De la sopa primordial a la playa prebiótica (I)

Recuperamos una histórica entrevista que el Dr. Stanley Miller concedió a Access Excellence hace 10 años, y que por su gran extensión reproduciremos en tres entregas. Sin duda un personaje central en este nuevo campo de la ciencia que ha venido a llamarse Astrobiología.

De la sopa primordial a la playa prebiótica

Una entrevista con un pionero de la exobiología, el Dr. Stanley L. Miller, de la Universidad de California en San Diego

Por Sean Henahan, para Access Excellence

En 1953, un estudiante graduado de la Universidad de Chicago llamado Stanley Miller, que trabajaba en el laboratorio de Harold Urey activó un interruptor que envió corriente eléctrica al interior de una cámara que contenía una combinación de metano, amoniaco, hidrógeno y agua. El experimento dio como resultado compuestos orgánicos entre los que se incluían aminoácidos, los bloques de construcción de la vida, lo cual catapultó a un campo de estudio llamado exobiología a los titulares de la prensa. Desde aquel momento, un nuevo entendimiento de los papeles del ARN y el ADN, han incrementado el ámbito de la materia. Mas aún, el descubrimiento de condiciones prebióticas en otros planetas y el enuncio de fósiles bacteriales procedentes de Marte han vuelto a llamar la atención sobre el estudio de los orígenes de la vida. He hablado con el Dr. Miller en su laboratorio en la UCSD acerca del campo al que él contribuyó a hacer famoso, la exobiología.

Empecemos por lo básico ¿Puede darnos una definición sencilla para la exobiología?

El término exobiología fue acuñado por el científico ganador del Premio Nóbel Joshua Lederberg. A lo que se refiere es al estudio de la vida más allá de la Tierra. Pero ya que no conocemos ninguna forma de vida exterior a la Tierra, la gente dice que se trata de un campo sin material de estudio. Se refiere a la búsqueda de vida en otros lugares, en Marte, en los satélites de Júpiter y en otros sistemas solares. También se utiliza para describir los estudios sobre el origen de la vida en la Tierra, esto es, el estudio de la Tierra prebiótica y de las reacciones químicas que pudieron tener lugar en el momento en que la vida se estableció.

Hace 4.600 millones de años el planeta era una roca sin vida, mil millones de años más tarde rebosaba de formas primigenias de vida. ¿Dónde está la línea divisoria entre la Tierra prebiótica y la biótica y cómo se determina esto?

Comenzamos con varios factores. Uno, la Tierra ha sido datada con bastante fiabilidad en 4.550 millones de años. La evidencia más temprana de vida es de 3.500 millones de años, basándonos en los hallazgos en la formación Apex, en el oeste australiano. Un nuevo descubrimiento publicado en la revista Nature indica que hay evidencias de vida al menos 300 millones antes de eso. Presumimos que hubo vida anterior, pero más allá de ese punto carecemos de pruebas.

Realmente no sabemos como era la Tierra hace tres o cuatro mil millones de años, de modo que hay toda clase de teorías y especulaciones. La mayor incertidumbre tiene que ver con la composición de la atmósfera, este es el mayor campo de batalla. A comienzos de la década de los 50, Harold Urey sugirió que la Tierra tenía una atmósfera reductora, ya que todos los planetas exteriores de nuestro sistema solar (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) tienen este tipo de atmósfera. Una atmósfera reductora contiene metano, amoniaco, hidrógeno y agua. La Tierra es claramente especial a este respecto, ya que su atmósfera contiene oxígeno, que es claramente de origen biológico.

Aunque existe una discusión acerca de la composición de la atmósfera primitiva, nosotros hemos demostrado que o bien se tiene un atmósfera reductora o no se puede llegar a obtener los compuestos orgánicos necesarios para la vida. Si no los hacemos en la Tierra, tenemos que traerlos de fuera mediante cometas, meteoritos o polvo. Ciertamente, algo de material llegó a través de estas fuentes. En mi opinión la cantidad llegada por estos medios debería haber sido demasiado pequeña como para contribuir de forma efectiva al origen de la vida.

¿De modo que a pesar de que estas son fuentes potenciales de compuestos orgánicos no son esenciales para la creación de vida en la Tierra?

Si se tienen los compuestos químicos básicos y una atmósfera reductora, se tiene todo lo necesario. La gente dice a menudo que algunos de los compuestos especiales llegaron del espacio, pero nunca especifican cuales. Si puedes conseguir que estos compuestos químicos surjan en las condiciones del polvo cósmico o de un meteorito, supongo que también podrías crearlos en la Tierra. Creo que la idea de que se necesita un compuesto especial e innombrable proveniente del espacio es difícil de apoyar.

