Wiki CCH

LOS CONCEPTOS CONTEMPORÁNEOS EN TORNO A LOS PROCESOS DEL ORIGEN DE LA VIDA

A. I. Oparin Director del Instituto A. N. Bach de Bioquímica de la Academia de Ciencias de la URSS

Presentación

La cuestión del origen de la vida es uno de los problemas fundamentales de las ciencias naturales, dado que en tanto no sea resuelto, el intelecto humano no podrá ser capaz de comprender la naturaleza de la vida misma.

Es cierto que podemos estudiar y entender, de una manera profunda y completa, qué sustancias, estructuras y procesos forman la base de la organización de los organismos contemporáneos. Sin embargo, si nos reducimos únicamente a estos principios nunca podremos resolver la cuestión de por qué su organización es justamente como es, y en particular, el por qué es tan propositiva, es decir, por qué las estructuras de todas las partes integrantes del organismo (moléculas, organoides, órganos), están tan perfectamente ajustadas a sus funciones y por qué todo él está adaptado a un medio ambiente dado.

Todas las doctrinas religiosas creen que tal sentido propositivo tiene como causa la voluntad constructiva del creador que generó la vida de acuerdo con un plan especial u que dirigió su desarrollo progresivo hasta una perfección final. No solamente los teólogos sostienen esta concepción. Los filósofos idealistas Holistas, finalistas y organicistas), comparten también este punto de vista. A pesar de las diferencias entre sus doctrinas filosóficas, todos ellos se adhieren a la reciente expresión de Vilder Shmit:

intelecto + materia = vida

De acuerdo con esta fórmula, la organización perfecta y propositiva de la vida no es el resultado del estímulo procedente de la vida que crea el intelecto. Así, acordes cono este planteamiento, no importa qué cosa es tal intelecto: el intelecto universal de Dios, o el de una civilización extraterrestre que sembrara la vida en nuestro planeta.

Enfocar el problema desde este punto de vista cierra por completo la puerta a cualquier respuesta racional a la pregunta de cuáles son las causas naturales de la propositividad en el mundo orgánico.

Para contestar dicha pregunta debemos dirigirnos a los estudios del desarrollo de la vida, en particular, a la evolución progresiva de los compuestos de carbón que forman el principal sustrato material de los seres vivos, y a la historia de la formación, a partir de estos compuestos, de sistemas multimoleculares con capacidad de autorreproducción.

I

Uno de los obstáculos básicos con que se tropezó a principios del siglo XX, en el camino de hallar solución al problema del origen de la vida, fue la creencia dominante de que en la naturaleza las sustancias inorgánicas sólo pueden evolucionar por la vía de sus síntesis en los organismos vivos, es decir, biogénicamente. Este punto de vista parecía encontrar comprobación absoluta en las observaciones cotidianas de la naturaleza y en las investigaciones llevadas a cabo en fósiles orgánicos. Se debe hacer notar que, en aquél entonces, los químicos orgánicos, comenzando con Woehler y Butlerov, lograron sintetizar algunos compuestos orgánicos. Esto, sin embargo, no alteró estas ideas puesto que se consideraba que el hombre es el único ser vivo que tiene la capacidad de seleccionar volitivamente el ordenamiento necesario de las reacciones químicas; esta capacidad era desconocida en el mundo inorgánico.

Sin embargo, era completamente imposible imaginar la aparición repentina de los organismos, aún la de los más primitivos, directamente a partir de sustancias inorgánicas (dióxido de carbono, agua y nitrógeno); esto condujo al problema del origen de la vida a un callejón sin salida.

Por esta razón, el primer paso hacia la solución del problema fue la hipótesis de que el monopolio de la síntesis biogénica de sustancias orgánicas es solamente característico de las actuales condiciones de la Tierra. La Tierra primitiva estaba desprovista de vida; fue el sitio en que tuvieron lugar las síntesis abióticas de las sustancias orgánicas cuya evolución terminó en los primeros seres vivos.

Inicialmente, esta síntesis abiogénica de sustancias orgánicas fue atribuida a la Tierra solamente. Se creía que los compuestos primitivos (metano, amoníaco y cianuros), requeridos para dicha síntesis, surgieron den nuestro planeta de una manera similar a la formación de los hidrocarburos petrolíferos, como resultado de la reacción de carburos y agua, estudiada por Medeleyev. Por lo tanto, una idea muy atrayente era la de detectar la síntesis abiogénica en la corteza terrestre actual. Esto, sin embargo, parece muy difícil debido a la presencia de los productos resultantes de la intensa síntesis biogénica llevada a cabo por los seres vivos.

