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Índice Presentación Introducción PRIMERA ETAPA: La naturaleza de la Tierra Primitiva SEGUNDA ETAPA: Formación de compuestos orgánicos simples TERCERA ETAPA: El origen de compuestos complejos CUARTA ETAPA: El origen de sistemas metabólicamente activos QUINTA ETAPA: El origen de la primera célula viviente Evidencia de una causa sobrenatural del origen de la vida Referencias Sobre el autor de esta monografía Para descargar esta monografía en formato A4 para su impresión como archivo PDF, pulse aquí. |
PRESENTACIÓN Nos sentimos muy satisfechos de poder presentar en castellano este magnífico estudio del doctor Gish sobre las especulaciones y los experimentos relacionados con teorías sobre el origen de la vida. Una cosa que resultará evidente al
lector es que
se han
realizado grandes hazañas en el campo de la bioquímica.
Pero también el
lector podrá ver como se debe hacer una gran distinción
entre las
hazañas realizadas por los científicos en el campo de la
investigación
bioquímica
(y la aplicación de estos conocimientos a la obtención de
intrincados
productos
bioquímicos en el laboratorio mediante la aplicación de
complicadas
técnicas,
en condiciones extremas de control), por una parte, y un pretendido
origen
evolucionista de la vida a partir de la síntesis de sustancias
químicas
en la
tierra primitiva, por la otra. Las condiciones de la tierra primitiva,
fueran
las que fueran, jamás hubieran podido ser el marco del origen de
la
vida por
medios mecanicistas. En los laboratorios hay personas, con
medios de control, con información y con inteligencia
para
aplicarla. Además,
les guía un propósito. Nada más. El resto ya lo dice el
doctor Gish. Quisiéramos
recomendar otra obra, excelente desde el punto de vista estrictamente
científico, aunque no podemos respaldar completamente su
filosofía que expone en
unos apéndices de la misma —en muchos puntos excelente, no
obstante. Se trata
de Azar y Certeza,
de Georges Salet, biólogo y matemático francés,
científico de talla. Está editada por la Editorial
Alhambra, en la colección Exedra, nº 95 (Madrid 1975), 500
páginas. ESPECULACIONES Y EXPERIMENTOS RELACIONADOS CON LAS TEORÍAS DEL ORIGEN DE LA VIDA: CRITICA «Los que trabajan en el problema del origen de la vida tienen que hacer a la fuerza unos ladrillos sin mucha paja, lo que explica en buena parte el hecho de que se miren estos estudios con muchas sospechas. Las especulaciones son necesariamente prolíficas, y a menudo disparatadas. Algunos de los intentos de dar cuenta del origen de la vida en la Tierra, a pesar de ser ingeniosos, han tenido mucho de literatura de ficción y poco de las inferencias teóricas de aquella clase que puedan ser confrontadas con evidencia observable de una u otra clase». News and Views, Nature, Vol. 216, p. 635 (1967).
INTRODUCCIÓN Mora ha dicho: «... cómo se originó la vida, me temo que desde Pasteur esta cuestión no está dentro del terreno científico» (1). Pasteur había realizado los experimentos que fueron aceptados como la prueba definitiva de que la vida no se podía originar espontáneamente (en la antigüedad se había creído, por ejemplo, que los pantanos originaban espontáneamente a las ranas, que los gusanos se formaban espontáneamente de la materia en descomposición, y que de alguna manera las bacterias se formaban espontáneamente en un caldo nutritivo). Bernal apoyó esta afirmación de Mora cuando dijo, en una discusión del trabajo de Mora: «El doctor Mora ha demostrado que los principios de la ciencia experimental no son aplicables en las discusiones sobre el origen de la vida, y desde luego no se pueden aplicar a ningún problema sobre orígenes» (2). Lo que estos hombres están afirmando es que ninguna discusión o experimento relacionado con el origen de la vida puede tener validez científica. ¿Por qué? Sencillamente, debido a que no hay ninguna evidencia física relacionada con el origen de la vida. Aun si la vida hubiera tenido su origen en algún proceso evolucionista, no tendríamos en la actualidad ningún registro de este proceso que pudiéramos estudiar. Cualquier compuesto químico orgánico que se hubiera formado abiogenéticamente (antes de que apareciera la vida) hubiera quedado metabolizado hace mucho tiempo por los organismos vivientes que se originasen a continuación. Sencillamente, cualquier evidencia que hubiera podido existir del origen de la vida y que hubiese quedado después de completar el proceso hubiera sido eliminada. Simpson ha dicho: «Es inherente en
cualquier definición de
ciencia que las afirmaciones que no puedan ser comprobadas por
observación no
son gran cosa ... o, por lo menos, no son ciencia» (3). Nadie fue testigo de este suceso y nadie
conseguirá obtener
una evidencia directa relacionada con los orígenes de la vida.
De esta
manera, ninguna investigación, por refinada que sea,
conseguirá que
esta área
de pensamiento pase más allá de un plano marcadamente
especulativo. Los
científicos estarán siempre postulando lo que pudiera
haber sucedido,
pero jamás serán capaces de responder a la pregunta de qué
es lo que
realmente sucedió. Sencillamente,
las especulaciones y los experimentos acerca
del origen de la vida se hallan fuera del ámbito de la ciencia.
No
obstante, el hombre siempre ha especulado en cuanto al origen de la
vida. Para revisar las especulaciones primitivas, ver Oparín
(4),
Keosian (5) y Dauvillier
(6). A lo largo de las dos últimas décadas, un
número creciente de
científicos
se ha dedicado a estudiar seriamente esta cuestión. Se ha
multiplicado
el
número de publicaciones científicas tratando este asunto
y se han
celebrado
varios simposios internacionales sobre el origen de la vida. La mayor parte de los investigadores
mantienen la convicción
de que en el origen de la vida no estuvo envuelta ninguna acción
sobrenatural,
sino que su origen estaba inherente en las propiedades de la materia
bajo las
condiciones que han existido en la tierra desde su formación. A
menudo se
presenta el rechazo de cualquier intervención sobrenatural en el
origen de la
vida como la base para aceptar una hipótesis materialista.
Así, Schafer ha
dicho: «...dejando a un lado como carente de base
científica la idea de una
intervención sobrenatural en la primera producción de
vida, no estamos tan sólo
justificados en creer, sino obligados a
creer, que la materia viviente tiene
que deber su origen a causas de carácter similar a las que han
servido
para
producir todas las otras formas de materia en el universo, en otras
palabras, a
un proceso de evolución gradual» (7). Para el
materialista, el hecho de
que la
vida existe constituye prueba suficiente de que hubo una
evolución. Sin
duda
alguna, una mayoría de científicos cree que el origen de
la vida se
debió a un
proceso evolutivo natural. No obstante, hay una minoría
significativa
que está
en desacuerdo. Incluida en esta minoría están los
miembros de la
Creation Research Society (Sociedad para la Investigación de la
Creación), ninguno de los
cuales acepta la teoría general de la evolución (8). La hipótesis materialista, tal como
la bosqueja
Keosian (5), aplica las leyes naturales a la explicación del
origen de
la vida. Empezando con la síntesis abiogenética de
compuestos
orgánicos, esta teoría propone que
el origen de la vida fue el resultado de una serie de pasos probables
de
creciente complejidad, que llevaron inevitablemente al estado vivo.
Esta teoría
contempla el origen de la vida no como un remoto accidente, sino como
«el
resultado de la evolución de la materia a niveles más y
más altos a
causa del
desarrollo inexorable, en cada etapa, de todas sus potencialidades
inherentes
para llegar al siguiente nivel» (9). Aquí parece haber
algún desacuerdo
entre
los evolucionistas, no obstante, en lo inexorable que fuera el paso de
la
materia a niveles más y más altos hasta que
apareció la vida. En tanto
que muchos están de acuerdo con Keosian en que, dadas las
propiedades
de la
materia y las condiciones postuladas para la tierra primitiva, y con el
supuesto de que se dispuso del tiempo necesario, entonces el origen de
la vida
era inevitable, hay otros que están en desacuerdo. Urey ha
dicho: «...
la
evolución a partir de sistemas inanimados, p. ej., de compuestos
bioquímicos
como las proteínas, los carbohidratos, los enzimas y muchos
otros,
desembocando
en los intrincados sistemas de reacciones que caracterizan a los
organismos
vivientes, y en la realmente asombrosa habilidad de las
moléculas de
reproducirse a sí mismas, parece casi imposible a los más
expertos en
este
campo. De modo que un intervalo de tiempo de unos dos mil millones de
años desde
el principio hasta llegar a la fotosíntesis puede ayudar a
muchos a
aceptar la
hipótesis de la generación espontánea de la
vida» (10). Simpson dice,
en su
artículo sobre el no predominio de humanoides en el universo:
«Tan sólo
la
seguridad astronómica de que puede haber muchos millones de
planetas de
características terráqueas nos permite suponer que el
origen de la vida
verdadera, esto es, de la vida celular, puede haber sucedido más
de una
vez» (3).
Si el origen de la vida en la tierra era inevitable en el tiempo
disponible,
entonces es lógico pensar que la vida se haya originado
inevitablemente
en cada
planeta terráqueo. Pero Simpson no puede aceptar esta idea. La hipótesis del origen de la vida
que sostienen
la mayor
parte de evolucionistas contemporáneos, y la que sostiene
Keosian,
contiene
varias consecuencias importantes. Se ha abandonado la antigua idea de
que el
origen de la vida fuese debido a una estructuración casual y
repentina
de la materia. La mayoría de los investigadores reconocen en la
actualidad que la probabilidad de
que esto sucediese es cero. En lugar de un origen de la vida por un
proceso de
un solo paso de pura casualidad, se contempla el origen de la vida como
resultado de una larga serie de episodios que precisaron de muchos
cientos de
millones de años. Y se mantiene que la probabilidad de cada una
de
estas
etapas, aunque baja, tenía algún valor finito. Otra implicación importante de esta teoría es que el origen de la vida se debió tan sólo a las propiedades de la materia. Ahora bien, las propiedades de la materia sí que son susceptibles de investigación, y, en tal caso, la materia debería tener las propiedades que la teoría implica, si la teoría es correcta. Por ejemplo, si la materia ha evolucionado inexorablemente hacia niveles más y más altos, entonces una de las propiedades básicas de la materia tiene que ser una tendencia de dicha materia a organizarse a sí misma a niveles más y más altos. Si ésta es una propiedad de la materia, deberíamos ser capaces de diseñar experimentos que nos lo demostrasen. Si el origen de la vida incluyó una molécula con propiedades de autorreproducción, esto es, una molécula capaz de reproducirse a sí misma sin la ayuda de otras moléculas, esta capacidad de autorreproducirse se hubiera debido tan sólo a las propiedades de la materia y a su organización en la molécula, y esta molécula debería ser tan posible en la actualidad como lo fue hace dos mil millones de años. Deberíamos ser capaces de descubrir esta molécula en la naturaleza, o bien deberíamos ser capaces de construir una. Se postula que los complejos polímeros que se hallan en la célula viviente, tales como las proteínas y los ácidos nucleicos, se originaron espontáneamente a partir de las subunidades de las que están compuestos bajo las condiciones existentes en la tierra primitiva. Esta polimerización se hubiera debido tan sólo a las propiedades de la materia que componía a las subunidades y al polímero bajo las condiciones postuladas. Estas propiedades se pueden investigar y se están realizando intentos en este sentido.
Se puede considerar un enfoque materialista del origen de la vida en diversas etapas de la siguiente manera: 1. Construcción de un modelo verosímil del mundo primitivo. 2.
Descripción de las reacciones químicas que pueden haber
ocurrido bajo las condiciones postuladas en el modelo anterior, y la
naturaleza
de los compuestos químicos sencillos que se hubieran acumulado
en cantidades
significativas como resultado. 3. Descripción de la formación, bajo las condiciones postuladas anteriormente, de compuestos complejos biológicamente importantes, tales como ácidos nucleicos y proteínas, y su acumulación en cantidades significativas. 4.