Hay que considerar de forma separada las contribuciones de los meteoritos, polvo y cometas. La cantidad de compuestos útiles que se pueden obtener de los meteoritos es muy pequeña. El polvo y los cometas pueden aportar un poco más. Los cometas contienen mucho cianuro de hidrógeno (HCN), un compuesto que resulta clave en la síntesis prebiótica de aminoácidos, al igual que las purinas. Algo de HCN llegó a la atmósfera gracias a los cometas. Si sobrevivió al impacto, y qué cantidad fue, son cuestiones abiertas a la discusión. En cuanto a que se vaya a encontrar más de un pequeño porcentaje de compuestos orgánicos provenientes de cometas y polvo soy escéptico. En última instancia no importa demasiado de dónde venga. Suelo pensar que la síntesis prebiótica se dio en la Tierra, pero admito que podría estar equivocado.

La historia tiene otra parte. En 1969 un meteorito carbonáceo cayó en Murchison, Australia. Resultó que aquel meteorito tenía una concentración alta de aminoácidos, aproximadamente 100 partes por millón, y eran del mismo tipo de aminoácidos que se obtenían en experimentos como el mío. Este descubrimiento hizo plausible que procesos similares pudieran haber sucedido en la Tierra primitiva, en un asteroide, o a ese respecto, en cualquier otra parte donde se dieran las condiciones propicias.

Ver fotomicrografía del meteorito Murchison

¿No es la teoría de la Panspermia una manera ligeramente distinta de contemplar la cuestión final del origen de la vida?

Esa es una controversia diferente. Existen distintas versiones de la teoría. Una dice que no existe un origen de la vida, sino que la vida, como el universo, ha existido desde siempre y llegó a la Tierra desde el espacio. Esta idea no parece ser demasiado razonable ya que sabemos que el universo no ha existido siempre, de modo que la vida ha tenido que aparecer algún tiempo después del big bang, que ocurrió hace 10.000 o 20.000 millones de años.

Pudiera ser que la vida llegase a la Tierra desde otro planeta. Eso pude ser cierto, o no, pero aún así no responde a la pregunta acerca de dónde se inició la vida. Solo transfieres el problema a otro sistema solar. Los que lo proponen opinan que las condiciones podrían haber sido más favorables en otro planeta, pero en caso de ser cierto, deberían decirnos cuales eran esas condiciones.

En todas estas líneas, existe un consenso en que la vida debería haber pasado tiempos difíciles si se hubiera creado aquí a partir de la de otro sistema solar, a causa de los efectos destructivos de los rayos cósmicos a lo largo de extensos períodos de tiempo.

¿Qué hay de las ventilas submarinas como fuente de compuestos prebióticos?

Tengo una respuesta muy simple para eso. Las ventilas submarinas no fabrican compuestos orgánicos, sino que los descomponen. Ciertamente, estas afloraciones son uno de los factores restrictivos sobre la clase de compuestos orgánicos que se tendrían en los océanos primitivos. Hoy en día, el océano completo ha pasado a través de estas ventilas durante 10 millones de años. De modo que todos los compuestos orgánicos se destruyen cada 10 millones de años. Eso da lugar a una restricción sobre la cantidad de material orgánico que se puede obtener. Más aún, eso nos da una escala de tiempo para el origen de la vida. Si todos los polímeros y otras cosas atractivas que tenemos se destruyen, eso significa que la vida tiene que empezar temprano y rápidamente. Si observas el proceso en detalle, parece que los largos períodos de tiempo no son una ayuda, sino que actúan en detrimento.

¿Puede usted revisar con nosotros una parte de la historia y del trasfondo básico de su experimento prebiótico original?

En la década de 1820 un químico alemán llamado Woeller anunció la síntesis de la urea a partir del cianato de amonio, creando un compuesto que se da en la biología. Ese experimento es muy famoso porque está considerado como el primer ejemplo en el que compuestos inorgánicos reaccionan para formar un compuesto orgánico. Se solía hacer la distinción entre orgánico, significando de origen biológico, e inorgánico – dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y grafito. Ahora sabemos que no existe tal distinción.

Sin embargo, continuaba siendo un misterio el cómo se habían podido formar compuestos orgánicos bajo condiciones geológicas y lograr que se organizaran en un organismo vivo.

Había toda clase de teorías y especulaciones. Se llegó a pensar que si se tomaba material orgánico: harapos, carne putrefacta, etc. y se dejaba aposentar, surgirían espontáneamente gusanos, ratas, etc. No es una locura tan grande como parece, considerando que no se había descubierto el ADN. Era razonable sustentar dichas creencias teniendo en cuenta que se consideraba a los seres vivos como un protoplasma, una sustancia vital. Todo esto cambió en 1860 cuando Pasteur demostró que no se obtienen seres vivos a no ser que provengan de otros seres vivos. Esto echó por tierra la idea de la generación espontánea.

Pero la generación espontánea implica dos cosas. La primera es la idea de que la vida puede emerger a partir de una pila de harapos. La otra es que la vida se generó por primera vez, hace cientos de millones de años. Pasteur jamás probó que eso no había sucedido alguna vez, solo demostró que no pasaba todo el tiempo.

Cierto número de personas intentó experimentos prebióticos. Pero empleaban CO2, nitrógeno y agua. Cuando usas esos elementos químicos no sucede nada. Solo cuando se usa una atmósfera reductora comienzan a pasar cosas.

¿A quién se le ocurrió la idea de la atmósfera reductora?

