sí no es mucho más antigua, tiene 4.500 millones de años.
Suponiendo que la vida se originó en la Tierra, lo que parece razonable, dado que todavía no la hemos encontrado en otro lugar, esto debe haber sucedido en los mil millones de años que transcurrieron entre la formación de la Tierra y la aparición de los fósiles más antiguos conocidos.
Al reducir el rango de veces que puede haber aparecido la vida, podemos hacer conjeturas fundamentadas sobre cómo sucedió.
El árbol de la vida: la mayoría de las bacterias y arqueas
Desde el siglo XIX, los biólogos saben que todos los seres vivos están formados por "células": pequeños sacos de materia viva que tienen todas las formas y tamaños. Las células se descubrieron por primera vez en el siglo XVII, gracias a la invención de los primeros microscopios, pero se necesitaron más de cien años para darse cuenta de que eran la base de toda la vida.
Ciertamente no parece un pez gato o un tiranosaurio, pero un microscopio mostrará que está hecho casi de las mismas células. Como plantas y hongos. Pero hasta ahora, la forma de vida más numerosa son los microorganismos, que constan de una célula. Las bacterias son el grupo más famoso y se pueden encontrar en todas partes de la Tierra.
En abril de 2016, los científicos presentaron una versión actualizada del "árbol de la vida": en cierto sentido, el árbol genealógico de todas las especies vivientes. Casi todas las ramas son bacterias. Además, la forma de estas ramas sugiere que las bacterias fueron el ancestro común de toda la vida. En otras palabras, todos los seres vivos, incluido usted, provienen de bacterias.
Resulta que podemos definir con mayor precisión el problema del origen de la vida. Usando solo materiales y condiciones que estaban en la Tierra hace 3.500 millones de años, debemos hacer una célula.
¿Qué tan difícil será?
Célula viva entera
Primeros experimentos
A lo largo de la mayor parte de la historia, nadie consideró necesario preguntarse cómo surgió la vida, ya que la respuesta parecía obvia. Hasta el siglo XIX, la mayoría de la gente creía en el "vitalismo". Esta es una idea intuitiva de que los seres vivos están dotados de una propiedad mágica especial que los distingue de los objetos inanimados.
El vitalismo a menudo se ha asociado con creencias religiosas. La Biblia dice que Dios usó el "aliento de vida" para revivir a las primeras personas, y el alma inmortal es una forma de vitalismo.
Solo hay un problema. El vitalismo es una completa tontería.
A principios del siglo XIX, los científicos habían descubierto varias sustancias que parecían exclusivas de la vida. Uno de esos compuestos fue la urea, que se encontró en la orina y se excretó en 1799. Solo que esto todavía encaja en el concepto de vitalismo. Solo los seres vivos podían producir estos productos químicos, por lo que aparentemente estaban cargados de energía vital y esto los hacía especiales.
Pero en 1828, el químico alemán Friedrich Wöhler encontró una manera de producir urea a partir de un químico común, el cianato de amonio, que no tenía una conexión obvia con los seres vivos. Otros siguieron su ejemplo, y pronto quedó claro que las sustancias químicas de la vida se podían fabricar a partir de sustancias químicas más simples que no tenían nada que ver con la vida.
Friedrich Wöhler, químico alemán
Este fue el fin del vitalismo como concepto científico. Pero a la gente le resultó difícil desprenderse de esta idea. A mucha gente le parecía que decir que no había nada "especial" en las sustancias químicas de la vida era como quitarle su magia a la vida, volviéndola mecánica o sin alma. Y, por supuesto, era contrario a la Biblia.
Incluso los estudiosos han intentado salvar el vitalismo. Ya en 1913, el bioquímico inglés Benjamin Moore promovió fervientemente la teoría de la "energía biótica", que era el mismo vitalismo, pero con un nombre diferente. Esta idea tenía fuertes connotaciones emocionales.
Incluso hoy, sin embargo, esta idea a veces aparece aquí y allá. Por ejemplo, hay muchas historias de ciencia ficción en las que se puede aumentar o absorber la "energía de la vida". Piense en la "energía de regeneración" utilizada por los Time Lords en Doctor Who. Parece inusual, pero esta es una idea muy, muy antigua.
Sin embargo, después de 1828, los científicos tenían buenas razones para buscar una explicación "impía" para la primera aparición de vida. Pero no lo hicieron. Parecería que este tema necesita ser investigado, pero de hecho el misterio del origen de la vida ha sido ignorado durante décadas. Quizás todavía estaban demasiado apegados al vitalismo para dar el siguiente paso.
Charles Darwin demostró que toda la vida desciende de un ancestro común
En cambio, el gran paso adelante de la biología en el siglo XIX fue la teoría de la evolución desarrollada por Charles Darwin y otros.