Descripción del origen de sistemas metabólicamente
activos estables y complejos que estuviesen compuestos de
proteínas
«biológicamente activas» (como los enzimas),
ácidos nucleicos, y otros
compuestos metabólicamente activos, como los coenzimas y
compuestos de fosfato
de alta energía.
5. Descripción del origen de la primera unidad completamente independiente, estable y autorreproductora, la primera célula viviente. PRIMERA ETAPA: LA NATURALEZA DE LA TIERRA PRIMITIVA Un enfoque racional del origen de la vida tiene que empezar con la construcción de un modelo del mundo primitivo que se pueda apoyar con todos los datos pertinentes. En primer lugar se deben evaluar los datos y después proponer un modelo. Un modelo razonable de trabajo de la tierra primitiva es una necesidad absoluta para cualquier trabajo experimental que sea relevante para el problema del origen de la vida. Básicamente se han aplicado dos métodos en el intento de llegar a una hipótesis razonable acerca de la tierra primitiva. El primero de estos métodos usa principalmente datos cosmológicos y teorías cosmogónicas. Esto es, se emplean datos tales como la abundancia cósmica de los elementos, análisis de otras atmósferas del sistema solar y del contenido de los meteoritos, juntamente con las teorías actuales sobre la formación del Sistema Solar, para reconstruir lo que hubiera podido parecer la tierra primitiva. Este método lo consideraremos cuando examinemos la hipótesis de Urey. El segundo método utiliza principalmente los datos geoquímicos y geológicos. Este enfoque parece mucho más razonable. La tierra que pisamos debería darnos una información mucho más fiable que la estimación de condiciones en planetas distantes y que la utilización de teorías cosmogónicas, todas las cuales contienen serias deficiencias. Las hipótesis basadas en otras hipótesis apenas merecen una consideración seria. Este segundo método, basado principalmente en datos geoquímicos y geológicos, lo consideraremos al examinar el modelo de tierra primitiva propuesto por Abelson. Se debe poner en claro que Abelson, como todos los demás, debe apelar a hipótesis allí donde no hay datos y que, en último análisis, no podemos considerar ningún modelo de tierra primitiva como nada más que una hipótesis de trabajo. La hipótesis de Urey Muchos de los primeros investigadores daban por supuesto que la atmósfera primitiva era similar a la actual (11, 12). No cabe ninguna duda de que el factor más importante que llevó al abandono de estas primeras hipótesis de que la atmósfera primitiva era oxidante fue la imposibilidad termodinámica de producción de compuestos orgánicos como los que se hallan en los organismos vivientes en una atmósfera oxidante. De hecho, Urey (10) ha afirmado explícitamente que fue el hecho demostrado experimentalmente de la imposibilidad de síntesis de compuestos orgánicos (como los que se hallan en los organismos vivos) en un medio oxidante lo que le llevó a reconsiderar la hipótesis de Oparín de una atmósfera primitiva reductora. Una atmósfera oxidante es una
atmósfera que contiene oxígeno
libre y en la que hay otros compuestos en un estado oxidado. En una
atmósfera así,
los compuestos orgánicos se oxidarían
espontáneamente. Pero la mayor parte de
los compuestos que se hallan en una célula viviente se
encuentran
principalmente en estado reducido (o no oxidado). No se hubieran podido
formar
espontáneamente, o abiogenéticamente, en una
atmósfera oxidante. En una
atmósfera así, todos los compuestos químicos se
combinarían espontáneamente con
el oxígeno, oxidándose. Así, los evolucionistas
están obligados a
postular que la tierra poseyó una atmósfera reductora. Una atmósfera reductora es una
atmósfera en la que no hay
oxígeno libre, pero que contiene hidrógeno libre y en la
que todos los otros
componentes están en un estado reducido o parcialmente
reducidos. Estos dos
tipos de atmósfera se contrastan en la Figura 1. Se
verá que en la
atmósfera reductora no es necesario que cada componente
esté completamente reducido.
Así, el carbono puede encontrarse totalmente reducido (el caso
del metano) o
parcialmente oxidado (monóxido de carbono); el hidrógeno
puede encontrarse
totalmente reducido (hidrógeno libre) o parcialmente en forma de
agua, oxidado;
el nitrógeno se puede encontrar parcialmente en forma totalmente
reducida (amoníaco)
y parcialmente como nitrógeno libre (ni reducido ni oxidado).
Figura 1. Comparación de la atmósfera reductora postulada con la atmósfera oxidante actual. Oparín, un bioquímico, fue el primero en proponer teorías sobre el origen de la vida basadas en una atmósfera reductora de metano, amoníaco, hidrógeno y agua (13, 14). En su artículo sobre la primitiva historia química de la tierra y el origen de la vida, Urey decía, refiriéndose a la hipótesis de Blum (15): «Me parece que su tratamiento del tema encuentra su mayor dificultad al tratar de explicar la aparición de compuestos orgánicos a partir de materia inorgánica. Este problema prácticamente desaparece si se adoptan las suposiciones de Oparín sobre el carácter reductor de la atmósfera en el pasado» (10). Así, resulta evidente que de manera primordial la atmósfera reductora se postuló debido a que las consideraciones termodinámicas relacionadas con el origen de compuestos orgánicos reducidos exigían una atmósfera reductora; no porque los datos disponibles indicasen que esta atmósfera había existido.
Urey da un cierto número de
reacciones que él cree que
hubieran tenido lugar en estas circunstancias, y postula que el
hidrógeno era un
constituyente principal de la atmósfera primitiva y, por tanto,
que el metano
también lo debió ser. Concluye que el carbono,
nitrógeno, oxígeno e hidrógeno solo
hubieran podido estar presentes en la atmósfera primitiva
(aparte de en trazas)
en forma de metano, agua, amoníaco (o nitrógeno) e
hidrógeno. Se considera que prácticamente
todo el gas original del protoplaneta Tierra se había perdido, y
que la
atmósfera primitiva representaba un resto de la anterior
composición de gases,
influido por los sucesos que tuvieron lugar durante la formación
de la Tierra. En 1959, Miller y Urey (17) sometieron las
ideas anteriores
a un examen más riguroso. De nuevo, la suposición
básica fue que la atmósfera
primitiva era reductora. Miller y Urey calcularon la cantidad de
oxígeno necesaria
para proporcionar el contenido actual de oxígeno en la
atmósfera, para oxidar
todo el carbono superficial actual a CO2, y también
estimaron la
cantidad de oxígeno necesaria para la oxidación de los
compuestos conteniendo
nitrógeno, azufre y hierro. Suponiendo que este oxígeno
procedía de la
descomposición de H2O en las capas altas de la
atmósfera debido a la
acción de los rayos ultravioletas, se calculó entonces la
cantidad de H2
que debió escapar al espacio. Tomando la velocidad actual de
escape de
hidrógeno, esto hubiera precisado de muchos millones de millones
de años. Para
rebajar este valor a 2,5 mil millones de años, se calculó
que se precisaba una
presión parcial de hidrógeno de 1,5 x 10-3
atmósferas (la presión
parcial de H2 actual es de 10-6 atmósferas
al nivel del
mar). Por lo tanto, se dio por supuesto que la atmósfera
primitiva tenía una
presión parcial de hidrógeno de 1,5 x 10-3
atmósferas. Esta es una
suposición crítica, porque al utilizar esta
presión parcial de H2, y
conociendo las constantes de equilibrio de reacción del
hidrógeno con otros
componentes, como el CO2, se calcularon las presiones de
otros
componentes de esta supuesta atmósfera primitiva, como las del
metano, amoníaco
y monóxido de carbono. Se tuvieron que hacer otras suposiciones
a fin de poder
obtener una cifra razonable para el metano. La conclusión final
a que llegaron
fue que una atmósfera reductora con unas presiones parciales
bajas de hidrógeno
y amoníaco y presiones moderadas de metano, agua y
nitrógeno sería una
hipótesis razonable para la atmósfera de la Tierra
primitiva. No obstante, se debe observar que, ya que se
hacen tantas
suposiciones para derivar esta atmósfera primitiva, en realidad
no la
derivaron: la supusieron. En realidad, se podría
resumir el artículo que
publicaron en una sola frase: «Se adopta la suposición
de que la Tierra
primitiva poseía una atmósfera reductora de
hidrógeno, amoníaco, metano, agua,
y nitrógeno». La hipótesis de Abelson Más recientemente, Abelson (18), geoquímico y entonces Director del Laboratorio de Geofísica de la Institución Carnegie de Washington, ha afirmado que no solamente no hay evidencia geoquímica de una atmósfera primitiva de metano y amoníaco, sino que además hay mucha en contra. Observa que una cantidad de amoníaco equivalente al actual nitrógeno atmosférico quedaría destruida, debido a la descomposición causada por la radiación ultravioleta, en solo 30.000 años, un lapso de tiempo despreciable en comparación con las vastas eras de tiempo geológico necesarias para la acumulación de compuestos orgánicos reducidos. También observa que si en la atmósfera primitiva hubieran estado presentes grandes cantidades de metano, las radiaciones hubieran producido grandes cantidades de compuestos orgánicos hidrófobos que hubieran quedado absorbidos por las arcillas sedimentarias. En tal caso, las rocas más primitivas deberían contener una gran proporción de compuestos orgánicos, pero no es así. Abelson también llama la atención al hecho de que si la tierra fue incapaz de retener el xenón de peso atómico 130, también se hubieran tenido que perder otros componentes más ligeros, como el hidrógeno, el metano, y el monóxido de carbono. La conclusión de Abelson es que el concepto de que la Tierra poseyó una atmósfera densa de metano y amoníaco no tiene ningún apoyo geoquímico y que está contraindicado por la escasez de xenón y kriptón en la presente atmósfera. Abelson presenta la teoría
alternativa favorecida por
geólogos —que el génesis de la atmósfera primitiva
fue el resultado del
desprendimiento planetario de gases, y cita las discusiones de diversos
investigadores, incluyendo a Rubey (19,20), Holland (21) y Berkner y
Marshall
(22). Los estudios de la composición de los gases
volcánicos demuestran que los
principales productos volátiles producidos por este
desprendimiento de gases
son el agua y el CO2. También sale a la superficie
una cantidad
significativa de potencial reductor en forma de hidrógeno.
Abelson estima la
cantidad de potencial reductor que sale a la superficie realizando un
balance
de los compuestos químicos oxidados y reducidos en la
atmósfera, en la biosfera
y en las rocas sedimentarias. La mayor parte del carbono en las rocas
sedimentarias está
presente en las mismas como carbonato. Una parte está presente
como carbono
reducido. La cantidad de oxígeno que se necesitaría para
convertir este
material en CO2 y H2O sería de 235 x 1020
gramos. Los geólogos creen que la mayor parte del carbono
orgánico presente en los
sedimentos fue derivado mediante fotosíntesis a partir del CO2
y del
H2O. En dicho proceso se hubieran liberado 235 x 1020
g de O2. Sin embargo, la cantidad de oxígeno
atmosférico y fósil (sulfatos
y hierro férrico procedente del ferroso) que se conoce es de tan
sólo 73 x 1020 g. Abelson sugiere que una
explicación probable de esta discrepancia es que una
cantidad apreciable de carbono que se desprendió de los volcanes
lo hizo en
forma de CO. Suponiendo que la discrepancia en el balance del
oxígeno se
debiese al desprendimiento de H2 y de CO producidos por
desgasificación,
Abelson calculó que la cantidad de estos gases que llegó
a la superficie fue de
19 x 1020 g de H2 y 17 x 1020 g de CO. Además, Abelson supone que uno de los
precursores que dio
origen a compuestos biológicamente importantes fue el cianuro de
hidrógeno
(HCN). Una combinación de gases que pudiera dar origen al HCN
consiste de CO, H2,
y N2. El CO producido por desgasificación
sería no obstante eliminado
por reacción con el agua de los océanos primitivos para
producir ácido fórmico,
lo que resultaría en una presión muy baja de CO. Por
tanto, Abelson supone que
el H2 producido por desgasificación
reaccionaría con CO2
para producir CO adicional suficiente para elevar su presión a
un nivel
suficiente. Pero se tienen que hacer todavía
más suposiciones, ya que el
CO, el N2 y el H2 no reaccionan para producir HCN
en
presencia de H2O.