Oparin, un científico ruso, inició la idea moderna del origen de la vida cuando publicó un panfleto en 1924. Su idea recibió el nombre de la hipótesis heterótrofa: defendía que los primeros organismos eran heterótrofos, lo cual significa que obtuvieron su material orgánica a partir del medio ambiente, en lugar de fabricárselo ellos mismos, como las algas azul-verdosas. Esta fue una idea importante. Oparin sugirió igualmente que cuanto menor fuera la biosíntesis, más fácil resultaría la formación de un organismo vivo. Entonces propuso la idea de la atmósfera reductora donde se podrían crear compuestos orgánicos. También propuso que los primeros organismos debían ser coacervados, un tipo especial de coloide. Nadie se ha tomado la última parte en serio, pero en 1936, pensar en esto era razonable ya que se desconocía que el ADN fuera el material genético.

En 1951, ignorando el trabajo de Oparin, Harold Urey llegó a la misma conclusión sobre la atmósfera reductora. Urey sabía lo bastante de química y de biología como para figurarse que bajo estas condiciones se podrían obtener los bloques de construcción de la vida.

Cuéntenos algo acerca del famoso experimento de la descarga eléctrica.

El experimento se llevó a cabo en el laboratorio de Urey cuando yo era un estudiante graduado. Cuando yo llegué a Chicago en octubre de 1951, Urey dio una charla en la que sugería que alguien debería hacer estos experimentos. De modo que me dirigí a él y le dije “Me gustaría hacer esos experimentos”. Lo primero que intentó hacer es convencerme para que me mantuviera al margen. Luego se dio cuenta de mi determinación. Dijo que el problema venía del riesgo real del experimento, y que probablemente no funcionaría, y que él era el responsable de que yo obtuviera un doctorado en tres años más o menos. De modo que estuve de acuerdo en dedicarle de 6 meses a un año. Si la cosa funcionaba estupendo, si no, empezaría con otra cosa. En cuanto me puse con ello, obtener resultados fue una cuestión de semanas.

Debió usted entusiasmarse al obtener unos resultados tan drásticos en tan poco tiempo, los cuales, en aquel tiempo, debieron ser vistos como una hipótesis estrafalaria, ¿verdad?

Oh si, al menos la mayoría de la gente pensó que me había vuelto un poco loco. Pero al observar al metano y al amoniaco contra el CO2 y el nitrógeno no quedó ninguna duda en mi mente. Estaba muy claro que si se querían lograr componentes orgánicos, usar metano lo haría más fácil. Es fácil de decir pero es un poquito más difícil de organizar y de hacer experimentalmente.

La sorpresa del experimento fue la gran producción de aminoácidos. Estaríamos contentos de haber encontrado trazas de aminoácidos, pero obtuvimos casi un 4%. A propósito, esta es probablemente la mayor producción obtenida en cualquier experimento prebiótico similar que se haya realizado desde entonces. La razón para esto tiene que ver con el hecho de que los aminoácidos se forman incluso a partir de los compuestos orgánicos más sencillos, tales como el cianuro de hidrógeno y los aldehídos.

Aquello fue el inicio. Todo se mantuvo unido y la química resultó no ser tan extraña después de todo.

¿Cual fue la reacción original de la comunidad científica a su trabajo?

Ciertamente hubo sorpresa. Uno de los revisores simplemente no se lo creyó y retrasó el proceso de revisión anterior a la publicación del documento. Más tarde se disculpó conmigo. Era lo bastante inusual, como para que incluso con el respaldo de Urey fuese difícil de publicar. Si lo hubiese enviado a “Science” por mi cuenta, seguiría reposando en el fondo del montón. Pero el trabajo era tan sencillo de reproducir que no pasó demasiado tiempo hasta que fue validado.

Otro científico estaba seguro de que existía algún tipo de contaminación bacteriana en los aparatos de descarga. Cuando ves a los compuestos orgánicos goteando desde los electrodos, te queda realmente poco espacio para la duda. Pero llenamos el tanque con gas, lo sellamos, lo pusimos en un autoclave durante 18 horas a 15 psi. Normalmente se usaría 15 minutos. Por supuesto los resultados fueron los mismos.

Nadie cuestionó la química del experimento original, aunque muchos se han cuestionado acerca de las condiciones en la Tierra prebiótica. La química era muy sólida.

¿Que papel jugó la serendipia en la configuración original?

Por fortuna, Urey era tan inflexible por aquel tiempo acerca del metano que no hice pruebas con otros mezclas de gases alternativos. Ahora sabemos que funciona con cualquier gas reductor antiguo. El CO2/hidrógeno y el nitrógeno también consiguen resultados, aunque no tan buenos.

Existió algo de serendipia en cuanto al modo en que manejamos el agua. Si no la hubiéramos hervido y dejado correr durante una semana, no habríamos obtenido una

producción tan buena de aminoácidos. Enseguida supimos que algo estaba pasando porque pasados un par de días se pudo ver un cambio en el color del agua.