La teoría de Darwin, expuesta en El origen de las especies en 1859, explica cómo toda esta diversidad de vida podría haber surgido de un único antepasado común. Cada especie individual ya no fue creada por Dios, sino que descendió de un organismo antiguo que vivió hace millones de años: el último ancestro común universal.
Esta idea resultó ser extremadamente controvertida, nuevamente porque no se ajustaba a la Biblia. Darwin y sus ideas fueron atacados por cristianos en parte indignados.
La teoría de la evolución no dice nada sobre cómo apareció el primer organismo.
Darwin creía que la vida apareció en un "pequeño estanque cálido"
Darwin sabía que se trataba de una cuestión profunda, pero, tal vez por temor a nuevos ataques de la iglesia, no se atrevió a discutirla hasta 1871. El tono optimista de la carta muestra que conocía el profundo significado de esta pregunta:
"Pero si (y oh, qué gran" si ") pudiéramos imaginar un pequeño estanque cálido con todo tipo de sal de amoníaco y fósforo, con luz, calor, electricidad, en el que se formaría químicamente un compuesto proteico, listo para pasar aún más cambios complejos …"
En otras palabras, ¿qué pasaría si alguna vez hubiera una pequeña masa de agua llena de compuestos orgánicos simples y bañada por la luz del sol? Algunos de estos compuestos pueden combinarse para formar una sustancia semiviva como una proteína que podría comenzar a desarrollarse y volverse más compleja.
norte
Esta idea fue superficial. Pero ella formó la base de la primera hipótesis del surgimiento de la vida.
Curiosamente, esta hipótesis apareció en la URSS.
Alexander Oparin vivió y trabajó en la URSS.
Durante la época de Stalin, todo estaba bajo el control del estado. Incluso las ideas de personas, biólogos, no relacionadas con la política comunista. Sorprendentemente, Stalin prohibió a los científicos estudiar la genética convencional. En cambio, promovió las ideas del agricultor Trofim Lysenko, que, en su opinión, estaban más en línea con la ideología comunista. Los científicos que trabajan en el campo de la genética se vieron obligados a apoyar públicamente las ideas de Lysenko para no acabar en los campos.
Fue en un entorno tan represivo que Alexander Oparin llevó a cabo su investigación en el campo de la bioquímica. Podía trabajar porque era un comunista devoto: apoyaba las ideas de Lysenko e incluso recibió la Orden de Lenin, el premio más alto de la era soviética.
En 1924 Oparin publicó su obra El origen de la vida. En él, describió su visión del origen de la vida, que era sorprendentemente similar al pequeño estanque cálido de Darwin.
Los océanos se formaron después de que la Tierra se enfrió
Oparin trató de imaginar cómo era la Tierra después de su formación. La superficie estaba ardiendo cuando las rocas cayeron del espacio. Una mezcolanza de rocas semiexpandidas que contienen una amplia gama de productos químicos, incluidos los basados en carbono.
Finalmente, la Tierra se enfrió lo suficiente como para que el vapor de agua se condensara en agua líquida y la primera lluvia comenzó a caer. Llenó los océanos de la Tierra, que eran calientes y ricos en sustancias químicas carbonáceas. Lo que necesitas de por vida.
Al principio, varios productos químicos interactuaron entre sí para formar muchos compuestos nuevos, algunos de los cuales eran complejos. Oparin sugirió que las moléculas esenciales para la vida, azúcares y aminoácidos, podrían haberse formado en las aguas de la Tierra.
Luego, algunos de los productos químicos comenzaron a formar estructuras microscópicas. Muchas sustancias orgánicas no se disuelven en agua: por ejemplo, los aceites forman una capa sobre el agua. Pero cuando algunas de estas sustancias entran en contacto con el agua, forman bolas esféricas de "coacervados" que pueden tener hasta 0,01 centímetros de diámetro.
Si miras los coacervados a través de un microscopio, se comportan muy móviles, como células vivas. Crecen y cambian de forma, a veces divididos en dos partes. También pueden recoger sustancias químicas del agua circundante, por lo que pueden terminar con sustancias químicas similares a la vida. Oparin sugirió que los coacervados eran los antepasados de las células modernas.
Cinco años después, en 1929, el biólogo inglés John Burdon Sanderson Haldane propuso de forma independiente ideas muy similares en un breve artículo publicado en el Rationalist Annual.
En ese momento, Haldane ya había contribuido mucho a la teoría de la evolución, ayudando a integrar las ideas de Darwin en el desarrollo de la ciencia genética.
El genetista inglés J. Haldane
Al igual que Oparin, Haldane describió cómo la materia orgánica podría acumularse en el agua "hasta que los océanos primordiales alcanzaran la consistencia de una sopa caliente y diluida". Esto prepararía el escenario para los "primeros seres vivos o semivivos" que se formaron y terminaron en una fina película de aceite.