Abelson cree que en la Tierra primitiva pueden
haber existido unas temperaturas muy bajas a una altitud no mayor de 20
km., y que esta baja temperatura habría atrapado la mayor parte
de la
humedad. Y postula que la primitiva atmósfera que dio origen al
HCN
existió por encima de esta
temperatura mínima y que se componía principalmente de N2,
CO y H2. En tanto que Abelson, partiendo de los datos
geoquímicos y cosmológicos,
ha echado abajo efectivamente la atmósfera de metano y
amoníaco postulada por
Miller y Urey, no ha conseguido dar una evidencia igualmente
convincente de su
postulada atmósfera primitiva de CO, N2 y H2O.
El factor crucial
de su hipótesis es la suposición de que la
desgasificación produjo cantidades
tan enormes de H2 y CO como 19 x 1020 gramos
y 17 x 1020 gramos, respectivamente. Se debe reconocer
que esta es
una especulación no respaldada por hechos: Se precisaba de un
potencial reductor
para el origen abiogenético de compuestos químicos
reducidos, y por esto se
propuso una fuente hipotética del mismo. Los principales componentes de los gases volcánicos son el H2O, el CO2 y el N2. La composición media de los gases volcánicos de Halemaumau en Hawai es, en volumen, del 68% de H2O, 13% de CO2, 8% de N2, y el resto son principalmente humos sulfurosos (23). Urey (10) ha observado que los gases que escapan de los lagos de lava de los volcanes de Hawai están tan altamente oxidados que es difícil explicar estos estados de oxidación tan elevados. De modo que la la propuesta de la formación de vastas cantidades de H2 y CO por desgasificación no tiene el apoyo de ningunos datos conocidos, sino que más bien parece contraindicada. No hay evidencia de una atmósfera reductora Urey ha admitido que la precipitación de calizas en grandes cantidades presenta una dificultad a la hipótesis de la existencia durante un largo período de tiempo de una atmósfera reductora. Después de mencionar que la mayor parte de las grandes masas de hierro se depositaron durante el Precámbrico tardío o fueron erosionadas extensamente durante dicho tiempo, dice que los yacimientos de hierro de la cordillera Vermillion de Minnesota son mucho más anteriores (Keewatin) y que, por tanto, la oxidación del hierro ferroso a férrico tuvo lugar en una época muy temprana de la historia de la tierra. Más adelante en el mismo artículo dice que la presencia de hierro muy oxidado justifica una poderosa presunción en favor de una atmósfera oxidante. Estas observaciones, basadas en hechos derivados de los datos geológicos, en lugar de en suposiciones basadas en teorías cosmogónicas, dan evidencia de que la tierra puede haber tenido una atmósfera oxidante durante la mayor parte de su historia, si no de toda ella. C. F. Davidson, en su contribución
«Geochemical
Aspects of
Atmospheric Evolution [Aspectos Geoquímicos de la
Evolución
Atmosférica]» (24) ante el Simposio de la Academia
Nacional de las
Ciencias sobre la evolución de la atmósfera terrestre,
pone en
sobreaviso de que cambios metasomáticos (introducción de
material,
generalmente
en una solución acuosa muy caliente, desde fuentes externas a la
formación que
sufre el cambio) pueden haber distorsionado las evidencias que
presentan las
rocas. Davidson mantiene que el hecho de encontrar sustancias
inorgánicas
reducidas en algunas formaciones no constituye evidencia de que fuesen
depositadas en el seno de una atmósfera reductora. Por ejemplo,
Davidson señala
que las piritas y uraninitas pretendidamente detríticas,
halladas en
ciertas
formaciones, se han citado como evidencia de que la atmósfera
era
reductora
cuando se depositaron estas formaciones, ya que estos minerales son
fácilmente
oxidables. No obstante, él sostiene que no existe ningún
medio
geológico del
que se puedan obtener oro, uraninita y piritas detríticas
desprovistos
de otros
metales pesados como depósitos aluviales. Davidson mantiene que
estos
depósitos
de uraninita y pirita fueron depositados desde aguas hidrotermales por
lixiviación y transporte procedentes de rocas volcánicas
superiores y
de otras
fuentes. En otras palabras, según Davidson, la presencia de
estos
minerales
reducidos no constituye prueba de que esta formación particular
fuera
depositada bajo una atmósfera reductora, ya que la uraninita y
la
pirita fueron
introducidas hidrotermalmente más tarde, después de ser
lixiviadas de
rocas
volcánicas o de otras fuentes sin contacto con la
atmósfera. Por mucho que se retrotraiga al pasado,
Davidson no puede ver ninguna
evidencia de que la atmósfera fuera nunca muy diferente de la
actual. Un golpe teórico especialmente fuerte
fue el asestado recientemente
a las teorías sobre el origen de la vida, con la reciente
publicación de
Brinkman (25). Según los cálculos de Berkner y Marshall
(22, 26, 27), la
cantidad de oxígeno atmosférico que se hubiera producido
por fotodisociación
del vapor de agua con la luz ultravioleta del sol hubiera sido limitada
y, por
lo tanto, la atmósfera de la tierra hubiera sido reductora hasta
que los
organismos fotosintéticos hubieran evolucionado para producir el
oxígeno presente
en la actualidad. Esto justificaría una atmósfera
reductora, tan vital para la
formación abiogenética de los compuestos orgánicos
reducidos que se pretende
que dieron el origen a la vida, durante una larga proporción de
la historia
primitiva de la Tierra. Brinkman mantiene que Berkner y Marshall
erraron en sus
cálculos debido al hecho de que interpretaron mal los datos de
laboratorio
sobre la absorción del ultravioleta por parte del
oxígeno. Según los cálculos
de Brinkman, la concentración de oxígeno en la
atmósfera hubiera llegado a
una fracción apreciable de su presente nivel muy temprano en la
historia de la
Tierra. Si las observaciones de Davidson (24) y los
cálculos de
Brinkman acerca del contenido en oxígeno de la atmósfera
primitiva son correctos,
entonces el origen evolutivo de la vida queda imposibilitado.
En una
atmósfera oxidante hubiera sido termodinámicamente
imposible la formación abiogenética
de los compuestos químicos orgánicos reducidos que
hubieran debido estar
presentes para que surgiera la vida por evolución química. En resumen, se puede decir que, a pesar de
las elaboradas
hipótesis que se han propuesto a fin de justificar la
suposición de que la
Tierra poseyó una atmósfera reductora en la época
más temprana de su historia,
esta suposición es extremadamente endeble, y en realidad queda
contraindicada
por una considerable cantidad de evidencia. La suposición de que
la tierra tuvo
una atmósfera reductora en una época primitiva convence a
la mayor parte de las
personas. Esto se debe a que la mayoría de gente acepta a la
siguiente cadena
de suposiciones: ya que la vida existe, la vida evolucionó; la
evolución de la
vida precisa de una atmósfera reductora, por ello mismo la
tierra primitiva tuvo que poseer una atmósfera
reductora. SEGUNDA ETAPA: LA FORMACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS SIMPLES El problema con el que tratamos en esta etapa es el de la formación de aquellos compuestos orgánicos relativamente simples que hubieran sido necesarios como precursores o ladrillos para las complejas macromoléculas que constituyen los indispensables componentes metabólicos, reproductivos y estructurales de la célula. Entre estos compuestos simples se incluyen los aminoácidos, que son los ladrillos de las proteínas; las purinas y pirimidinas, que constituyen una parte de las subunidades de que están formados los ácidos nucleicos; y los azúcares, que también forman parte de las subunidades de los ácidos nucleicos, y que también se polimerizan para formar los carbohidratos (ver Figura 2).
Figura 2.
Suponiendo la presencia de determinados
gases en la atmósfera primitiva o la presencia de precursores
simples en los
océanos, y la disponibilidad de una fuente de energía,
como descargas
eléctricas de rayos o la luz ultravioleta, la formación
de estos compuestos
orgánicos relativamente simples parecería casi inevitable
a primera vista. No obstante, en esta etapa
relativamente simple el problema se vuelve muy difícil y
complejo. Se postula
que la vida surgió en un medio acuoso relativamente rico en
compuestos
orgánicos —el llamado «caldo primitivo». Es
así que Bada y Miller (28) han
afirmado que «La hipótesis heterotrófica del origen
de la vida supone que los componentes
básicos del primer organismo vivo estuvieron disponibles en
grandes cantidades
en el océano primitivo». Los compuestos orgánicos
individuales que
contribuyeron significativamente a la formación de compuestos
biológicos deben
haber estado presentes en concentraciones significativas. Por debajo de
una
cierta concentración mínima, la polimerización o
cualquier otra clase de
reacciones de estos componentes entre sí hubiera sido
insignificante. La Tierra
primitiva debió haber estado cubierta por vastas masas de agua,
aunque el
volumen hubiera sido considerablemente inferior al actual (unos 1500
millones
de kilómetros cúbicos). Para que un compuesto hubiera
podido estar en
concentraciones significativas en el océano primitivo, hubiera
tenido que ser producido
en inmensas cantidades a escala mundial. Son varios los factores que
obrarían en
contra de esta posibilidad. Por necesidades de espacio, tendremos que
limitar
nuestra discusión a unos pocos ejemplos. Se pueden consultar las
reseñas de
Patee (29), Lemmon (30) y Kenyon y Steinman (31) acerca de las
teorías que
algunos investigadores han propuesto para explicar el origen de los
compuestos
orgánicos en la tierra primitiva. Ya hemos mencionado el primer
obstáculo que hubiera contribuido a impedir que ningún
compuesto orgánico
llegara a ninguna concentración significativa, esto es: la
dilución que hubiera
tenido lugar en el océano primitivo. Por ejemplo, si todo el
nitrógeno de la
atmósfera estuviera en forma de compuestos nitrogenados de un
solo átomo de
nitrógeno, la concentración de este compuesto en el
océano sería de tan sólo
0,2 molar (unos 2,8 gramos por litro de nitrógeno en forma de
amoníaco, NH3).