El hecho de que el experimento sea tan sencillo como para que un estudiante de instituto pueda casi reproducirlo no es negativo en absoluto. El hecho de que funcione y sea tan sencillo es lo que lo hace grande. Si tienes que emplear condiciones muy especiales con aparatos muy complejos, cabría cuestionarse si se puede dar el proceso geológicamente.

Del estudio original se desprenden muchas preguntas. ¿Qué pasa con el equilibrio entre el número de aminoácidos D y L (dextrógiros y levógiros) observados en su experimento, y por qué no cuadra con el predominio de L vistos en la naturaleza? ¿Cómo aborda usted esta cuestión?

Todos estos experimentos prebióticos producen una mezcla racémica, esto es, con iguales cantidades de compuestos D y L. En realidad, si tus resultados no son racémicos, inmediatamente sospechas que existe contaminación. La cuestión es cómo se seleccionó una de las dos formas. En mi opinión, la selección sucedió muy cerca, o ligeramente después del origen de la vida. A mi parecer, no existe forma de que se separen los aminoácidos D y L en estanques separados. Mi hipótesis de trabajo es que la primera molécula replicada, no tenía efectivamente carbono asimétrico.

¿Está usted hablando acerca de algún tipo de compuesto pre-ARN?

Exactamente, una especie de pre-ARN. La estructura del ARN posee cuatro carbonos asimétricos. Este pre-ARN debe haberse desarrollado de algún modo hasta dar el ARN. Existen una cantidad considerable de investigaciones en curso que tratan de descubrir que clase de compuesto preARN era este, es decir, cual fue el precursor del ARN ribosa-fosfato.

Peter E. Nielsen de la Universidad de Copenhague ha propuesto un polímero llamado ácido péptido nucleico (APN) como precursor del ARN ¿Es de esto de donde viene el ARN?

Exactamente, el APN (o PNA) parece prebiótico. Actualmente esta es la mejor alternativa a la ribosa-fosfato. En cuanto a si este fue, o no, el material original, esa es otra cuestión.

¿Puede aclararme una cosa? ¿Todos los aminoácidos han sido sintetizados en experimentos prebióticos, junto a todos los compuestos necesarios para la aparición de la vida?

En cuanto se inician las descargas en un experimento básico prebiótico se producen 11 de los 20 aminoácidos. Si contamos la asparagina y la glutamina se obtienen 13 aminoácidos básicos. No sabemos cuantos aminoácidos había cuando empezó todo. La asparagina y la glutamina, por ejemplo, no parecen prebióticos porque se hidrolizan. Las purinas y las pirimidinas también se pueden formar, como ocurre con todos los azúcares, aunque son inestables.

Su trabajo original fue publicado apenas un mes después de la descripción de la molécula de ADN de Watson y Crack. ¿Cómo ha influido el campo de la biología molecular en el de la exobiología?

El aspecto que probablemente ha cambiado la visión general es principalmente el descubrimiento de las ribozimas, el ARN catalítico. Esto implica que se puede tener un organismo en el que el ARN desempeña las funciones tanto genéticas como catalíticas. Esto sortea el problema de la síntesis de proteínas, que es algo increíblemente complicado. Existe un problema con el ARN como molécula prebiótica a causa de la inestabilidad de la ribosa. Esto nos lleva hasta el mundo pre-ARN.

La idea del mundo pre-ARN es esencialmente la misma que la del mundo ARN, excepto en que se tiene una molécula diferente que se replica. Otra cosa que merece la pena recordar es que todos estos experimentos prebióticos producen aminoácidos. Tener estos aminoácidos cerca y no usarlos para componer el primer organismo vivo sería extraño. De modo que el papel de los aminoácidos en el origen de la vida es desconocido pero aún así prometedor.

Cuéntenos algo acerca de su reciente trabajo y sobre la idea de la laguna.

La Tierra primitiva tenía grandes océanos, pero también tenía lagos, lagunas y playas. Nuestra hipótesis es que las condiciones para que ocurrieran las reacciones prebióticas podrían haber sido ideales en estas playas o lagunas drenadas, por la simple razón de que los compuestos químicos se concentraban más en estos lugares que en el medio del océano.

¿Esto es así a causa de las temperaturas y también por la presencia de minerales?

La temperatura es un factor importante. Hay quien piensa que los minerales tuvieron su importancia en el origen de la vida, pero realmente hasta la fecha no han hecho demasiado por nosotros. La gente habla sobre el modo en el que los minerales podrían haber ayudado en las reacciones de catálisis, pero existen pocos ejemplo donde el mineral marque la diferencia.

Nuestra investigación más reciente tiene que ver con el problema de la creación de pirimidinas; como el uracilo y la citosina, en condiciones prebióticas. Por alguna razón, no funciona muy bien bajo condiciones diluidas. Hemos demostrado que funciona realmente bien cuando consigues una buena concentración y lo secas un poquito. Esto cambió mi visión sobre dónde empezar a buscar las reacciones prebióticas.

