¿Sabemos cómo comenzó la vida en la Tierra?

Ester Lázaro Lázaro, Centro de Astrobiología (INTA-CSIC)

Reconozcámoslo: a la mayoría de nosotros nos gustaría disponer de un árbol genealógico que se remontara muchas generaciones atrás, a los abuelos de nuestros tatarabuelos, tal vez. Pero ¿no sería aún más maravilloso poder prolongar ese árbol hasta nuestros ancestros más remotos, es decir, hasta el propio origen de la vida?

En este artículo esbozaremos parte de lo que se conoce actualmente sobre uno de los temas más apasionantes de la ciencia.

¿Qué es lo que define a la vida?

La primera dificultad en la investigación sobre el origen de la vida es la definición de las propiedades que ineludiblemente debe presentar la materia para ser catalogada como viva. Esta cuestión puede parecer simple cuando se compara una piedra con un conejo, por poner un ejemplo trivial. Pero no lo es tanto cuando nos desplazamos a aquellos remotos tiempos en los que la vida estaba arrancando.

Actualmente, la vida siempre procede de la vida. Sin embargo, al menos una vez en su historia tuvo que surgir de la materia inerte. Eso implica que no sería nada extraño que las primeras formas de vida se parecieran mucho a la materia no viva de la que proceden, lo que dificultaría su distinción.

Definir las propiedades esenciales de la vida también resulta crucial si queremos embarcarnos en la búsqueda de vida en otros mundos. Sobre todo porque podría presentarse en formas que la hicieran irreconocible a nuestros ojos, acostumbrados a las manifestaciones de la vida terrestre.

¿Qué hace la vida?

La vida produce copias imperfectas de sí misma, para lo cual intercambia energía y materia con el medio externo mediante las reacciones químicas que constituyen el metabolismo. Para su funcionamiento correcto se requieren unas instrucciones, una información que tiene que mantenerse en el tiempo y, por tanto, debe ser transmitida a la descendencia. Además, es necesario un compartimento que diferencie el sistema vivo del entorno y permita la correcta interacción entre sus componentes.

En el único ejemplo de vida que conocemos, el terrestre, la información se almacena en la molécula de ADN siguiendo unas reglas basadas en un alfabeto de 4 letras (los cuatro nucleótidos: A, T, C, G). Según el orden en que se dispongan, van a dar lugar a un repertorio de proteínas diferentes. Estas proteínas facilitan que las reacciones químicas propias de la vida tengan lugar. Pero no cabe duda de que las cosas podrían haber sido diferentes. ¡Y puede incluso que lo sean en otros lugares del Universo!

¿Cuándo surgió la vida en la Tierra?

La edad de nuestro planeta se estima en unos 4.570 millones de años (Ma). Inicialmente, sus temperaturas eran altísimas e incompatibles con la estabilidad de las moléculas biológicas. No fue hasta hace 3.850 Ma aproximadamente cuando las condiciones comenzaron a ser estables y favorables para la vida.

No obstante, se han encontrados signos de vida bacteriana en rocas de hace 3.500 Ma, lo que plantea el problema de que solamente existe un periodo de unos 350 Ma en el que tuvo que suceder todo lo que facilitó la aparición de las primeras células. Un tiempo que parece demasiado corto para que surja algo tan complejo y maravilloso…

Para intentar explicar la aparición tan temprana de la vida se propuso la teoría de la panspermia, que sostiene que la vida se generó en el espacio exterior, desde donde viaja entre planetas. Aunque este paseo de microorganismos por el cosmos parece poco probable, la detección de materia orgánica en meteoritos, cometas y las nubes de polvo interestelar muestra que, si esa materia cae en el lugar adecuado, se podría acelerar enormemente el florecimiento de la vida.

Los primeros pasos

Ya en la década de 1920, las hipótesis de Oparin y Haldane plantearon que el primer paso en el origen de la vida fue la síntesis de moléculas orgánicas en la atmósfera primitiva, utilizando como energía la luz ultravioleta del sol. Esas moléculas se acumularían en lagos o mares poco profundos. Allí se combinarían para dar lugar a la llamada sopa primordial, la base para sintetizar moléculas más complejas que facilitarían la aparición de la vida celular.

Esta teoría se vio enormemente reforzada en 1953, cuando Stanley Miller realizó su famoso experimento. Consistió ni más ni menos que en introducir en una cámara una mezcla de gases similar a la que se creía que componía la atmósfera primitiva. Tras suministrar energía por medio de descargas eléctricas, los gases reaccionaron y dieron lugar a varios de los componentes básicos de la materia viva, demostrándose así que su síntesis en condiciones abióticas era posible.

Ni el experimento de Miller ni los otros muchos posteriores demuestran que las cosas tuvieran que ocurrir así necesariamente. Lo que sí indican es que hay caminos posibles para la transición entre la química y la biología. Y que uno de ellos es el que tuvo lugar en nuestro planeta hace unos 3.800 Ma.

El mundo del ARN

En el mundo actual, las proteínas funcionales se originan gracias a que la información para su síntesis está codificada en el ADN. Pero pasar de la secuencia del ADN a la de una proteína es un proceso complejo, que a su vez requiere la intervención de otras proteínas.

Separar información y función en dos moléculas diferentes plantea una paradoja que se puede resolver si admitimos que en el mundo primitivo la información y la función residían en la misma molécula. Actualmente existen muchas evidencias de que esa molécula pudo ser el ARN, otro ácido nucleico similar al ADN, pero de cadena sencilla.

Los viroides y los virus de ARN nos muestran que puede ser utilizada para almacenar la información hereditaria. Las posibilidades funcionales del ARN derivan de su capacidad para plegarse, dando lugar a estructuras tridimensionales, similares a las que forman las proteínas, que facilitarían la catálisis de las reacciones de la vida.

El llamado “mundo del ARN” estaría constituido por conjuntos de moléculas capaces de almacenar y transmitir información a través de su copia. Las propiedades catalíticas de esas mismas moléculas facilitarían que surgiera un metabolismo simple, que una vez individualizado en un compartimento habría sido la base para la aparición de las primeras células.

Las células primitivas

En un medio acuoso, las moléculas de ácidos grasos pueden formar vesículas, parecidas en su forma a lo que podría ser una célula primitiva. Lo extraordinario es que hay vesículas que pueden incluir moléculas de ARN con capacidad para catalizar algunas redes metabólicas simples. ¡Incluso llegan a dividirse! Esto todavía no es vida, pero comienza a parecerse.

Faltaría el acoplamiento de la replicación del ARN a la división de las vesículas. Y, algo muy importante, que alguna de ellas adquiriera una ventaja sobre el resto. En ese momento la selección natural podría comenzar a actuar, y con ella todos los procesos que han conducido al aumento de la complejidad y diversidad biológicas.

¿Cuántos intentos infructuosos han tenido lugar hasta llegar a esas primeras células? Lo desconocemos. Lo que hemos descrito no tendría por qué haber sido un evento único. Pero lo que está claro es que la fortaleza de la selección natural, combinada con sucesos ambientales azarosos, ha conducido a la persistencia de un único linaje, el de ese ancestro universal que hermana a todos los seres vivos de la Tierra.

Ester Lázaro Lázaro, Investigadora Científica de los Organismos Públicos de Investigación. Especializada en evolución de virus, Centro de Astrobiología (INTA-CSIC)

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.