Pero una vez que empezase la evolución química, este
nitrógeno se distribuiría entre
miles de diferentes compuestos nitrogenados, disminuyendo enormemente
la
concentración de cada uno. Si se distribuyese uniformemente el
nitrógeno entre
sólo 1.000 compuestos diferentes (a modo de ejemplo, puesto que
no sería así),
la concentración de cada uno de ellos se reduciría a
0,0002 molar. Además, es bien cierto
que tan
sólo una fracción del nitrógeno disponible hubiera
estado presente en
el océano
en un instante determinado. La mayor parte del nitrógeno hubiera
permanecido
como nitrógeno molecular en la atmósfera. Abelson ha
observado (18) que
si todo el nitrógeno de la atmósfera estuviera en forma
de amoníaco, se
descompondría en
nitrógeno e hidrógeno en menos de 30.000 años, un
período de tiempo muy
breve
comparado con las largas eras geológicas supuestamente
necesarias para
el
origen de la vida. Así, si el nitrógeno reaccionase
efectivamente
formando compuestos
capaces de disolverse en el océano primitivo, la
descomposición de los
mismos sería
tan rápida que la mayor parte del nitrógeno disponible
permanecería en
forma de
nitrógeno molecular. Si esta consideración redujese la
cantidad de
nitrógeno en
forma de compuestos nitrogenados por un factor de mil, nuestra
concentración
hipotética de cada compuesto nitrogenado quedaría
reducida a 0,0000002
molar (2
x 10-7 molar), o 2,8 millonésimas de gramo por litro
de nitrógeno en
forma de amoníaco. Esta cantidad, se defina como se defina,
sería tan sólo una
traza. En nuestros cálculos anteriores hemos utilizado la cifra de 1.000 como cantidad de compuestos nitrogenados. Con el progreso de la evolución química y la mayor y mayor diversificación de cada familia química, se hubieran ido formando muchos, muchísimos miles de diferentes compuestos de cada clase. Por ejemplo, un hidrocarburo (un tipo de compuesto formado tan sólo de carbono e hidrógeno) que contenga solo 20 átomos de carbono puede quedar estructurado en más de un millón de maneras diferentes. Queda claro que la cantidad de hidrocarburos compuestos que pudieran existir y que van desde un solo carbono hasta veinte es muchas veces mayor que la cifra anterior, y es realmente enorme. Naturalmente, la posibilidad de diversidad no es la misma para todas las clases de compuestos, pero sigue siendo muy grande para cada clase. La variedad de compuestos nitrogenados que hubieran surgido en la tierra primitiva mediante evolución química hubiera resultado en miles de formas diferentes de los mismos. ¿Cómo hubiera podido llegar a un valor significativo la concentración de cualquier especie molecular en el océano primitivo? Una consideración muy importante, que a menudo se pasa por alto o se ignora en las especulaciones sobre el origen de la vida, es la rápida destrucción de los compuestos orgánicos por las mismas fuentes de energía que los sintetizaron. De hecho, una de las características en todos los experimentos relacionados con el origen de la vida es la extracción inmediata de los productos de reacción, una vez formados, para separarlos de la fuente de energía para impedir su destrucción. Por ejemplo, el aparato (véase Figura 3) usado por Miller en su clásico experimento para la formación de algunos de los aminoácidos y otros compuestos orgánicos sencillos mediante una descarga eléctrica en una mezcla de metano, amoníaco, hidrógeno y agua, incluía una trampa de frío a fin de aislar los productos de la reacción inmediatamente después de su formación (32, 33). El examen de los aparatos utilizados por otros investigadores en experimentos acerca del origen de la vida revela que tales trampas son una característica común (34). Es muy comprensible la propensión de los químicos orgánicos a separar los productos de reacción de las fuentes de energía utilizadas para su síntesis antes de que pueda tener lugar una destrucción significativa de dichos productos. Pero en la Tierra primitiva no hubieran estado presentes ningunos químicos orgánicos para realizar esta operación, y los productos formados hubieran quedado a merced de las destructivas fuerzas de las descargas eléctricas, del calor o de las radiaciones ultravioletas responsables de su síntesis.
Figura 3
En una contribución muy importante,
Hull (35) demostró que cuando se consideran todos los aspectos
termodinámicos
del problema, la posibilidad de acumular concentraciones útiles
de compuestos
orgánicos a lo largo de vastas eras de tiempo queda claramente
anulada. Hull
considera no tan sólo la velocidad de formación de los
compuestos orgánicos,
sino también su velocidad de descomposición,
señalando que las fuentes de
energía a las que se apela para su formación son mucho
más efectivas para su
descomposición. En su estudio utiliza la glicina, el más
sencillo de los
aminoácidos, como ejemplo. Tomando en consideración la
velocidad de formación
de la glicina a partir del metano, amoníaco, y agua mediante la
acción de la
luz ultravioleta en la atmósfera antes de que pudiera llegar al
océano, y su velocidad
de descomposición después de llegar al océano,
Hull calculó que la
concentración de glicina se habría encontrado en
algún punto situado entre 10-12
y 10-27 molar, una concentración enormemente por
debajo de un mínimo
cercano a lo necesario para el origen de la vida. Hull pasa luego a observar que
estas consideraciones llegan a una magnitud abrumadoramente mayor
cuando se
consideran otros compuestos más allá de los más
simples. Así, sobre la base de
la termodinámica, la concentración en equilibrio de la
glucosa es de 10-134
molar a concentraciones unitarias de los reactivos que la componen. Los
valores para las proteínas más sencillas hubieran sido
inimaginablemente
pequeños. Hull señala además que la
concentración en estado cinético
estacionario cae rápidamente con una complejidad creciente a
causa de
que: (1)
disminuye el rendimiento cuántico para su formación; (2)
al mismo
tiempo que disminuye
su estabilidad frente a la descomposición térmica; y (3)
aumenta su
absorción
de luz ultravioleta y la descomposición a causa de la misma. Hull expone, como ya hemos
mencionado, que el éxito de Miller y otros en sintetizar
compuestos orgánicos
con descargas eléctricas y luz ultravioleta se ha debido a la
utilización del
conocido principio de incrementar el rendimiento de la reacción
por medio de la
extracción selectiva del producto de la mezcla de reactivos. Los
esfuerzos de
Bernal (36) y otros para imaginar algún mecanismo que hubiera
operado para
conseguir tal cosa en la Tierra primitiva son el intento de agarrarse a
un
clavo ardiente. La conclusión de Hull fue que «El
fisicoquímico, guiado por
los principios demostrados de la termodinámica y de la
cinética química, no
puede ofrecer ningún ánimo al bioquímico, que
necesita un océano lleno de
compuestos orgánicos para formar siquiera coacervados sin
vida». Otra consideración importante que
tendería a impedir la formación de compuestos
orgánicos simples en la Tierra
primitiva bajo las condiciones propuestas en experimentos sobre el
origen de la
vida es la inverosimilitud de las condiciones de reacción o de
las mezclas de
reactivos que se emplean en estos experimentos. La mayor parte de los
experimentos del origen de la vida presuponen una atmósfera y un
océano en el
que hubiera estado presente existido una considerable cantidad de
amoníaco. Ya
hemos presentado los convincentes argumentos de Abelson en contra de
tal
postulado. Lo que sucede es que la mayoría de los investigadores
simplemente ignoran
la evidencia presentada por Abelson y continúan suponiendo una
atmósfera
similar a la propuesta por Oparín, es decir, con amoníaco
y metano entre sus
componentes. Por otra parte, los investigadores seleccionan
un conjunto determinado de reactivos que ellos creen que
producirán
los productos que desean obtener, mientras que excluyen otros
reactivos
que hubieran estado presentes en la Tierra primitiva. Por ejemplo,
ciertos
investigadores han usado mezclas reactivas que incluyen la presencia de
varios
aldehídos para la producción de azúcares. Otros
han propuesto que los
aminoácidos pudieron haberse formado en mezclas de
amoníaco y los ácidos
succínico, propiónico o maleico. Algunos han usado la
acción del calor o de la
luz ultravioleta en cianuro amónico para producir purinas. Se
han producido
pirimidinas calentando una mezcla de ácido málico, urea y
ácido polifosfórico,
o combinando cianoacetileno con cianato. Si se acepta como posible la
presencia
de toda esta variedad de compuestos orgánicos en la tierra
primitiva, ¿por qué
algún investigador del origen de la vida no toma una mezcla de
amoníaco,
cianuro, urea, aldehídos, ácido succínico,
ácido maleico, ácido propiónico,
ácido málico, cianoacetileno, ácido
polifosfórico, agua y todos los demás compuestos
orgánicos e inorgánicos que hubieran podido existir en la
tierra primitiva, los
calienta, y observa lo que resulta? Pero esto no se hace porque los
resultados predecibles no son los que se desean. El ácido
polifosfórico y
el cianuro quedarían rápidamente hidrolizados por el
amoníaco en solución, el
cianoacetileno desaparecería rápidamente, los
aldehídos reaccionarían con los
compuestos aminados, las purinas y pirimidinas se
descompondrían, etcétera. Los
productos que los químicos orgánicos obtienen en el
laboratorio con un control
cuidadoso de las condiciones de reacción y manipulación
de los reactivos no
serían los mismos que los obtenidos en una mezcla casual de
todos los tipos de
compuestos reactivos que hubieran estado presentes en la tierra
primitiva. Abelson observó claramente (18)
que los azúcares y los carbohidratos se combinan
rápidamente con los
aminoácidos formando productos no biológicos. A un pH de
entre 8 y 9 (el pH que
se postula para el océano primitivo) los aminoácidos
y los carbohidratos son
incompatibles. Consiguientemente, Abelson cree que es
improbable que el
océano primitivo contuviera algo más que simples trazas
de glucosa, ribosa o
desoxirribosa libres. Si esto es así, entonces se plantea
la cuestión:
¿cómo pudieron originarse en esta tierra primitiva los
ácidos nucleicos y los carbohidratos
complejos, que incluyen la glucosa, la ribosa y la desoxirribosa en sus
estructuras? La tendencia al optimismo por
parte de los investigadores del origen de la vida, y su actitud de
ignorar
dificultades obvias, se puede ilustrar haciendo referencia a una
sección de la
reseña de Lemmon (30) dedicada a la formación
abiogenética de azúcares. Lemmon hace
referencia a experimentos en los que se formaron azúcares en
soluciones acuosas
de formaldehído, y después dice: «Por tanto, es
fácil visualizar la síntesis abiogenética
de los azúcares en la tierra primitiva ...». Sin embargo,
en un artículo
publicado tres años antes de la reseña de Lemmon, Reid y
Orgel afirmaban: «No
creemos que la reacción de la formosa tal como nosotros la hemos
llevado acabo
sea un modelo creíble para la acumulación
prebiótica de los azúcares. Primero,
se precisa de soluciones concentradas de formaldehído, y,
segundo, los azúcares
formados se descomponen con bastante rapidez». Más
adelante dicen: «No se ha
conseguido la formación de azúcares ni su
incorporación a nucleósidos bajo
condiciones verosímiles» (37). De modo que las
afirmaciones optimistas que tan a
menudo aparecen en la literatura científica con referencia a
experimentos sobre
el origen de la vida deben ser consideradas con gran cautela, o
más bien con
una total desconfianza. Se podría tratar de otros factores
relacionados con el posible origen y acumulación de compuestos
orgánicos sobre
la tierra primitiva. No obstante, las anteriores consideraciones
anteriores ponen
en evidencia que la formación de incluso los compuestos
orgánicos más simples en
cantidades significativas en la Tierra primitiva hubiera estado
sometida a
severas restricciones. En este contexto es admisible insistir en la
convicción
de Hull —el químico puede dar muy poco ánimo al
bioquímico, que necesita un
océano lleno de compuestos orgánicos para el origen de la
vida. TERCERA ETAPA: EL ORIGEN DE COMPUESTOS COMPLEJOS, BIOLÓGICAMENTE IMPORTANTES, COMO LAS PROTEÍNAS Y LOS ÁCIDOS NUCLEICOS En la célula se encuentran muchas sustancias que constituyen nexos vitales en el metabolismo, la reproducción y la estructura de la célula. Entre ellas están las proteínas, los ácidos nucleicos, los carbohidratos, los lípidos, las hormonas, los coenzimas, compuestos de fósforo ricos en energía, carotenoides, alcaloides, y muchísimas otras. Una explicación del origen de la vida tiene que incluir el origen químico de estos compuestos y su integración funcional en el complejo aparato que dio origen a la célula. Concentraremos nuestra atención principalmente al origen y a la función de solo dos de ellos—las proteínas y los ácidos nucleicos. Las proteínas son unos polímeros constituidos por unas unidades encadenadas, o monómeros, que son los aminoácidos: En esta representación esquemática de una porción muy pequeña de la cadena de una proteína se muestran cinco aminoácidos. Los enlaces se forman por la eliminación de agua durante la combinación química de los aminoácidos entre sí:
La reacción anterior
representa la
formación de un dipéptido, una molécula con tan
solo dos aminoácidos.
La
proteína promedio contiene varios centenares de residuos de
aminoácidos. Para
formar dicha proteína, se debería repetir muchas veces la
reacción
anterior
para ir añadiendo sucesivamente los aminoácidos al final
de la cadena.
Existen unos 20 aminoácidos diferentes, por lo que las
proteínas son
polímeros compuestos
de hasta 20 clases diferentes de subunidades.