Otro ejemplo es nuestro trabajo con la coenzima A. Al fruto de esta coenzima A se le conoce como panteteína. Hemos demostrado que se puede hacer eso bajo esta clase de condiciones prebióticas tipo “playa seca”. Encontramos que no hace falta mucho calor, se puede hacer a 40 grados C. Esto indica la facilidad con la que algunos procesos químicos pueden tener lugar.

La temperatura parece ser el tema de conversación en lo relativo a la hipótesis prebiótica.

Sabemos que no podemos contar con una temperatura muy alta porque los materiales orgánicos simplemente se descompondrían. Por ejemplo, la ribosa se degrada en 73 minutos a temperaturas altas de modo que no parece probable. Entonces la gente empieza a hablar de gradientes de temperatura en las ventilas submarinas. No se que es lo que se supone que hacen estos gradientes. Yo creo que una temperatura entre 0 y 10 grados C sería factible. En cuanto superas los 25 grados C empiezan los problemas de estabilidad.

¿Cómo ha influido el descubrimiento del meteorito marciano en la discusión? ¿Está usted convencido de que se trata de restos fosilizados de microorganismos extraterrestres?

Creo que los datos son interesantes y sugerentes, pero aún no son concluyentes. Vamos a aceptar que el meteorito viene de Marte. Aparentemente se tienen fósiles bacterianos diminutos y también sulfuro de hierro y magnetita el uno junto al otro. Después están estos PAH (hidrocarburos policíclicos aromáticos). Todo es muy sugerente pero aún no es convincente.

Solo hay dos posibilidades, o hubo vida en Marte o no la hubo. No tengo ningún inconveniente con la idea de vida en Marte, la cuestión latente es saber si esta prueba es adecuada. En caso de ser correcta tiene implicaciones para una de las preguntas más importantes de la investigación prebiótica, que no es otra que ¿es fácil o difícil producir vida a partir de compuestos prebióticos y en condiciones prebióticas? Parece que en Marte debería haber sido difícil. Si resulta que ese es el caso en Marte, donde las condiciones no parecen demasiado favorables, entonces podría suceder en cualquier parte del universo, o en cualquier planeta que posea una atmósfera y una temperatura conveniente.

¿Podría usted hablarnos acerca del campo de la exobiología hoy en día en el contexto del mundo de la investigación científica?

Es un campo muy pequeño. Existe una agrupación, conocida como la Sociedad Internacional para el Estudio del Origen de la Vida (ISSOL). Solo tiene 300 miembros, es realmente pequeña. Mi propio laboratorio es parte de un programa llamado NSCORT (Centro Especializado de la NASA para Investigación y Entrenamiento). Este programa se lleva a cabo en cercana colaboración con la NASA y da apoyo a cinco investigadores, así como a estudiantes graduados, post-doctorados y estudiantes no graduados.

La investigación más importante recae hoy en día en los experimentos, y no en el intercambio de ideas. Las buenas ideas son aquellas que cuando se reducen a un experimento acaban por funcionar. Nuestro enfoque es hacer experimentos y demostrar cosas, no solo especular con las posibilidades.

¿Qué consejo le daría usted a los estudiantes interesados en empezar una carrera en exobiología?

Bueno nosotros hablamos sobre la resolución de problemas químicos. Por ello creo que es esencial contar con una formación básica en química, además de conocimientos en los campos de la química orgánica, bioquímica y algo de información sobre geología y física.

La exobiología es un campo pequeño con una gran interacción. Es uno de los pocos campos donde un estudiante no graduado podría ser capaz de trabajar con los diez científicos más importantes en la materia casi inmediatamente.

Visite la página del Dr. Miller en internet

Esta entrevista fue realizada en octubre de 1996.

Entrevista a Stanley Miller* «La aparición de la vida era inevitable»Luc Allemand. Redactor jefe de La Recherche (París).

Fotos entrevista: Miguel Lorenzo

Hace cincuenta años, el experimento de la sopa “primigenia” ocupaba la primera página

de los diarios. Agua hirviente en una atmósfera de amoníaco, hidrógeno y metano,

descargas eléctricas simulando los rayos: con la ayuda de un montaje tan simple, un

joven de 23 años, Stanley Miller, había demostrado que las moléculas esenciales de la

vida se forman espontáneamente en las condiciones supuestas de la Tierra primitiva.

Siempre activo, nos ha recibido en Valencia con motivo de un homenaje que le ha

ofrecido la universidad de esta ciudad el pasado mes de junio.

¿Cuándo tuvo la idea de consagrarse a investigar los orígenes de la vida?

No recuerdo un momento concreto. Fue algo progresivo. La primera vez que escuché

hablar de esta clase de investigaciones fue en 1951. Yo estudiaba entonces en la

universidad de Chicago, que contaba en aquella época con unos cuantos profesores

prestigiosos, como por ejemplo Enrico Fermi1 o Harold Urey2, que habían recibido el

premio Nobel en los años treinta. Como todos, yo asistía al seminario que se celebraba

todos los lunes. Un día, Harold Urey pronunció una conferencia sobre los orígenes del

Sistema Solar. Según él, durante su formación, la Tierra debía tener una atmósfera

compuesta principalmente de hidrógeno, de metano, de amoníaco y de agua. Sugirió

que una mezcla de este tipo debía ser bastante favorable para la síntesis de moléculas

orgánicas, y que valdría la pena probar el experimento. Esta conferencia me impresionó,

pero no pensé en seguida que sería justamente yo quien lo haría.