Los modelos experimentales que han simulado el posible medio ambiente de la superficie, la atmósfera reductora y la hidrósfera de la Tierra primitiva, permitieron reproducir la evolución sucesiva de sustancias orgánicas abiogénicas desde los compuestos de carbono más sencillos hasta monómeros y polímeros complejos (por ejemplo, aminoácidos, polipéptidos y polinucleótidos). Las más recientes investigaciones astronómicas han ampliado significativamente esta idea. Los datos radioastronómicos obtenidos recientemente, indican la presencia de varios compuestos de carbón, algunos de una compleja arquitectura molecular, que se encuentran en diferentes regiones del espacio interestelar y que parece ser sintetizados en las nubes de partículas de polvo interestelar, sometidas a intensas radiaciones estelares.

Así, en la actualidad tenemos evidencia directa de la formación abiogénica de sustancias orgánicas, la que tuvo lugar no sólo antes del surgimiento de los organismos, sino aun antes de la aparición de nuestro planeta; en otras palabras, durante su formación, la tierra “heredó” del espacio una gran cantidad de materia orgánica. El estudio de la formación de los planetas menores y asteroides, a partir de la nebulosa solar y el análisis químico de los meteoritos condríticos, sugiere que estas sustancias orgánicas cósmicas son compuestos no volátiles del tipo C20H42 (Anders).

– Un meteorito condrítico se caracteriza por ser rocoso (no metálico), que no ha sufrido procesos de fusión o de diferenciación del asteroide del que procede. (Nota del compilador). –

Es claro que difícilmente podríamos detectar estos compuestos cósmicos juveniles, en el sentido más estricto del término, en las rocas residuales de la corteza terrestre (estos podrían sobrevivir, si acaso, únicamente en el manto). Una porción sustancial de estos compuestos cósmicos pudo haber sufrido pirrólisis, y sus productos haber alcanzado la superficie de la Tierra. Otra porción pudiera haber actuado como la base para la formación y nutrición de organismos primitivos, transformándose en biogénicos como resultado de su metabolismo. Sin embargo, estas sustancias orgánicas biogénicas pudieron haberse desintegrado nuevamente para constituir formas inorgánicas de compuestos de carbono (por ejemplo, CO2 y CO). Estos últimos pudieron formar compuestos orgánicos abiogénicos o biogénicos a través de reacciones que pueden ser ilustradas por la de Fischer Tropsh.

Desde este punto de vista, el debate acerca del origen biológico o inorgánico de los hidrocarburos del petróleo se reduce en importancia; sin embargo, el estudio detallado de las transformaciones de los compuestos de carbón que se desarrollaron en la corteza terrestre adquiere una importancia capital para la solución del origen de la vida.

II

En la literatura científica del segundo cuarto del siglo XX, la idea más conspicua sobre la transición entre lo no vivo y la materia viva era la de la súbita aparición, en la solución primaria de sustancias orgánicas, de una única “molécula viva” de un gene o de un ácido nucleico, como resultado de una combinación accidental de agrupamientos atómicos. Se presumió que esta “molécula”, similar a la del virus del mosaico del tabaco, en el momento de su aparición mostró todos los atributos de la vida, ya que su estructura intramolecular incluía un plan para el posterior desarrollo de la materia orgánica. Obviamente, un acontecimiento de este tipo parecía ser muy poco probable. Por esta razón, por lo general, se postuló que tal cosa pudo haber sucedido a lo sumo sólo una vez durante roda la existencia del planeta y que, en consecuencia, no podía ser reproducida experimentalmente. Así, esta idea cerró las puertas a cualquier investigación sobre el origen de la vida.

Más prometedores fueron los conceptos que supusieron que las moléculas complejas de proteínas, de ácidos nucleicos y de otros compuestos biológicamente importantes, no aparecieron por casualidad, sino como el resultado de la evolución química de las sustancias orgánicas que tuvo lugar en la superficie de la Tierra. Este proceso fue descrito frecuentemente como una cadena inseparable de acontecimientos, en los cuales la aparición de cada nuevo eslabón llevaba a al surgimiento de otros subsecuentes sin que contemplase la posibilidad de que la cadena se rompiese o la de que pudiese tener lugar un desarrollo regresivo.