En esta porción de una
molécula de
ácido desoxirribonucleico (ADN) se muestran cuatro
nucleótidos. Hay dos tipos
generales de ácidos nucleicos: el ácido ribonucleico
(ARN) y el ácido
desoxirribonucleico (ADN). Generalmente, en el ARN las bases son la
adenina, la
guanina, la citosina y el uracilo. En el ADN las bases son la adenina,
la guanina,
la citosina y la timina. El azúcar en el ARN es ribosa, en el
ADN es
desoxirribosa. Generalmente, los ácidos nucleicos contienen
miles de
subunidades o nucleótidos. Estos polímeros se forman de
una manera parecida a
los de las proteínas —por eliminación del agua entre
unidades. El origen de las proteínas y de
los ácidos nucleicos tal como se hallan en la célula viva
plantea dos problemas
generales. Primero, el problema de su formación química,
esto es, el
acoplamiento de las subunidades y la formación de los enlaces
químicos entre
estas subunidades por la eliminación de agua. Segundo, las
secuencias
específicas o disposiciones lineales de las subunidades en estos
polímeros que
los convierten en biológicamente activos. Una célula
bacteriana contiene como
mínimo de 1500 a 2000 enzimas diferentes, y posiblemente muchos
más. Todos
estos enzimas son proteínas, o polímeros de
aminoácidos y, no obstante, la
actividad de cada una de ellas (la actividad química
específica desarrollada
por cada una) es sumamente específica. Hay miles de
reacciones químicas
que se tienen que catalizar de manera muy eficaz y de una forma muy
específica,
y la célula bacteriana tiene un enzima para cada tarea. En cada
caso, esta
actividad específica se debe al orden estructural de los
aminoácidos en la
cadena de la proteína. La secuencia de los aminoácidos es
diferente para cada
enzima o proteína, y este ordenamiento singular confiere a cada
proteína su
actividad específica. Si hay un cambio en este sistema tan
sumamente ordenado,
aunque sea un cambio muy pequeño, se puede perder toda la
actividad biológica.
Estas proteínas biológicamente activas se pueden comparar
con las máquinas de
una fábrica. En una fábrica, cada máquina es un
ordenamiento muy específico de
piezas metálicas, y cada una de ellas está
diseñada para una actividad
determinada. Si se altera una sola pieza, el resultado puede ser que la
máquina
quede totalmente inutilizada. El origen de la estructura y de la
función de la
máquina se puede atribuir a que ha sido creada por el hombre. El
evolucionista tiene
que intentar dar respuesta a la cuestión de cómo
funciones y estructuras
específicas, como las que se encuentran en las proteínas,
pudieron surgir en
base de leyes físicas y químicas sin la
intervención de un creador. También los ácidos nucleicos poseen estructuras muy específicas debido al ordenamiento singular de los nucleótidos en cada uno de ellos. Cada gene, que es una molécula de ADN, puede estar compuesto de mil o más subunidades, o nucleótidos. El orden en el que están dispuestos estos nucleótidos a lo largo de la cadena determina la función de cada gene. La alteración de uno solo de los miles de nucleótidos en un gene puede causar la pérdida de función del gene, y llegar a ser perjudicial, o hasta letal, para la planta o animal. ¿Cómo llegaron a existir estos ordenamientos tan específicos? Primer problema —La polimerización La solución al primer problema que se acaba de plantear, esto es, la polimerización de las subunidades para formar las proteínas y los ácidos nucleicos (olvidando de momento la necesidad de un ordenamiento específico) puede parecer relativamente simple. Pero no es así. Existe una barrera termodinámica. Si consideramos la reacción general,
encontramos que el equilibrio está enormemente desplazado hacia la izquierda. Los monómeros nunca se combinan espontáneamente para formar polímeros, a no ser que primero hayan sido activados o que se proporcione energía. Por otra parte, los polímeros tienden a disgregarse y revertir a monómeros. Desde luego, se pueden formar polímeros en los laboratorios y en las fábricas, ya que hay químicos para proporcionar la energía necesaria de la manera adecuada. La célula viva también cumple esta tarea, utilizando su peculiar aparato y fuentes de energía. Pero en el océano primitivo no
hubiera
habido ni químicos orgánicos ni organismos vivientes.
Entonces, ¿cómo se supone
que se imprimió a la reacción anterior una
dirección opuesta a aquella a la que
iría espontáneamente? El evolucionista tiene que imaginar
un conjunto de
condiciones y una fuente de energía hipotética dirigida
de tal manera que los
polímeros, como las proteínas y los ácidos
nucleicos, pudieran haber surgido en
grandes cantidades en el océano primitivo. Los evolucionistas son
conscientes
de esta dificultad. Así, Wald ha manifestado: «En la mayor
parte de los
procesos en los que estamos interesados, el punto de equilibrio queda
demasiado
hacia el lado de la disolución. Es decir, que la
disolución espontánea
es mucho
más probable, y por lo tanto va mucho más rápida,
que la síntesis
espontánea.
Por ejemplo, la unión espontánea, paso a paso, de
unidades de
aminoácidos para
formar una proteína tiene una determinada pequeña
probabilidad, y por
lo tanto
podría ocurrir a lo largo de grandes épocas de tiempo.
Pero la
disolución de la
proteína o de un producto intermedio a sus componentes
aminoácidos es
mucho más
probable, y por lo tanto irá mucho más
rápidamente. La situación que
debemos
afrontar es la de la paciente Penélope esperando a Ulises, pero
aún
peor: ella cada noche deshacía lo que había tejido
durante el día, pero
en nuestro
caso una noche podría fácilmente deshacer la obra de un
año o de un
siglo».
Después de considerar cómo los organismos
realizan la síntesis de las
sustancias orgánicas a pesar de esta tendencia a la
disolución, Wald dice: «Lo
que pedimos aquí es la síntesis de moléculas
orgánicas sin una máquina de esta
clase. Creo que este es el problema más pertinaz con el que nos
enfrentamos —el
eslabón más débil por ahora en nuestro
argumento» (38). Después de considerar diversos
postulados referentes a la síntesis de proteínas en la
tierra primitiva,
Matthews y Noser prosiguen: «Ya que la barrera
termodinámica a la
polimerización espontánea de los α-aminoácidos no
se vence fácilmente, y desde luego
parece infranqueable por medio de cualquier mecanismo razonable de
condensación, hemos postulado una secuencia completamente
diferente de acontecimientos
que lleva a la formación de polipéptidos ...» (39).
Sus intentos de esquivar esta
infranqueable barrera se tratarán más adelante. No
obstante, es evidente que
las teorías propuestas por otros investigadores del origen de la
vida sobre la
formación de las proteínas no han atraído a
Matthews ni a Moser. El primer prerrequisito para la
formación de las proteínas necesarias para el origen de
la vida sería un océano
lleno de aminoácidos. Ya que los aminoácidos que se
encuentran en las proteínas
son solo veinte, y que todos ellos son alfa-aminoácidos (el
grupo amino está en
el carbono adyacente al que lleva el grupo carboxilo), en el
océano debió haber
habido una concentración relativamente elevada de estos 20
alfa-aminoácidos. Ya
se ha visto con anterioridad nuestro argumento en contra de la
posibilidad de
que ningún compuesto orgánico pudiera llegar a
tales concentraciones. No
obstante, suponiendo que la concentración de estos
aminoácidos llegara a un
nivel así, ¿cómo fueron llevados a enlazarse
químicamente en los polímeros que
conocemos como proteínas? Se han propuesto diversos
mecanismos. Siguiendo el pensamiento de que un modo de síntesis
que pudiera
operar en medio acuoso diluido sería más consecuente con
la idea de que mucha
de la evolución química prebiótica tuvo lugar en
los océanos primitivos,
Steinman, Kenyon y Calvin (40) han utilizado el agente condensante
dicianamida
para promover la formación de di-, tri-, y tetrapéptidos
(polímeros compuestos
de dos, tres y cuatro aminoácidos, respectivamente) en
soluciones acuosas
«diluidas». Es fácil ver que sus condiciones
de reacción son totalmente inverosímiles. La
concentración de aminoácidos que
utilizan (0,12 molar) para obtener siquiera un pequeño
rendimiento de producto
de reacción (sin utilizar manipulaciones especiales) nunca se
hubiera conseguido
en la tierra primitiva (recordemos nuestro argumento previo contra la
posibilidad de que ningún compuesto nitrogenado llegase
a tal
concentración). Además, a no ser que se utilizasen medios
acídicos, los
rendimientos de los productos eran insignificantes, y todos los
geólogos
conceden que el pH del hipotético océano primitivo
hubiera sido alcalino (pH 8–9). Aun bajo estas condiciones tan
inverosímiles,
la reacción cesa al cabo de un tiempo muy breve. En uno de sus
experimentos, la
formación de diglicina a partir de la glicina cesó al
cabo de tres minutos, a
pesar de que quedaba todavía el 95% de glicina sin cambios,
disponible para
continuar reaccionando. Creen que la glicina, por sí misma,
catalizaba la
conversión de la dicianamida a un producto inactivo. ¡Una
reacción en la que un
reactivo destruye rápidamente al otro no promete demasiado! La
única manera en
que pudieron obtener un rendimiento bastante bueno fue mediante la
adición
lenta de un exceso 30 veces superior de dicianamida desde un embudo de
decantación a la solución de glicina, y aún
así no se detectó ningún polímero
de más longitud que un tetrapéptido. ¡Desde luego,
en la tierra primitiva no
hubiera habido químicos orgánicos con embudos de
decantación! La dicianamida es un compuesto
orgánico muy reactivo, y su consiguiente destrucción por
una gran variedad de
agentes hubiera impedido su acumulación sobre la tierra
primitiva en ninguna
cantidad significativa. A la vista de esto y de las otras dificultades
que se
acaban de mencionar, es asombroso leer la sugerencia del autor de que
«... la
síntesis de polipéptidos mediada con dicianamida puede
haber sido un proceso
clave mediante el que se llegaron a producir polipéptidos en la
primitiva hidrosfera».
Cuando lo imposible se considera posible, ¡las posibilidades son
ilimitadas! Schramm y sus colaboradores (41)
obtuvieron polipéptidos a partir de aminoácidos
utilizando pentóxido fosfórico
en éter. Cualquier químico orgánico debería
darse cuenta en el acto de que un
experimento de esta clase no tiene ninguna aplicación al origen
de la vida (el
pentóxido de fósforo reacciona rápidamente en
presencia de humedad), de modo
que no se precisa de ninguna consideración adicional acerca de
la posible
relevancia de este trabajo con el origen de la vida. La propuesta de Kliss y Matthews (42) y de Matthews y Moser (39, 43) para esquivar la barrera termodinámica a la polimerización de los aminoácidos es como sigue. Creen que las proteínas se formaron no por polimerización de aminoácidos, sino por polimerización de cianuro de hidrógeno para formar polímeros que más tarde se convirtieron en proteínas por hidrólisis selectiva:
El mecanismo de reacción propuesto
es mucho más complejo que el que se muestra arriba, pero
éste da el resultado
global como lo proponen estos investigadores. Ellos creen que los
compuestos
orgánicos se sintetizaron originalmente a partir de las especies
reactivas
formadas por irradiación solar de la atmósfera reductora
que se
atribuye a la
tierra primitiva. La supuesta síntesis hubiera tenido lugar en
tres
etapas
solapadas causadas por el calentamiento gradual de la superficie de la
tierra. Se propone que al principio se formaron hidrocarburos en una
atmósfera de hidrógeno y
metano (con el agua y el amoníaco congelados sobre la superficie
de la
tierra).
Al ir aumentando la concentración de amoníaco en la
atmósfera, se
formaron
compuestos conteniendo nitrógeno mediante la modificación
de los
hidrocarburos
existentes y a causa de reacciones de intermedios recién
formados. Es
en esta
etapa que se supone que se formó y polimerizó un
dímero de cianuro de
hidrógeno
para formar polímeros con la dorsal –C–C–N–. En la tercera
etapa, se
cree que
al aumentar la concentración de agua en la atmósfera, los
productos
formados previamente
se modificaron para dar proteínas, entre otros productos. En experimentos diseñados para
apoyar estas teorías, se polimerizó el cianuro de
hidrógeno para obtener
productos que, después de hidrólisis, produjeron
amoníaco y unos doce aminoácidos.