¿Y cómo empezó a trabajar con Urey?

Mi primer proyecto de investigación lo dirigió Edward Teller3, uno de los que

concibieron la bomba atómica, que acababa de llegar a Chicago después de haber

pasado una parte de la guerra en el laboratorio militar de Los Álamos, en California. Yo

me ocupaba del origen de los elementos químicos en el universo. Pero en 1952 Teller

volvió a California para desarrollar el laboratorio militar de Livermore y la bomba de

hidrógeno. Tuve que encontrar otro director de investigación para hacer mi tesis. Y

elegí a Harold Urey. Fui a verlo y le dije que me gustaría mucho probar el experimento

que él había propuesto en su conferencia. Pero él tenía dudas: pensaba que no

obtendría bastantes resultados para hacer una tesis. Como insistí, decidimos que

ensayaría durante seis meses. Si no obtenía ningún resultado en este tiempo,

abandonaría y haría cualquier otra investigación más convencional. Por ejemplo,

analizaría la composición elemental de minerales, o alguna otra cosa parecida. Pero el

experimento funcionó durante aquellos meses.

Urey no fue el primero que propuso este escenario. Quince años antes,

Alexander Oparin, un ruso, publicó un libro sobre la materia. ¿Lo había leído

antes de ir a ver a Urey?

No. Solamente después, cuando empecé a trabajar en el tema. Fui a buscarlo a la

biblioteca y lo leí.

¿Por qué nadie había probado a poner en práctica las propuestas de Oparin?

En aquella época, la química de los orígenes de la vida no interesaba a demasiada

gente. Y encima había obstáculos técnicos. No había bastante con sintetizar moléculas

orgánicas a base de introducir chispas dentro de una mezcla gaseosa. Todavía se tenía

que saber precisamente qué era lo que se sintetizaba de aquella manera, y en qué

proporciones. Y justamente, el principal interés de mis resultados no fue que

consiguiera sintetizar moléculas orgánicas, sino que, en cantidades apreciables,

solamente sinteticé unas cuantas, en concreto la glicina y las formas y de la alamina,

que justamente son indispensables para la vida tal y como nosotros la conocemos. Ahora

bien, las técnicas que permitían demostrarlo no estaban demasiado desarrolladas. Por

ejemplo, la cromatografía sobre papel, que utilicé para separar e identificar estos

aminoácidos que iban formándose, no se había ultimado hasta una decena de años

antes.

Urey había redactado la lista de ingredientes de la atmósfera primitiva, pero

¿cómo estableció usted las proporciones de los diferentes gases?

Fui probando, siguiendo la receta que propuso Urey. Sin duda tuve bastante suerte de

obtener resultados tan pronto.

Un cierto número de geólogos piensan hoy que la atmósfera de la tierra

primitiva no contenía metano, sino más bien óxido o dióxido de carbono. ¿Eso

pone en duda el interés de sus resultados de 1953?

Rehice –y no solamente lo hice yo– el mismo tipo de experimento modificando la

composición de la atmósfera. Si de verdad hay mucho hidrógeno, en una atmósfera que

contiene óxido o dióxido de carbono se puede formar glicina con un rendimiento

próximo al obtenido con el metano. Pero nuestros experimentos muestran que no se

obtienen otros aminoácidos. Además, los rendimientos caen muy rápidamente cuando la

concentración de hidrógeno es igual o inferior a la de óxido o dióxido de carbono.

Continúo convencido de que había metano en la atmósfera primitiva. Espero que alguien

me demuestre lo contrario.

¿Esperaba fabricar otra cosa en vez de los aminoácidos?

No sabía realmente qué me encontraría. Las proteínas, que intervienen en todos los

mecanismos de la vida tal y como la conocemos son largas cadenas de aminoácidos. Lo

primero que había que investigar era si los aminoácidos se habían formado bajo las

condiciones del experimento.

Pero las moléculas biológicas contienen otros tipos de agrupamientos químicos,

otros “ladrillos elementales”. ¿Pensaba usted en aquel momento que sería

posible sintetizarlas todas sin utilizar ningún material biológico?

No lo sabía. En el año 1953 eso parecía un objetivo muy lejano, pero posible. Hoy, yo

diría que sí, que es realmente posible.

¿Por qué está tan seguro de eso?

Cincuenta años después, otros equipos han mostrado cómo fabricar muchas otras

moléculas o agrupamientos químicos bajo condiciones abióticas, es decir, sin recurrir a

ninguna molécula biológica al principio. Por ejemplo, se sabe sintetizar de esta manera

la purina y la pirimidina, que forman parte de la composición del DNA. En 1961, Joan

Oró sintetizó la adenina, una de las bases del código genético, que se ha encontrado en

el DNA y el RNA, a partir de ácido cianhídrico. Después trabajamos juntos y

sintetizamos la guanina, otra base del DNA y del RNA, siempre prescindiendo de

moléculas biológicas. Pero no tengo ni idea de qué hacer para sintetizarlo todo.