Cualquier transición de un estado de biopoyesis a otro debió haber estado asociada a un incremento en la complejidad y organización del sistema. Sin embargo, desde el punto de vista de la segunda ley de la termodinámica, el proceso inverso de desintegración es más probable que el de síntesis. De hecho, muchos cálculos del posible equilibrio termodinámico en el océano primitivo muestran que debido a que la materia orgánica disuelta se encontraba expuesta a rayos del lejano ultravioleta, por ejemplo, la descomposición tenía lugar a una mayor velocidad que la síntesis.

El problema es que en la superficie de la Tierra este equilibrio termodinámico nunca se ha alcanzado ni podría establecerse jamás.

Actualmente somos capaces, utilizando muchos resultados de la investigación geológica, de imaginar cómo era la superficie de la Tierra en el período que nos interesa, es decir, el temprano periodo geosinclinal del ciclo orogénico. En ese entonces, las planas tierras emergían apenas sobre los mares someros. La proporción agua – tierra variaba continuamente. El agua que saturaba el terreno avanzaba y retrocedía, acarreando continuamente sustancias orgánicas disueltas desde su lugar de acumulación y concentración, donde se encontraban protegidas de los efectos destructivos de los rayos ultravioleta y donde las moléculas orgánicas podían sufrir una integración catalítica y combinarse formando sistemas multimoleculares limitados interfásicamente, precursores de vida – “probiontes” – y después en los primeros seres vivos. Sin embargo, en diferentes localidades de la superficie de la Tierra, en diferentes “territorios subvitales”, la relación entre los procesos de síntesis y desintegración debe haber diferido entre sí. En muchos de ellos, las sustancias de alto peso molecular que habían alcanzado un avanzado estado de evolución, y los sistemas prebiológicos a que dieron lugar, sufrieron una descomposición parcial o total debido a cambios del medio ambiente; sin embargo, los productos de la descomposición pudieron combinarse nuevamente, comenzando un nuevo ciclo de desarrollo evolutivo, pero sobre una base diferente.

Así, en varios “territorios subvitales” de la superficie de la Tierra , el proceso biopoyético debió haberse encontrado, simultáneamente, en diferente estadios evolutivos.

Por esto, no podemos ahora aceptar la idea de un único surgimiento de la vida en la Tierra.

Los precursores de la vida – compuestos macromoleculares, probiontes y los seres vivos primitivos que formaron – continuamente se desarrollaron, desintegraron y surgieron de nuevo en diferentes lugares y en diferentes tiempos. Así, los organismos primitivos y los representantes más sencillos de los primeros estados biopoyéticos producidos en otros “territorios subvitales” debieron haber coexistido por largo tiempo (probablemente, durante muchos cientos de millones de años). Este moderno concepto, que presume la multiplicidad del surgimiento de seres vivos, echa enteramente fuera la hipótesis anterior que postulaba el surgimiento accidental de la vida – el más raro fenómeno que pudo haber sucedido únicamente una vez durante toda la existencia de la Tierra.

III

La idea del desarrollo inicial de una “molécula viviente” que dominó recientemente en la literatura científica, llevó al concepto de que la formación inicial de sistemas vivos requería del surgimiento previo (al nivel molecular) de proteínas y ácidos nucleicos, intrínsecamente organizados y adaptados funcionalmente, en la solución acuosa en diferentes lugares de la hidrosfera. La supuesta capacidad de estas moléculas de autoensamblarse, se pensó que resultaba en la formación de los primeros organismos de la misma manera en que una máquina puede ser construida por el ensamble de unidades prefabricadas. En este último caso, la adaptabilidad de las unidades y su conformación para funcionar en un ensamblaje, están determinadas por le hecho de que han sido producidas de acuerdo con un plan específico. Cuando se habla del origen de la vida, no podemos suponer la existencia de tal plan previo.

En este caso se vuelve confuso suponer que el “caldo primitivo” pudo haber producido moléculas de proteínas o ácidos nucleicos que tuvieran estructura molecular específica y perfecta y aún más, que estuviesen tan bien ajustadas a las funciones que las moléculas estaban destinadas a desempeñar en un sistema vivo integra, constituido por ellas mismas.

Con nuestro actual acervo de conocimientos, queda desechada completamente la hipótesis del desarrollo accidental de moléculas racionalmente estructuradas. Este es el origen de numerosos intentos para substanciar la evolución de polímeros biológicamente significativos en base de su selección al nivel molecular.

Este tipo de investigaciones, sin embargo, únicamente podrá ser fructífero después de que hayan resuelto serios problemas teóricos y experimentales.

