Nueva perspectiva sobre el origen de la vida

Después de las sucesivas teorías que han buscado el origen de la vida en una “sopa primordial” primero, y en un “Mundo de ARN” posteriormente, se imponen otros puntos de vista que suponen la aparición de los primeros sistemas vivos a partir de entramados metabólicos simples sin concurso de proteínas, ARN, o ningún tipo de molécula codificadora. Estas nuevas teorías guardan observancia de las leyes de la termodinámica y, según ellas, la vida dejaría de considerarse como un fenómeno iniciado de forma casi milagrosa dada su ínfima probabilidad de ocurrir, para convertirse en una vía “normal” de evolución de la materia bajo determinadas circunstancias.

Desde el célebre experimento Miller-Urey en el que, a partir de sustancias inorgánicas, se produjeron in vitro una serie de moléculas orgánicas que supuestamente sirvieron como materia prima para la posterior constitución de estructuras “vivas”, se barajó la idea de la existencia inicial de una llamada “Sopa primordial”, una amalgama de sustancias prebióticas en la que se iniciaron las estructuras vivas, aunque las teorías que siguieron esta línea quedaron lejos de explicar cómo se integraron esas moléculas para componer tales estructuras salvando el enorme paso que lleva de unas a otras.

Posteriormente, en la década de los ochenta, se impuso el marco teórico del “Mundo de ARN”, pasando a ser ésta molécula la principal candidata a precursora de la vida. Esta nueva hipótesis se apoyó en el descubrimiento, por parte de Thomas Cech y Sidney Altman, de las ribozimas, moléculas de ARN que presentan capacidad catalítica además de su función de portadoras de información genética, lo que les hubiera permitido en un principio controlar y a la vez procurar las reacciones de un metabolismo primitivo germen de la vida. El ARN primordial cumpliría en las primeras etapas de la vida el papel del ADN, el ARN y las proteínas. Además, existen algunos indicios que avalan la anterioridad de la aparición del ARN respecto del ADN y las proteínas. Pero esta teoría tampoco ofrece una explicación satisfactoria de cómo se salva la enorme distancia entre las condiciones prebiológicas inertes y la constitución de moléculas de ARN operativas, que requieren una enorme complejidad estructural y un ensamblaje muy preciso para conferirles funcionalidad; es inverosímil que un hecho tan improbable como el ensamblaje espontáneo de una molécula de estas características se llegara a verificar.

Christian de Duvé ya desaconsejó la búsqueda del origen de la vida en sucesos casi milagrosos, y apuntó al planteamiento de explicaciones basadas en procesos químicos de moléculas inertes sujetos a las imposiciones de las leyes de la termodinámica. El incremento de orden (y la consiguiente reducción de la entropía) que es consustancial a la vida no supone una contradicción de la segunda ley de la termodinámica, que admite una excepción: es posible la disminución de la entropía en una localización concreta siempre que se compense con un mayor incremento en sus proximidades. En esta línea, Robert Shapiro estableció los principios que debe observar cualquier teoría sobre un origen metabólico de la vida: debe referirse a un sistema delimitado en un entorno inerte como ocurre con las células, rodeadas por su membrana. Las primeras manifestaciones de la vida debieron contenerse en barreras como las estructuras con aspecto de membrana que se han encontrado en meteoritos u otros contenedores naturales como poros en la roca, aerosoles acuosos u otros. El proceso de organización particular debe estar sustentado por un aporte de energía cuya liberación, además, debe estar acoplada a un mecanismo químico (con sus pertinentes catalizadores), que permita canalizarla en el sentido de aumentar esa organización. Por último, las reacciones químicas que configuran el sistema deben conformar un entramado adaptable a circunstancias cambiantes, capaz de evolucionar y, por supuesto, de crecer y reproducirse, extendiéndose hacia compartimentos adyacentes o escindiéndose al alcanzar cierto tamaño si se encuentra confinado en el interior de algún tipo de membrana.

A simple vista, falta en esta serie de características de partida un mecanismo para transmitir el modelo del sistema; la información sobre su funcionamiento codificada en alguna molécula a los nuevos sistemas desgajados del original; un dispositivo genético en definitiva. Pero no es imprescindible inicialmente, por cuanto se trata de sistemas con un número reducido de elementos en los que la escisión de una parte que contiene todos esos elementos equivale a una transmisión genética “composicional” en vez de “informacional”.