¿Cuáles son los principales de estos ladrillos que todavía no se ha conseguido

producir bajo condiciones abióticas?

Sería algo largo hacer una lista completa. Pero, por mencionar ejemplos sencillos, no se

ha encontrado una síntesis que me parezca satisfactoria para ciertos aminoácidos que

se encuentran en nuestras proteínas, como por ejemplo la arginina, la lisina o la

histidina. Una cosa que, cuanto menos, resulta problemática también es la manera como

los ladrillos se adhieren para formar macromoléculas. Hoy, los mecanismos de síntesis

de proteínas en células se basan en la existencia previa de otras proteínas, de enzimas,

y de moléculas que llevan el código genético. Confieso que no tengo ni idea de cómo

empezó todo esto.

En 1953, puso agua a hervir, es decir, que lanzó descargas a una mezcla

gaseosa caliente. Pero acto seguido sugirió que la vida debió de aparecer en un

medio más bien frío. ¿Por qué?

Porque los constituyentes elementales del DNA, en particular, no son lo bastante

estables a alta temperatura. A 100 °C, la ribosa se destruye completamente en pocas

horas. Y las “bases”, como por ejemplo la citosina, la adenina o la guanina, desaparecen

en unos pocos días, o a lo sumo en pocos años. Estas duraciones son demasiado breves

para que las moléculas se puedan acumular en suficiente cantidad antes de empezar las

reacciones de polimerización4 .

También ha escrito que en una sopa primitiva parcialmente helada sería más

fácil concentrar los constituyentes orgánicos.

Sí, cuando congelas una mezcla de agua y de moléculas orgánicas, el hielo que se forma

primero es más puro que el líquido. Es un fenómeno del mismo tipo que el que se

produce durante la destilación: se concentran progresivamente las moléculas orgánicas

en el líquido restante. En una sopa primitiva parcialmente congelada, habría, por tanto,

una acumulación y una concentración de moléculas orgánicas, y estas son las

condiciones favorables para que reaccionen entre ellas.

Desde hace unos años, ha dirigido también experimentos en condiciones que

recuerdan el pequeño “mar caliente” que sugirió Darwin en 1871. El origen de

la vida, pues, no debía ser totalmente frío.

Estos experimentos intentan reproducir más bien las condiciones que rigen en una

playa, o en el fondo de un mar que se va secando gradualmente. Concretamente, hemos

producido citosina a partir de urea y de cianoacetaldehído. Pero uno de nuestros

resultados importantes es que esta síntesis es bastante eficaz a baja temperatura, hacia

los 0 °C. Esto confirma mi idea de que la vida apareció a baja temperatura. En todo

caso, no apareció en agua hirviente, cerca de volcanes o de fumarolas marinas, como se

ha propuesto. Los organismos que viven allí, llamados hipertermófilos, son quizás los

ancestros comunes más antiguos de los organismos vivos actuales, como dicen ciertos

biólogos. Pero entonces, ¿eso es producto del azar de una selección tardía a lo largo de

la evolución? Los primeros organismos vivos no fueron los hipertermófilos.

El año pasado publicó los resultados de un experimento que ha durado 27 años.

¿Qué ha encontrado?

Durante todos estos años he dejado una solución de cianuro de amonio dentro de un

congelador, a –78 °C. Cuando analizamos la solución encontramos que las piramidinas y

las purinas se habían formado. Es una demostración bastante convincente de la

importancia que ha debido de tener el mecanismo de concentración por congelación en

la formación de moléculas biológicas sobre la Tierra primitiva. Aunque el ácido

cianhídrico sólo estuviera presente en pequeñas concentraciones en el océano primitivo,

este mecanismo debió de permitir la formación bastante rápida de estas moléculas tan

importantes.

¿Está haciendo algún otro experimento análogo?

No. Estos 27 años han sido una especie de apuesta, y aquello salió bien. Pero fue una

prueba aislada.

Usted se ha interesado también por el origen del código genético. ¿Qué piensa

de la hipótesis desarrollada desde hace una veintena de años que dice que al

principio solamente lo contenía el RNA?

Esto me parece difícilmente conciliable con lo que nosotros sabemos de la química

abiótica. El RNA es, como el DNA, una molécula demasiado compleja. No conocemos

muy bien la vía de síntesis abiótica de todos sus constituyentes. Y ciertas reacciones

necesarias en el momento de la polimerización de cadenas de RNA son notoriamente

difíciles de realizar en condiciones abióticas. Además, la ribosa, por ejemplo, es muy

inestable. De verdad, no creo que se formaran en ausencia total de vida. Más bien

pienso que el código genético estaba contenido, al principio, en moléculas más simples,

como por ejemplo los ácidos nucleicos peptídicos.

¿Y eso qué es?