Los modelos experimentales permiten concluir que los polipéptidos de lato peso molecular con una cierta estructura intramolecular, se pudieron haber formado en el primitivo medio ambiente abiogénico, por ejemplo, bajo las condiciones de la síntesis termal primordial. En algunos casos, esto pudo haber determinado su actividad enzimática. Dicha actividad como tal no tenía propositividad biológica, puesto que no tenía importancia para la proteína misma y por lo tanto no podía actuar como base para la selección natural de cada una de las moléculas proteínicas. La adaptabilidad racional de la estructura intramolecular para funciones definidas, podía manifestarse únicamente en un sistema integral individualizado interfásicamente. Este pudo ser el caso, si la reacción enzimática constituía un elemento importante en el desarrollo del metabolismo de un sistema que determinara su estabilidad dinámica y su rápido crecimiento en un medio ambiente dado.

Dificultades más o menos parecidas están implícitas en los intentos para explicar el surgimiento y desarrollo de ácidos nucleico “propositivamente” constituidos, por medio de la selección natural al nivel molecular. Es aún más obvio en este caso, ya que su aparición está necesariamente relacionada con la presencia de proteínas catalizadoras. La pregunta de cuáles debieron desarrollarse primero, las proteínas o los ácidos nucleicos, puede ser contestada en el sentido de que la selección natural no puede involucrar moléculas separadas y diversas, sino que sólo puede influir sobre complejos de éstos u otros compuestos.

La formación de sistemas complejos con separación interfásica de compuestos altamente moleculares en solución acuosa, es un acontecimiento tan frecuente y rutinario, que debió haber ocurrido necesaria y repetidamente en cualquier territorio subvital de la Tierra en el que formaran sustancias orgánicas y sufrieran polimerizaciones. Como se desprende de los modelos experimentales, la formación de diversos sistemas multimoleculares con separación de interfase, no requiere la presencia de moléculas constitutivas que posean una estructura intramolecular específica o funcionalmente adaptada.

Sin lugar a duda, la formación de tales sistemas fue un paso muy importante para el origen de la vida. En primer término, únicamente el aislamiento de un complejo separado interfásicamente del medio ambiente que interaccionara con éste como un sistema abierto, pudo dar lugar a la capacidad, característica de todo ser vivo, de detener el incremento de la entropía durante el crecimiento del sistema, que implica un consumo de materia y energía obtenidas del medio ambiente. Los modelos experimentales con sistemas abiertos con separación interfásica (por ejemplo, con gotitas de coacervados), indican que son capaces de crecer y dividirse y que la tasa de crecimiento depende de la armonía entre la organización intrínseca y el medio ambiente. Esto da como resultado la selección natural de tales sistemas complejos, como resultado de la cual, bajo las permanentes o variables condiciones de un dado territorio subvital, algunos de ellos pudieran persistir por largo tiempo y crecer rápidamente; en tanto que otros, menos organizados, se desintegraban y desaparecían. Esta fue la base para el progreso evolutivo de sistemas complejos prebióticos – o probiontes – y para la adaptación de los polímeros moleculares de estaban constituidos, para efectuar las funciones que habrían de realizar en el sistema.

Es necesario tener en mente que no existían polinucleótidos capaces de replicarse, ni enzimas proteínicas inducidas sobre ellos, que sufrieran selección natural; la selección natural se dio sobre los sistemas integrales con separación de fase, lo probiontes y posteriormente, en los seres vivos primitivos.

Por lo tanto, la organización del todo no fue determinada por sus partes, sino que, por el contrario, durante su desarrollo el todo aseguró la estructura “propositiva” de sus componentes. Es importante también tener en cuenta que en cada estadio de la evolución de los probiontes la síntesis progresiva se desarrolló paralelamente a la constante disociación de sistemas integrales menos perfectos.

¿Qué pasó con los productos de disociación? Estos pudieron haber sido mineralizados, quemados o bien ser absorbidos por probiontes más avanzados y organismos o bien reorganizarse en nuevos sistemas, como fuel el caso al principio de la evolución. Pero en ese entonces tal reorganización se llevó a cabo en un estadio de desarrollo más avanzado, dado que los componentes involucrados tenían una cierta estructura propositiva adquirida durante la evolución de los sistemas integrales que los produjeron. Esta podría ser, por ejemplo, la manera en que se desarrollaron los virus, los cuales fueron incapaces de crecer y reproducirse simplemente en el “caldo primitivo”, pero que tienen la capacidad de autorreproducción dentro de organismos preformados.

Agregar un diccionario

Tomado de: El origen de la vida. Simposio conmemorativo en homenaje a Alexander Ivanovich Oparin. UNAM, Facultad de Ciencias. México, 1988 pag. 27-33