Es significativo que entre todos los biólogos del mundo, solo Oparin y Haldane llegaron a esto. La idea de que los organismos vivos se pueden formar a través de reacciones químicas simples, sin Dios o incluso sin "fuerza vital", era radical. Al igual que la teoría de la evolución de Darwin antes, también fue una bofetada al cristianismo.
Pero encajaba perfectamente en el marco de la URSS. El régimen soviético era oficialmente ateo y sus líderes apoyaban felizmente cualquier explicación materialista de fenómenos profundos como la vida. Haldane también era ateo y comunista.
"En ese momento, la aceptación o el rechazo de una idea dependía principalmente del individuo: si era religioso, si apoyaba ideas de izquierda o comunistas", dice el experto en orígenes de la vida Armen Mulkidzhanian de la Universidad de Osnabrück en Alemania. “En la Unión Soviética fueron recibidos con alegría, porque no necesitaban a Dios. En el mundo occidental, si miras a la gente que pensaba en esta dirección, todos eran izquierdistas, comunistas, etc."
La idea de que la vida se formó en un caldo primordial de materia orgánica se convirtió en la hipótesis de Oparin-Haldane. Era pulcra y convincente, pero había un problema. Ella no fue apoyada por ninguna evidencia experimental. Y así continuó durante casi un cuarto de siglo.
Harold Urey
Cuando Harold Urey se interesó por los orígenes de la vida, ya había ganado el Premio Nobel de Química de 1934 y ayudó a construir la bomba atómica. Durante la Segunda Guerra Mundial, Yuri trabajó en el Proyecto Manhattan, recolectando el inestable uranio-235 necesario para el núcleo de la bomba. Después de la guerra, luchó para mantener la tecnología nuclear bajo control civil.
También se interesó por la química del espacio, en particular, lo que sucedió durante la formación del sistema solar. Dio una conferencia un día y señaló que probablemente no había oxígeno en la atmósfera de la Tierra cuando se formó por primera vez. Este fue el complemento perfecto para el caldo primario de Oparin y Haldane: las sustancias químicas frágiles podían destruirse por contacto con el oxígeno.
Un estudiante de doctorado llamado Stanley Miller estaba en la audiencia y luego se acercó a Yuuri con una pregunta: ¿se puede probar esta idea? Yuuri se mostró escéptico, pero Miller insistió por su cuenta. Así que en 1952 Miller inició el experimento más famoso sobre el origen de la vida.
Experimento de Miller-Urey
La configuración fue simple. Miller conectó una serie de matraces de vidrio y encendió cuatro sustancias químicas que podrían haber estado presentes en la Tierra primitiva: agua hirviendo, gas hidrógeno, amoníaco y metano. Luego sometió los gases a repetidas descargas eléctricas para simular los rayos que eran comunes en la Tierra en esos días.
Miller descubrió que "el agua de los viales se volvió significativamente más rosada después del primer día, y al final de la semana la solución estaba roja y turbia". Al parecer, se ha formado una mezcla de productos químicos.
Después de analizar la mezcla, Miller descubrió que contiene dos aminoácidos: glicina y alanina. A menudo se hace referencia a los aminoácidos como los componentes básicos de la vida. Se utilizan para formar proteínas que controlan la mayoría de los procesos bioquímicos de nuestro cuerpo. Miller construyó dos componentes esenciales de la vida desde cero.
Los resultados fueron publicados en la prestigiosa revista Science en 1953. Yuri hizo algo muy inusual para los científicos de alto nivel, quitando su nombre de su trabajo y dando todo el crédito a Miller. A pesar de esto, el estudio a menudo se conoce como el experimento de Miller-Urey.
Stanley Miller en el laboratorio
“El punto fuerte de Miller-Urey es que se pueden producir muchas moléculas biológicas solo desde la atmósfera”, dice John Sutherland del Laboratorio de Biología Molecular en Cambridge, Reino Unido.
Los detalles resultaron ser incorrectos, ya que estudios posteriores mostraron que la atmósfera de la Tierra primitiva era una mezcla diferente de gases. Pero eso no cambia el hecho. El experimento fue un éxito, estimuló la imaginación del público y estalló en citas.
Después del experimento de Miller, otros científicos comenzaron a buscar formas de crear moléculas biológicas simples desde cero. La solución al misterio del origen de la vida parecía a punto de aparecer.
Pero luego resultó que la vida era más difícil de lo que nadie pensaba. Las células vivas no eran solo bolsas de productos químicos: eran diminutas máquinas diminutas. De repente, construir una célula desde cero resultó ser mucho más difícil de lo que pensaban los científicos.
ILYA KHEL
- Segunda parte: una división en las filas de los científicos -
- Tercera parte: en busca del primer replicador -
- Cuarta parte: la energía de los protones -
- Quinta parte: entonces, ¿cómo se crea una célula? -
- Sexta parte: La Gran Unificación -