Buscando una alternativa a las hipótesis al uso sobre el origen de la vida que fuera más verosímil y acorde con las leyes físicas fundamentales, James Trefil y Harold J. Morowitz, de la Universidad George Mason, y Eric Smith, del Instituto Santa Fe, han propuesto una explicación de carácter “metabólico” para explicar los procesos primordiales a partir de los que acabó por generarse la vida tal y como la concebimos.

Trefil, Morowitz y Smith han pensado en un ciclo metabólico reductor simple que está en el origen de la biosíntesis primordial, y que no precisa, en prinicipio, de ARN o enzimas; ni siquiera estar confinado en estructuras compartimentadas previamente (precursores celulares). Se trataría de una serie de reacciones químicas sencillas, que bien podrían haber sido recurrentes, con lo que se hubieran extendido y hubieran acabado sujetas a selección. En la esencia de esta teoría, está la consideración de la vida como una propensión de la materia a buscar rutas químicas para llegar a estados de menor energía desde unas circunstancias, como es el caso de la tierra primitiva, en las que había un estado de excitación química concretado en una gran abundancia de electrones con alta energía. Y la vida, como puntualizó Albert Szent-Gyorgi, “no es sino un electrón buscando un lugar donde descansar”. En un principio, por lo tanto, surgieron una serie de vías químicas a través de las cuales se producía un avance hacia estados de equilibrio de sistemas con elevada energía inicial, en un proceso acorde con los principios físicos. Estas vías se habrían ido complicando paulatinamente hasta quedar integradas en estructuras celulares y bajo control de ARN posteriormente.

Los autores han identificado la secuencia de reacciones que podrían asimilarse a este primer núcleo metabólico en torno al que se fue configurando la vida: el ciclo del ácido cítrico, más conocido como ciclo de Krebs, o una variante rudimentaria del mismo. Este ciclo metabólico aún está en el meollo del extenso complejo metabólico de los seres vivos como punto de partida de cualquier otra ruta metabólica, lo que parece indicar que fue el punto de arranque de la vida, en torno al que se han ido añadiendo más y más procesos bioquímicos a lo largo de millones de años de evolución guiada por el mismo imperativo físico de hacer descender la energía química de los compuestos implicados: hay que tener en cuenta que este ciclo (transformación de dióxido de carbono en acetato con la concurrencia de hidrógeno) sólo emplea un tercio de la energía de los electrones que entran en juego en las reacciones, por lo que el acetato resultante todavía está en un estado de energía inestable, y puede ser a su vez un producto de partida para otras reacciones “estabilizantes”. El ciclo del ácido cítrico puede operar en sentido oxidativo, por el que se obtiene energía de una molécula orgánica como la glucosa, o reductor, en el que se capta energía para generar moléculas complejas a partir de otras más simples, trazando un canal para que los electrones excitados pase a estados de mayor equilibrio y menos energéticos. Esta dirección reductora del ciclo es la que debió de imponerse en las circunstancias prebióticas como umbral de la vida. Una vez establecido este ciclo primordial, que es termodinámicamente estable y proporciona materiales de partida, pudo entrar en escena algún tipo de molécula autorreplicante asociada a él, introduciendo la posibilidad de selección natural y de evolución en los sistemas existentes. Posteriormente, cuando se acumuló el oxigeno de desecho de estos procesos en el ambiente, los sistemas bioquímicos pudieron empezar a utilizar el ciclo en sentido contrario, el oxidativo.

Es una teoría incipiente, novedosa, y aún con muchos puntos por dilucidar mediante experimentación (como, por ejemplo, la necesidad de que los ciclos metabólicos iniciales contasen con un mecanismo retroinhibidor que impidiera que los productos secundarios de las reacciones anulasen las reacciones principales por disolución de los reactivos, mecanismo que todavía no se ha descrito). Pero sus postulados básicos presentan una notable consistencia inicial, y auguran importantes avances en la comprensión del comienzo de la vida y su propia esencia, proponiendo su análisis como un hecho que se sigue de las leyes físicas y no como una portentosa y singular excepción local de esas leyes. Un hecho que, consecuentemente, es predecible en todos los lugares del universo en los que concurran las condiciones adecuadas, que sin duda serán muy numerosos.