En comparación con la cantidad de amoníaco y glicina
conseguida con estos productos,
la cantidad de otros aminoácidos fue muy exigua. En todo caso,
se formó un tipo
de polímero que después de hidrólisis produjo
glicina y algunos de los otros
aminoácidos, aunque estos últimos se obtuvieron en muy
pequeñas cantidades. Ya hemos dado varios argumentos
que muestran que este esquema es inverosímil. Hemos citado los
argumentos de
Abelson acerca de que la atmósfera de la tierra primitiva nunca
contuvo
cantidades significativas de hidrocarburos o amoníaco (18). El
mismo Abelson
postuló que la atmósfera primitiva estuvo compuesta de
nitrógeno, monóxido de
carbono e hidrógeno. Si se excluye rigurosamente el agua, la
irradiación de una
atmósfera así produciría cianuro de
hidrógeno que se podría polimerizar para
producir aminoácidos y polímeros de aminoácidos
(18). Como podemos recordar,
los argumentos de Abelson en favor de una atmósfera de
nitrógeno, monóxido de
carbono e hidrógeno dependían de unas suposiciones
dudosas, y la necesidad de
la total exclusión del agua para que su propuesta funcione la
hace muy poco
atractiva. Antes hemos mencionado también los
datos de Hull, que demostraba que si los compuestos orgánicos se
hubieran
formado en la atmósfera por radiación solar, esta misma
fuente de radiación
hubiera destruido rápidamente estos productos (35). Así,
cualquier esquema que proponga
la formación de compuestos orgánicos complejos en la
atmósfera por radiación
solar o por descargas eléctricas se encuentra con su
talón de Aquiles —el
producto absorbe luz ultravioleta mucho más eficazmente que los
reactivos que
son su base, más simples, y se descompone con mayor velocidad de
la que se
forma. Incluso el pequeño porcentaje que pudiera llegar al
océano tendría una
vida media muy corta a causa de la acción de la luz ultravioleta
(35). Estos
polímeros también estarían sometidos a la
acción hidrolítica del agua, que
sería muy significativa, considerando que se precisaría
de un tiempo muy prolongado
para acumular una cantidad significativa de polímeros en el
océano primitivo. Otra propuesta que se
ha
presentado para explicar la formación de proteínas en la
tierra
primitiva ha sido la de Fox y colaboradores (44-60). Fox resalta, como
ya hemos mencionado, que
la polimerización de aminoácidos en una solución
acuosa está
contraindicada por
la termodinámica (51). La hipótesis de Fox es que los
aminoácidos se
polimerizaron
para formar polímeros parecidos a las proteínas
(«proteinoides») debido
a la
acción del calor sobre una mezcla seca, o casi seca, de
aminoácidos.
Fox ha demostrado
que si se calienta una mezcla seca de aminoácidos conteniendo
una
proporción
elevada de ácido glutámico, de ácido
aspártico o de lisina a unos 175°C
durante varias horas (el punto de ebullición del agua es
100°C), una
fracción del material (de hasta alrededor del 13%) se convierte
en un
polímero soluble en agua que contiene varias
proporciones de cada aminoácido (44). Cuando este material
polimérico
se
disuelve en agua caliente y se deja enfriar la solución, los
polímeros
precipitan en forma de glóbulos esféricos, o
microesferas, que poseen
un
parecido superficial a las bacterias cocoides (47, 48). Estos resultados
alentaron mucho a
Fox, y ha ido tan lejos como para decir que ¡ya había
prácticamente
resuelto el
problema de cómo pudo surgir la célula primitiva a partir
de moléculas
simples
(52 53)! Pero hay una cantidad de factores que convierten en totalmente
irrelevantes los resultados de Fox para el problema del origen de la
vida. Consideraremos primero la total inverosimilitud de las
condiciones exigidas para el éxito
de su experimento. Hay varias condiciones esenciales: (a) una
temperatura muy
por encima del punto de ebullición del agua; (b) una mezcla pura
y seca
de
aminoácidos; (c) una proporción alta de ácido
glutámico y aspártico, o
de
lisina; (d) una exposición limitada de la mezcla de
reacción a la
fuente de
energía, en este caso el calor. Cuando se le pregunta
al profesor
Fox sobre el lugar de la tierra primitiva que proporcionaría las
condiciones de
sequedad y de una temperatura por encima de 175°C o así,
él sugiere que
estas condiciones se hubieran dado ¡en los bordes de los
volcanes! Así,
Fox propone que los aminoácidos se formaron en la
atmósfera primitiva,
se
depositaron en la tierra, incluyendo las cercanías de los
volcanes, y
allí se
polimerizaron formando proteinoides con la acción del calor. Sagan (54) y Vallentyne (55),
entre otros, han expresado su convicción de que la propuesta de
Fox es
inverosímil desde una perspectiva geofísica. Ante todo,
sería completamente
imposible esperar encontrar en ningún sitio de la tierra
primitiva una mezcla
de compuestos orgánicos en ausencia de una cantidad
significativa de agua. Aún
en las cercanías de los volcanes esto sería imposible,
porque la atmósfera, que
estaría en contacto con toda la superficie de la tierra,
contendría grandes
cantidades de agua. Si se incluye una cantidad significativa de agua en
la
mezcla de aminoácidos en el experimento de Fox, lo que se
obtiene es una
mezcolanza carbonizada sin que se llegue a formar ninguna cantidad
significativa de polímero. Además, si se continúa el
calentamiento de la mezcla más allá de unas pocas horas,
los polímeros se
rompen y quedan destruidos. Fox propone que la gran cantidad de
proteínas necesarias
para saturar los océanos lo suficiente como para dar origen a
las microesferas era
rescatada de la destrucción ¡gracias a la acción
intermitente de la lluvia!
Así, se debiera tenido que repetir la siguiente secuencia un
número
inimaginable de veces para que se hubieran formado estas ingentes
cantidades de
proteínas: los aminoácidos se forman en la
atmósfera, se depositan en los
bordes de los volcanes formando una acumulación limpia, pura y
seca, de
aminoácidos. Esta acumulación de aminoácidos no
permanece allí más que unas pocas
horas mientras se realiza la polimerización . Entonces cae un
aguacero que arrastra los polímeros al océano antes de
que
pueda haber destrucción debida al calor. ¡No es de
extrañar que esta clase de montaje
sea criticado como inverosímil! Lo cierto es que en esta tierra
primitiva hubiera estado presente, además del agua, una vasta
complejidad de
compuestos orgánicos reactivos, incluyendo los
aminoácidos. Estos otros
compuestos orgánicos (y sin duda muchas sustancias
inorgánicas) hubieran estado
presentes para mezclarse con los aminoácidos. Así, la
polimerización de los
aminoácidos no hubiera tenido lugar con una mezcla pura de
aminoácidos, como en
el experimento de Fox, sino que hubiese tenido lugar en la presencia de
una
gran cantidad de otros compuestos orgánicos. La pregunta
continúa sin
respuesta: ¿se podrían haber formado polímeros
proteinoides si estos aminoácidos
hubieran sido mezclados con muchos otros compuestos químicos? La
respuesta, con
una certidumbre casi total, es que dichos polímeros no se
hubieran podido
formar bajo tales circunstancias. También hemos observado que deben
estar presentes en la mezcla unas elevadas proporciones de ácido
glutámico y
aspártico, o de lisina, para obtener una cantidad significativa
de polímero.
Aun así, en ningún experimento de los que se han
realizado para obtener
aminoácidos a partir de una mezcla de gases por medio de calor
(56), descargas
eléctricas (57), o por irradiación ultravioleta (58), se
ha podido detectar
presencia alguna de lisina, y en cuanto a los ácidos
glutámico o aspártico, o bien
no se han detectado (58), o las proporciones detectadas han sido
pequeñas
comparadas con las de glicina y alanina (56, 57), siendo, en la mayor
parte de
estos segundos experimentos, del 5–10% de las cantidades obtenidas de
glicina y
alanina. De esta manera, parece excluida la posibilidad de
acumulación de una
mezcla de aminoácidos en la tierra primitiva con altas
concentraciones de estos
aminoácidos. Hemos presentado diversas razones
por las que creemos que hubiera sido imposible la formación de
polímeros
proteinoides, tal como la imagina Fox, bajo las condiciones que
hubieran
existido en la tierra primitiva. Ahora consideraremos con brevedad la
naturaleza de los productos que Fox obtuvo en sus experimentos. No hay
duda de
que estos productos eran polímeros conteniendo algo de cada
aminoácido incluido
en la mezcla de reacción. Como sería de esperar, las
cantidades de ácido
aspártico y de ácido glutámico incorporados en los
polímeros excedieron en
mucho a las de los demás aminoácidos, ya que la cantidad
de aquéllos en la
mezcla de reacción era superior a la de éstos. La
relación generalmente
utilizada era de dos partes de ácido glutámico, dos
partes de ácido aspártico,
y una parte de todos los demás aminoácidos (44). Fox ha
observado que la
composición de estos proteinoides incluía algunos de cada
de los aminoácidos, y
ha resaltado las semejanzas que estos proteinoides tienen con las
verdaderas
proteínas. Pero hay una diferencia crítica entre la
composición de estos proteinoides
y la composición de las proteínas que se encuentran
actualmente en los seres
vivos. Además de las elevadas proporciones de los ácidos
glutámico y aspártico que
se encuentran en estos polímeros, la serina y la treonina apenas
si aparecieron
más que como trazas (44). Parece que estos aminoácidos
sufren una destrucción
masiva bajo las condiciones precisas para polimerizar los
aminoácidos. En cambio,
en las actuales proteínas, la serina y la treonina son unos
aminoácidos muy
abundantes, constituyendo generalmente entre el diez y el veinte por
ciento de
los aminoácidos presentes, y siendo en muchos casos casi iguales
a la cantidad
de los residuos totales de los ácidos aspártico y
glutámico (59). En los
proteinoides de Fox, las cantidades combinadas de ácidos
aspártico y glutámico superan
a las de serina y treonina en varios cientos de veces. Evidentemente,
aquí
tenemos otra importante discrepancia entre el modelo de Fox para el
origen de
las proteínas y lo que tendría verdadera relevancia para
el origen de la vida. Nuestra consideración de los
experimentos diseñados para exhibir la manera en que se pudieran
haber formado los
ácidos nucleicos en la tierra primitiva será breve,
sencillamente porque todos
los experimentos que pudieran haber tenido la más remota
semejanza con las
condiciones que se postulan para la tierra primitiva han fracasado de
manera
uniforme. Nadie ha podido producir ni siquiera los precursores simples,
esto
es, los nucleósidos (combinaciones de una base con un
azúcar) bajo condiciones
verosímiles. Así, Lemmon ha dicho: «Los
nucleósidos constituyen una dificultad
fundamental en la síntesis de intermedios biológicamente
importantes bajo
condiciones de tierra primitiva» (30). La ausencia de una cantidad
suficiente de fosfato hubiera constituido una barrera infranqueable
para la
síntesis de una cantidad significativa de ácidos
nucleicos en la tierra
primitiva. Desde luego, no hubiera podido existir ninguna cantidad
significativa de fosfato en la forma activada necesaria para vencer la
barrera energética
contra la formación de enlaces internucleótidos. En un
medio acuoso todo el
fosfato estaría presente simplemente como fosfato. El éster de polimetafosfato,
utilizado por Schramm y sus colaboradores (41) para inducir una
polimerización
limitada de nucleósidos bajo condiciones anhidras no tiene
ninguna relevancia,
como ya hemos mencionado, a causa de que es rápidamente
hidrolizado por el agua.
Waehneldt y Fox (60) y Schwartz, et al (61)
han polimerizado nucleósidos
utilizando condiciones anhidras y ácido polifosfórico.
