Nueva teoría sobre el origen de la vida en la Tierra

En un experimento pionero realizado a principios de la década de 1950, un científico intentó recrear las condiciones de la Tierra primitiva en un tubo de ensayo.

Stanley Miller introdujo en matraces interconectados unos cuantos ingredientes simples que se creía que se arremolinaban en la atmósfera y los océanos del joven planeta, les aplicó calor y los electrocutó para simular un relámpago. Los resultados no tardaron en hacerse famosos: De esta sopa primigenia surgieron los aminoácidos, los componentes químicos de la vida.

El descubrimiento inició una búsqueda dentro de la química y la biología para idear experimentos que pudieran ayudar a responder una de las mayores preguntas científicas a las que se enfrenta la humanidad: ¿Cómo empezó la vida en la Tierra?

Ahora, científicos de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich han dado un emocionante paso adelante al demostrar cómo podrían haberse sintetizado moléculas más complejas, cruciales para la vida, a partir de los ingredientes básicos de la Tierra primitiva.

En su estudio, publicado en la revista Nature, los científicos cambiaron los tubos de ensayo por diminutas redes de grietas ramificadas que se asemejan a las que se forman de forma natural en las rocas. Hicieron fluir agua a través de las grietas, junto con componentes químicos clave, y luego aplicaron calor, imitando un proceso similar al que podría ocurrir cerca de los respiraderos hidrotermales en el océano o en rocas porosas cerca de una piscina geotérmica.

Descubrieron que el calor que fluye a través de estas redes geológicas clasifica y filtra las moléculas, ayudándolas a crear cadenas más largas llamadas biopolímeros que son esenciales para la vida. “Es una demostración fantástica de que procesos físicos sencillos pueden funcionar para hacer estas cosas”, afirmó Matthew Pasek, profesor de Geociencias de la Universidad del Sur de Florida que no participó en la investigación.

La cuestión de cómo surgió la vida es tan amplia que trasciende las fronteras tradicionales que dividen la ciencia en distintas disciplinas. Químicos, biólogos, astrofísicos y geólogos tienen todos un sitio en la mesa cuando se trata de responder a la pregunta.

Unir esas fronteras es lo que interesaba a Christof Mast, biofísico de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich, cuyo laboratorio diseñó un montaje experimental que se aproximara algo más a las condiciones en las que tuvo lugar la “química prebiótica” que dio origen a la vida.

Durante décadas, los científicos se han enfrentado al problema de que la Tierra primitiva no era un laboratorio prístino, con vasos de precipitados, pasos de purificación impecablemente cronometrados y reservas concentradas de ingredientes. Una cosa es recrear la química de la vida en un laboratorio, pero los experimentos que se pueden hacer en un matraz pueden ser improbables, en el mejor de los casos, en las desordenadas condiciones del mundo real.

“Se puede pensar en la Tierra prebiótica, esta sopa prebiótica, que está muy diluida, y todas estas cosas diferentes reaccionan de una manera muy incontrolada”, dijo Mast.

Uno de los problemas hasta la fecha es que las reacciones químicas en el laboratorio suelen dar lugar a productos secundarios que pueden iniciar sus propias reacciones no deseadas, lo que deja a los científicos sólo con cantidades minúsculas del material clave. Entonces, ¿cómo pudo la Tierra primitiva fabricar suficientes componentes básicos para que la vida acabara existiendo?

Para intentar averiguarlo, los investigadores cortaron redes ramificadas de grietas interconectadas en una diminuta pieza de una sustancia inerte similar al teflón llamada FEP y la colocaron entre dos placas de zafiro.

Los zafiros se llevaron a temperaturas precisas pero diferentes para crear un flujo de calor a través de la red geológica entre ellos, imitando la forma en que probablemente fluía el calor en la Tierra primitiva, tal vez cerca de volcanes o fuentes hidrotermales. A continuación, hicieron fluir agua y componentes químicos básicos a través de la red de grietas y observaron lo que ocurría.

En un experimento de prueba de concepto, utilizaron glicina, el aminoácido más simple, junto con una sustancia llamada TMP que puede reaccionar para unir dos moléculas de glicina. Estas reacciones son difíciles en el agua, explica Mast, y la TMP era muy rara en la Tierra primitiva. Según los investigadores, cuando mezclaban estos ingredientes en un vaso de precipitados o en grietas geológicas sin calor, la cantidad de biopolímero más complejo que creaban era “insignificante”.

Pero cuando aplicaron un gradiente de calor a las grietas, aumentó masivamente la producción del biopolímero. Esto es significativo porque, aunque los aminoácidos son importantes, aún están lejos de la vida. Esos mismos componentes básicos se han encontrado en meteoritos sin vida, por ejemplo. “Para pasar al siguiente nivel, hay que empezar a fabricar polímeros: es un paso fundamental para crear el siguiente reino de la vida”, afirma Pasek.

La instalación no puede pronunciarse sobre la cuestión última de cómo empezó la vida: ¿Fue en un estanque, como podría haber existido en la superficie de la Tierra, o cerca de una chimenea hidrotermal como las que se encuentran en las profundidades del océano? Según Mast, los flujos de calor a través de las rocas pueden producirse en multitud de entornos geológicos y probablemente fueron “omnipresentes” en la Tierra primitiva.

Pero el montaje experimental puede utilizarse para comprobar otros aspectos de la química primitiva del planeta. Mast espera crear a continuación una red de grietas a partir de materiales geológicos y construir redes mayores de cámaras conectadas. El estudio es otro recordatorio de que los experimentos químicos elegantes pueden ignorar una parte fundamental de la sopa primigenia: la olla.

En 2021, un equipo de científicos descubrió que en el famoso experimento de los años 50, el propio tubo de ensayo -o más bien, el vidrio de borosilicato del que estaba hecho-desempeñaba un papel en los resultados.

Cuando esos científicos repitieron el experimento en un matraz de vidrio, en uno de teflón y luego en uno de teflón con un poco de vidrio de borosilicato, descubrieron que el vidrio era un ingrediente fundamental para catalizar las reacciones.

“En otras palabras, para cocinar la ‘sopa primordial’, la cazuela es importante”, escribió en un correo electrónico Juan Manuel García-Ruiz, profesor de investigación del Centro Internacional de Física de Donostia, España que participó en el experimento. Elogió el nuevo trabajo por su enfoque imaginativo y, quizá lo más importante, por ser “geológicamente plausible”.

“Puede que no sea el único mecanismo, pero funciona y es ingenioso y, sobre todo, es una demostración experimental”, dijo García-Ruiz. “Creo que necesitamos más enfoques experimentales para explorar el contexto geoquímico del planeta cuando nació la vida”.