Son también largas cadenas moleculares, pero su esqueleto es un simple péptido, un

polímero de aminoácido. Este esqueleto lleva las mismas bases que el RNA. Creo que es

una buena alternativa. Tienen una estructura prometedora para ser las primeras

macromoléculas abióticas.

¿Justamente, ha encontrado una síntesis abiótica para estos ácidos nucleicos

peptídicos?

No, todavía no. Pero ya hemos mostrado cómo obtener los diferentes elementos. Por

ejemplo, el derivado de la glicina que forma el esqueleto por polimerización, que ha sido

producido a partir de experimentos con descargas eléctricas. Y ya tenemos resultados

referidos a la polimerización espontánea.

¿Es que los ácidos nucleicos pueden cumplir las mismas funciones que el RNA?

Tienen capacidad para hacerlo. Por ejemplo, se ligan fácilmente a las cadenas de DNA.

Pero todavía no hemos encontrado que se autorrepliquen ni que catalizen la formación

de proteínas.

De acuerdo con sus experimentos, parece que la vida necesariamente debió de

emerger apenas se reunieron las condiciones químicas necesarias. ¿La

aparición de la vida es una simple consecuencia de la evolución química?

Sí, a mi parecer, sí. Incluso si una parte de azar intervino dentro del proceso, la

aparición de la vida era ciertamente inevitable. Pero hoy no estoy en condiciones de

demostrarlo formalmente.

¿Y este proceso, se ha podido producir en otro lugar, en otros planetas?

Sí, claro. La vida puede aparecer en cualquier parte, a partir del momento en que los

ingredientes apropiados se unen durante el tiempo suficiente y en las condiciones

adecuadas. Estoy convencido de que hay vida en otros lugares del universo. No sé a qué

debe de parecerse, pero a buen seguro que la hay.

Este año se cumple el cincuentenario de su experimento, pero también del

artículo de Crick y Watson sobre la estructura del DNA, y también de la primera

decodificación de la estructura de una proteína, la insulina, realizada por

Frederick Sanger. ¿Cuando hacía usted su experimento, ya conocía todos estos

trabajos?

No, mientras hacía mis experimentos no. Pero cuando se publicaron los artículos de

estos dos equipos sí que los leí.

Los tres recibieron el premio Nóbel. Y Sanger incluso recibió dos. ¿No está

usted algo decepcionado porque todavía no le hayan dado ninguno?

No depende de mí decidir si yo merezco o no un premio Nóbel. No es cosa que me

preocupe. No estoy ni amargado ni enfadado por no haber sido distinguido.

Cuando empezó con la química prebiótica tenía usted solamente 22 años y

ahora tiene 73. ¿No ha pensado nunca en cambiar radicalmente de objeto de

estudio?

Oh sí, pensé hacer otros experimentos completamente diferentes, pero siempre he

tenido que volver a los orígenes de la vida. No tenía bastante tiempo para hacer todo lo

que tenía ganas de hacer en este campo.

¿Hoy en día la investigación sobre los orígenes de la vida todavía podría ser un

proyecto de vida para un joven investigador?

Supongo que sí. Hay toda clase de trabajos interesantes que producen resultados en

este campo hoy.

¿Pero todavía se pueden hacer experimentos tan espectaculares como el suyo

de 1953?

Sin duda, pero no sé cuáles. Si tuviera alguna idea, la pondría en práctica. No es

suficiente con que alguien tenga alguna idea buena. Además, si un estudiante brillante

viniera a verme con una buena idea para un experimento, lo ayudaría sin dudarlo.

¿Piensa que estamos cerca de comprender cómo empezó la vida?

No, todavía estamos lejos de eso, pero no tengo ninguna duda de que algún día lo

comprenderemos. En estos cincuenta años hemos progresado enormemente,

disponemos de muchos más elementos.

___________

1. Enrico Fermi (1901-1954), físico italiano nacionalizado norteamericano en 1944, es uno de los fundadores de

la física nuclear. Particularmente, contribuyó a la construcción de la bomba atómica en los EEUU durante la

Segunda Guerra Mundial.

2. Harold Urey (1893-1981), químico norteamericano, recibió el premio Nobel de química el año 1934 por el

descubrimiento del deuterio, una forma pesada del hidrógeno.

3. Edward Teller (1908-2003), americano de origen húngaro, participó en los debates sobre mecánica cuántica.

Es conocido sobre todo por su apoyo indefectible a las armas atómicas.

4. La polimerización es una especie de reacción química en la que las unidades elementales, los monómeros, se

asocian de manera repetitiva para formar cadenas de longitud variable, los polímeros.

BIBLIOGRAFÍA

“Avant la vie, des molécules...”, dosier La Recherche, noviembre 2000, 24 pp.

“Günter Wächtershäuser: la première étincelle de la vie”, La Recherche, noviembre 2000, p. 109

Raulin-Cerceau, F. (dir.) et al. (2002): Sur les traces du vivant, Le Pommier.

Wills, C.; Bada, J. (2001): The spark of life, Perseus.

* Stanley Miller. Profesor honorario del departamento de Química de la Universidad de California en San Diego y director de un grupo de investigación del centro especializado en exobiología de la NASA.