Aquí, una vez
más, las
condiciones no son relevantes para el origen de la vida. Debido a que
el ácido polifosfórico se hidroliza rápidamente a
ácido fosfórico, no
se hubiera
encontrado en la tierra primitiva. En las reacciones en las que se
utiliza el
ácido polifosfórico era necesario excluir cuidadosamente
la humedad. La concentración de fosfato en el
océano primitivo hubiera sido muy baja, debido a que los
fosfatos alcalinos
terrestres son muy poco solubles (18-30). Además, ya hemos
citado a Abelson
(18) respecto a que no hubieran estado presentes cantidades
significativas de
los azúcares necesarios para la síntesis de los
ácidos nucleicos en el océano
primitivo, puesto que los azúcares hubieran quedado destruidos
por las
interacciones con aminoácidos y otros compuestos aminos. Así, parece obvio que no se hubieran podido formar ácidos nucleicos en cantidades significativas bajo condiciones de tierra primitiva. No se puede explicar la presencia de precursores sencillos, como las purinas, las pirimidinas, los azúcares ni los fosfatos, en el océano primitivo, ni se puede demostrar la formación de nucleósidos bajo estas condiciones. Desde luego, nadie ha podido exponer cómo se hubieran podido polimerizar los nucleósidos o los nucleótidos para formar ácidos nucleicos bajo condiciones que tuvieran ninguna relevancia para el origen de la vida. Segundo problema — El origen de
estructuras ordenadas poseedoras
de actividad biológica Como ya hemos mencionado con anterioridad en
esta sección, las
proteínas y los ácidos nucleicos son estructuras
sumamente ordenadas. El hecho
de que cada uno de estos compuestos químicos extremadamente
complejos sea capaz
de ejercer su función de una manera sumamente eficiente se debe
a que cada uno
de ellos está dotado de una estructura maravillosamente
específica, singularmente
capaz de desempeñar esta particular función.
Consideremos, por ejemplo, el
enzima catalasa, que cataliza la descomposición de la sustancia
tóxica peróxido
de hidrógeno en agua y oxígeno. Su compleja estructura
incluye hierro, hemo y
proteína. Una solución con alguna sal de hierro tiene una
cierta capacidad de
descomponer peróxido de hidrógeno. Una combinación
de hierro y hemo es un
catalizador unas mil veces más eficiente que el hierro en
solitario. Pero la
combinación de hierro, hemo y la proteína
específica que se halla en la
catalasa es ¡varios miles de millones de veces más
eficiente que el hierro!
Esta tremenda eficacia se debe a la secuencia particular o
disposición de los
aminoácidos en la proteína.
En la siguiente página aparece una
tabla donde damos la cantidad de formas distintas en que se pueden
disponer los
aminoácidos en polímeros cuando los polímeros
están constituidos por un número
determinado de aminoácidos diferentes.
El ARN del virus mosaico del
tabaco está compuesto de unos 6.000 nucleótidos. La
probabilidad de que esta
molécula apareciese por combinación al azar de los cuatro
nucleótidos es de 1/46000 = 10-2000. Ya
que se estima que el cosmos entero tiene un peso
de 1080 protones, sería prácticamente
imposible obtener ni una molécula
así de ácido ribonucleico en mil millones de años,
mediante un proceso al azar,
¡incluso si todo el mundo estuviera compuesto de una mezcla de
nucleótidos en
reacción! (62). Un ácido nucleico que contuviera 10.000
nucleótidos tendría ¡10800
isómeros! Es evidente por las
consideraciones expuestas que la cantidad de proteínas y de
ácidos nucleicos
que podría existir está más allá de la
comprensión humana. Los procesos de
polimerización que operen sobre una base puramente
química, esto es, aquellos
que hubieran estado en operación en la hipotética tierra
primitiva, sólo pueden
dar origen a estructuras aleatorias. En una mezcla de
aminoácidos en
polimerización, A, B, C, D, E, —, las cantidades relativas de
las combinaciones
A–B, A–C, A–D, A–E, etc., que se formarán dependerán tan
sólo de la cantidad
relativa de cada aminoácido presente, de la energía de
activación y de la
energía de enlace de cada combinación. Aunque las
energías de enlace varían, lo
cierto es que la diferencia no es relativamente grande, y se pueden
formar
todas las combinaciones. Al considerar la combinación de la ley
de acción de
masas y la termodinámica, se hace evidente que la mezcla
resultante será inimaginablemente
compleja. Tanto Fox (53) como Steinman y
Cole (63) han afirmado que sus métodos de polimerización
han dado origen a unos
polímeros de aminoácidos que no eran completamente
aleatorios. De hecho, Fox
afirma que los proteinoides que resultan del calentamiento de mezclas
de
aminoácidos son en realidad muy homogéneos (esto es, la
mezcla se compone de un
número relativamente pequeño de diferentes clases de
estructuras). Yo digo que
esta afirmación es evidentemente absurda.*
Un resultado como este violaría
tanto las leyes de la termodinámica como los principios de la
cinética química. Así, Mora ha expuesto, en sus
estudios de polimerización con azúcares, que el
número, el tipo, y las
reactividades relativas de los grupos funcionales predicen
totalmente la
frecuencia de los diferentes enlaces (64). No pudo descubrir ninguna
evidencia
de desviación de la aleatoriedad. El afirma que las
consideraciones
probabilísticas en las policondensaciones llevan a la necesidad
de
estructuras aleatorias, y que es sencillamente imposible
obtener más
orden que el que se introduce durante una reacción de
polimerización. Schramm, en sus estudios de
polimerización con nucleótidos utilizando ésteres
de polimetafosfato, halló que
los nucleótidos estaban distribuidos al azar en los
polímeros, no poseyendo ninguna
secuencia definida (62). Si se tuvieran que aceptar las
afirmaciones de Fox de que las proteínas se originaron
según su esquema y que dicho
proceso, como él pretende, dio
origen a una mezcla relativamente
homogénea de estructuras proteínicas, entonces
debería haber evidencias de
repetición en secuencias cuando se comparasen las estructuras de
todas las
proteínas diferentes que existen en la naturaleza. Pattee ha
efectuado comparaciones a fin de comprobar esta posibilidad. Sus
resultados indican que las secuencias conocidas de aminoácidos
en las proteínas
muestran un orden estadístico en secuencias di- y
tripeptídicas y en cadenas
de Markov de orden C de ciertos tipos que es indistinguible de
secuencias aleatorias
obtenidas de una similar población no uniforme de
aminoácidos (65). Estos
hallazgos son completamente contradictorios a los predichos a partir de
las
afirmaciones de Fox. Así, a partir de predicciones
basadas en consideraciones termodinámicas, los resultados
conocidos de los
estudios de polimerización y las investigaciones de secuencias
halladas en
proteínas existentes en la naturaleza, se puede decir que no
hubiera podido
existir ningún proceso ordenador basado meramente en leyes
químicas y físicas
en la tierra primitiva. Así, el proceso de polimerización
que hubiera dado
origen a las proteínas y a los ácidos nucleicos hubiera
resultado en un número
astronómico de diferentes clases de moléculas. No hubiera
podido surgir ninguna
clase de molécula en ninguna cantidad significativa. Si, por un
azar (y hubiera
sido un azar sumamente improbable) se hubiera formado una
proteína con una secuencia
específica de aminoácidos, por ejemplo, el enzima
catalasa, ¡hubiera podido
andar errante por el océano primitivo por miles de millones de
años sin
encontrarse con una molécula similar! Y, naturalmente, la
acción destructora de
la luz ultravioleta, del calor, de la hidrólisis, y otras
fuerzas, hubieran
destruido esta estructura específica en un plazo relativamente
breve. Pero imaginemos
la vasta cantidad de una molécula determinada que hubiera sido
necesaria para
dar origen a una concentración significativa en los
océanos primitivos. Hubieran
tenido que surgir cientos de diferentes clases de macromoléculas
complejas en
enormes cantidades a fin de dar origen al primer ser viviente. Si las
leyes
físicas y químicas conocidas son válidas, esta
posibilidad debe ser considerada
cero. La probabilidad del origen de la vida a través de un
proceso puramente
materialista queda por tanto reducida a cero. CUARTA ETAPA: EL ORIGEN DE SISTEMAS
METABÓLICAMENTE ACTIVOS «Existe una gran distancia entre la formación preliminar esencial de las proteínas, de los ácidos nucleicos y de otras moléculas orgánicas de gran tamaño, y la organización de las mismas en un sistema vivo en el más pleno sentido de la palabra. Este es el paso, o mejor dicho, la gran serie de pasos, de los que menos conocemos, ya sea por inferencia o por extrapolación» (3). Creo yo que ya hemos dejado establecido en la parte precedente de esta obra que el origen de las proteínas, ácidos nucleicos y otras macromoléculas distaba infinitamente de ser algo predeterminado o inevitable bajo ninguna de las condiciones que se pudieran postular de manera razonable para la tierra primitiva. Sin embargo, el problema de cómo hubieran podido estas hipotéticas macromoléculas haberse asociado en sistemas que poseyesen la más rudimentaria capacidad para funcionar como sistemas metabólicamente activos capaces de asegurarse su propio mantenimiento, reproducción y diversificación, es tremendamente mucho más complejo. Simpson, en el artículo que acabamos de citar, indica que, a fin de poder pasar de la etapa de macromoléculas sueltas a la de verdaderos organismos, se debe apelar ya a ciertos mecanismos que operan en los sistemas vivos. Entre ellos, Simpson menciona la mutación, recombinación, selección y ciertos mecanismos de realimentación y codificación. Después de esto sigue diciendo (pág. 772) que «Es necesario adoptar una actitud de esperanza, si no de fe, para suponer que la adquisición de la adaptabilidad orgánica fue determinista o inevitable hasta el mismo grado o siquiera en el mismo sentido en que lo fue probablemente en el previo origen, químicamente más simple, de las macromoléculas». Simpson se apresura a asegurarnos de que no se está refiriendo a ningún «elemento vitalista misterioso» cuando menciona la fe, sino que todo debe actuar sin violación de los principios físicos y químicos. Pero Simpson y otros evolucionistas solo tienen fe para poderse saltar la discontinuidad entre las macromoléculas y los seres vivos, a causa de que no pueden explicar el origen de estos sistemas sobre una base racional. Green y Goldberger han dejado
dicho que «... la transición de la macromolécula a
la célula es un salto de
dimensiones fantásticas, que está más allá
del margen de las hipótesis susceptibles
de prueba. En esta área todo son conjeturas. Los hechos
disponibles no nos proporcionan
una base para postular que las células se originasen en este
planeta» (66).
Kerkut, en su libro en el que expone las falacias y debilidades en la
evidencia
que se emplea generalmente para apoyar la evolución (aunque
él mismo no es un
creacionista) dijo, «Por tanto, es un asunto de fe para el
biólogo que tuviera
lugar la biogénesis, y puede escoger cualquier método de
biogénesis que le sea
más preferible; la evidencia de lo que sucedió no
está disponible» (67). Sin embargo, todavía los hay que
persisten en sus intentos de proporcionar una explicación
racional para cubrir el
inmenso abismo entre una mezcla de macromoléculas sueltas y un
sistema vivo. La
extensión de este abismo se hace enorme cuando observamos los
dos extremos —un
océano con una mezcla desordenada de macromoléculas
(proteínas, ácidos
nucleicos, carbohidratos) y de otras moléculas esenciales para
la vida, en
contraste con un sistema aislado, enormemente complejo, intrincadamente
integrado,
enormemente eficiente, autosustentante y autorreproductor, representado
por el ser
vivo más simple. Admitiendo de entrada que hubiera
existido, en cierto tiempo, un océano lleno de estas
maravillosas
macromoléculas que estaban dotadas al menos de alguna medida de
actividad
«biológica», es preciso explicar, en primer lugar,
como se disociaron estas moléculas
de este medio diluido y pasaron a integrarse en algún burdo
sistema, pero
funcional y estable. Nos limitaremos solo a dos hipótesis, la de
Oparín (4) y la de Fox (48, 52, 53).
Un enzima no puede invertir este
punto de equilibrio; solo puede acortar el tiempo en que se logra. Sin
embargo,
en un organismo vivo, en estado estacionario, no se consigue llegar al
equilibrio debido a que C se extrae continuamente, y hay una entrada
continua
de energía para alimentar la reacción, lo que permite
así que se forme lo
complejo a partir de lo simple. Pero este no sería el caso de un
coacervado
complejo, ni de ningún otro tipo de materia sin vida. Los
compuestos químicos que
contuviesen se comportarían de manera química, no
biológica, y todo tendería a pasar
de complejo a simple.
Debido a que estos coacervados presentan esta inestabilidad inherente, ningún coacervado pudo existir durante un espacio de tiempo que tuviera ninguna significación para el origen de la vida. Aún si pudiésemos imaginarnos una «sopa» con la suficiente concentración de macromoléculas a fin de que pudieran formarse coacervados, su existencia hubiera sido breve. Cualquier organización que se hubiera podido establecer en estos coacervados por cualquier proceso imaginable se hubiera perdido de forma irremediable al disgregarse el contenido del coacervado en el medio. La teoría de Fox de las
microesferas proteinoides Estas microesferas
están formadas
por una pirocondensación de aminoácidos, la
extracción con agua
caliente de los
polímeros formados y el enfriamiento de la solución. Los
precipitados
globulares formados reciben el nombre de microesferas proteinoides,
de las cuales ¡afirma Fox que están prácticamente
vivas! Pero su
contenido sólo
puede ser una secuencia de aminoácidos polimerizados al azar. No
puede
haber
contenido de información ni sistemas de transferencia de
información,
ni
elementos organizados, ni enzimas, ni coenzimas, ni sistemas de
generación de
energía, ni sistemas de utilización de energía,
desde luego nada de
ácidos
nucleicos, ni sistema reproductor; de hecho, lo único que pueden
contener es
una mezcla de polímeros de aminoácidos sin orden ni
concierto. Fox atribuye una gran importancia
al hecho de que bajo ciertas condiciones sus microesferas presentan una
doble
«membrana», simulan una división observada en los
cocos tabicados (47), y
exhiben otras semejanzas superficiales con procesos vitales, como el
proceso de
«brotadura» (71), y como una microesfera
«blastuloide» (71). El énfasis en
estas características de las microesferas nos recuerda el
trabajo publicado
hace medio siglo por Bütschli (79), Leduc (80), y Herrera (81).
Estos
investigadores, utilizando mezclas de productos químicos, la
mayor parte
inorgánicos, produjeron estructuras que parecían amebas
(79), algas (80) y
bacterias, algunas de las cuales parecían poseer dobles
membranas (81); Las
características de las microesferas de Fox que presentan una
semejanza
superficial con ciertas características de los organismos vivos,
como la división
celular, dobles membranas, y brotaduras, no tienen una relación
mayor con los
verdaderos procesos en las células vivientes que la que
presentaban las
estructuras producidas por Bütschli, Leduc y Herrera. Parece
ridículo intentar
utilizar tales semejanzas para establecer una relación entre las
microesferas proteinoides
y las células vivas o las protocélulas que supuestamente
las precedieron. QUINTA ETAPA: EL ORIGEN DE LA PRIMERA UNIDAD COMPLETAMENTE INDEPENDIENTE, ESTABLE Y AUTORREPRODUCTORA — LA PRIMERA CÉLULA VIVA Es difícil diferenciar la cuestión que se plantea en esta sección de la que se ha tratado en la anterior. Un sistema estable, complejo, metabólicamente activo, poseería muchas de las propiedades que presenta la célula viviente. Pero habría una diferencia crítica. Oparín, al discutir la relación de los sistemas abiertos con el origen de la vida, dijo: «Así, el sistema abiogenético más sencillo que pudo haber servido como punto de partida para el proceso evolutivo que llevó a la aparición de la vida ya debió haber poseído las características organizativas típicas de los sistemas abiertos, en los que las reacciones separadas forman un programa de transformaciones químicas coordinadas en el tiempo» (82). Más tarde dice: «No obstante, los seres vivos difieren fundamentalmente de tales sistemas abiertos en la regulación ordenada de su metabolismo y en el “pleno propósito” de su estructura interna. No sólo existen los muchos cientos de miles de reacciones químicas que tienen lugar en el protoplasma, y que juntas constituyen su metabolismo, estrictamente coordinadas una con otra en el tiempo, compuestas armoniosamente en una sola serie de procesos que constantemente se repiten, sino que toda la serie está dirigida hacia una sola meta, hacia la ininterrumpida preservación y reproducción propias del sistema vivo como un todo en conformidad con las condiciones del medio en el que se halle» (83). Vemos por esta descripción de un ser vivo que el intento de explicar su origen por medio de un proceso mecanicista evolutivo es sumamente más difícil que el intento de explicar el origen de los sistemas más simples que hubieran debido precederlo, con la gran dificultad que ellos ya presentan. Desde luego, todo son puras conjeturas. Uno tiene que imaginar que los sistemas más simples, considerados en la sección precedente, se fueron transformando de alguna manera en más y más complejos, adquiriendo moléculas catalíticas adicionales, y que estas moléculas catalíticas quedaron compartamentalizadas de tal forma que se originaron vías metabólicas. Se propone que este proceso continuó hasta que se originó la primera célula viva, un sistema tan complejo que es cosa cierta que ninguna persona en solitario jamás conocerá todo lo que se puede conocer del mismo.
Dentro de la célula hay mecanismos
que la protegen frente a daños, y le sería imposible
sobrevivir sin ellos. Por
ejemplo, la luz ultravioleta produce cambios dentro de la célula
que le son sumamente
tóxicos. La capa de ozono que existe en la alta atmósfera
filtra casi toda esta
luz ultravioleta, haciendo que la vida sea posible. Según las
teorías del
origen de la vida, la atmósfera de la tierra primitiva hubiera
poseído muy poco
oxígeno y nada de ozono, y se ha calculado, en base a dicha
suposición, que la
luz ultravioleta incidente en las capas superiores de la
atmósfera podría matar
a un organismo contemporáneo en un solo segundo (83).
El dilema fundamental Una de las propiedades de la célula viva plantea uno de los mayores dilemas a todas las teorías sobre el origen de la vida: la capacidad que tiene la célula de reproducirse a sí misma. La autorreproducción de la célula pone en acción un mecanismo extremadamente complejo. La señal para la reproducción la tiene que dar algún mecanismo iniciador, y cada paso del proceso está bajo un control cuidadoso. Muchos enzimas y elementos estructurales de la célula deben trabajar juntos de una manera muy eficiente a fin de lograr una copia precisa de la célula. Algunos han
argumentado que el
eslabón que conecta a lo viviente con lo no viviente puede haber
sido
algo
similar a un virus, ya que, según dicen, un virus se puede
reproducir.
Esta
forma de pensar es un craso error. No existe ningún virus que se
pueda
reproducir a sí mismo, y es igual de cierto que nunca pudo haber
existido una
molécula con la propiedad de reproducirse a sí misma. Los
virus no son
nada más
que unas complejas moléculas químico-orgánicas,
que se componen de un
núcleo de
ácido nucleico (bien de ADN o de ARN) y de un recubrimiento de
proteína
(algunos virus van acompañados de pequeñas cantidades de
carbohidratos
y
lípidos, que no son nada más que restos celulares). Un
virus no posee
ni un
solo enzima, ni trazas de actividad metabólica, ni
energía, ni ninguna
fuente
de materiales constructivos. Es imposible considerar a un virus como
ser vivo,
primitivo o no, por más que forcemos la imaginación. Un
virus es
simplemente una nucleoproteína (un complejo de ácido
nucleico con
proteína). Cuando un virus entra en una célula
susceptible, entonces
éste, como
tantas otras nucleoproteínas contenidas en una célula, es
reproducido
por esta
célula, utilizándose los complejos mecanismos de
síntesis y de producción
de energía de la célula para este fin. Es bien cierto que no existe
ninguna molécula que se reproduzca a sí misma en el
presente, y es igual de
cierto que no hubiera podido existir nunca. Los ácidos nucleicos
no poseen la
propiedad de autorreproducirse. Las moléculas de proteína
no pueden autorreproducirse.
No existe ninguna molécula de ninguna clase que posea tal
propiedad, y no se
puede llegar a imaginar ninguna estructura que pudiera dotar de tal
propiedad a
una molécula. El único modo por el que una especie puede sobrevivir es por autorreproducción. El destino de cada individuo es la muerte, pero la especie se preserva a causa de que los individuos se reproducen:
La célula se puede reproducir
muchas veces antes de morir (aparentemente, las células humanas
sufren 50
divisiones antes de empezar a morir) (84). No obstante, esta capacidad
de
reproducirse demanda una organización extremadamente compleja y
eficiente. Esta
propiedad no la hubiera podido poseer una molécula, un complejo
coacervado y ni
siquiera una colección relativamente compleja de
moléculas que pudieran haber quedado
absorbidas por un coacervado de alguna clase determinada. Ponderemos esta situación. Un complejo coacervado, o cualquier otra clase imaginable de puente entre las macromoléculas sueltas y una entidad autorreproductora, hubiera tenido una existencia limitada en el tiempo. Esto es, su destino cierto sería la disolución. Además, no hubiera poseído la propiedad de autorreproducirse. El tiempo que se hubiera necesitado para que un coacervado pudiera, de alguna manera, adquirir una organización de suficiente complejidad y eficiencia que le hubiera capacitado para reproducirse a sí mismo, hubiera excedido en muchos, muchos órdenes de magnitud, al tiempo necesario para su disolución. Así, cualquier posible progreso hacia una mayor complejidad se hubiera perdido de modo irremediable al disolverse su contenido y dispersarse por el medio:
El proceso de acreción necesario
para llegar a un estado de autorreproducción hubiera precisado
de eras geológicas.
Por otra parte, la disolución hubiera necesitado tan sólo
minutos, días,
semanas, o a lo sumo algunos meses. De ahí se concluye que, por
esta y muchas
otras razones, el origen evolutivo de la vida es imposible. EVIDENCIA DE UNA CAUSA SOBRENATURAL DEL
ORIGEN DE LA VIDA Tanto los evolucionistas como los creacionistas creen que el hombre ha sido derivado del polvo de la tierra. El evolucionista cree que este origen se debió tan sólo a leyes químicas y físicas, que fue completamente fortuito y sin propósito. El creacionista cree que este origen se debió a un acto creador de Dios, y que por lo tanto no fue fortuito ni carente de propósito. La tremenda diferencia entre el hombre y los animales, inexplicable sobre una base evolucionista, es evidencia del origen no fortuito, sino lleno de propósito, del hombre. En el principio era el Verbo, y el Verbo era con Dios, y el Verbo era Dios. Este era en el principio con Dios. Todas las cosas por Él fueron hechas, y sin Él nada de lo que ha sido hecho fue hecho. — Juan 1:1-3. Porque en Él vivimos, y nos movemos, y somos... — Hechos 17:28. REFERENCIAS 2. J. D. Bernal, en The Origins of Prebiological Systems and of Their Molecular Matrices, ed. por S. W. 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Así, pues, es engañoso sugerir que los polipéptidos termales son similares a las proteínas en su grado de no aleatoriedad». Miller, S. L., y L. E. Orgel, 1973. The Origins of Life on the Earth. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey. Pie de página en p. 144. Citado en Creation Research Society Quarterly, Vol. 13, Dic. 1976, p. 163. (Nota del Traductor.) EL AUTOR DE ESTA MONOGRAFÍA El Dr. Duane T. Gish recibió su doctorado por la Universidad de California en Berkeley en 1953. Estuvo dedicado durante 18 años a la investigación en Berkeley, en Cornell University (Virus Laboratory), y en la corporación Upjohn Co. Es profesor de Ciencias Naturales en Christian Heritage College y director asociado del Instituto de Investigación de la Creación (ICR - Institute for Creation Research). Título: Especulaciones y Experimentos Relacionados
con el Origen de la Vida: Crítica SEDIN-Servicio Evangélico |
Lecturas complementariasDavid CoppedgeEl naufragio en las investigaciones sobre el origen de la vida (2007) Dean H. Kenyon, Ph.D. Más allá de la mentalidad naturalista en las investigaciones sobre el origen de la vida (1989) Nancy Pearcey El primer paso La Evolución Química - Entrevista con el doctor Charles B. Thaxton - Coautor de The Mystery of Life’s Origin (1985) William E. James, Ph. D. Santiago Escuain El Origen del Primer Sistema Vivo (1977-1984) Visite también:El Museo de Máquinas MolecularesPágina
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