En el post anterior hablaba de los descubrimientos en los últimos años de planetas orbitando estrellas cercanas considerados como potencialmente habitables, es decir, planetas a la distancia adecuada de sus estrellas para que su superficie pueda tener en la actualidad agua lÃquida, el ingrediente fundamental para la vida. El estudio de la vida en el Universo se ha extendido en las últimas décadas en un campo cientÃfico interdisciplinar entre la astrofÃsica y la biologÃa que ha acuñado el término de astrobiologÃa y se ocupa de cuestiones muy diversas que van desde la definición de qué es la vida a el origen de la vida en la Tierra o las posibilidades de su desarrollo en otros mundos.
La quÃmica de la vida y la nucleosÃntesis estelar
La quÃmica de la vida es la quÃmica del carbono, actuando el agua como disolvente capaz de transportar moléculas de un lugar a otro. Los elementos quÃmicos más utilizados por los organismos biológicos son Carbono, OxÃgeno, Nitrógeno e Hidrógeno que se combinan entre sà junto con algunos pocos elementos más para formar moléculas orgánicas básicas (como aminoácidos y azúcares que pueden encontrarse en algunos cometas y pueden formarse libremente en el frÃo espacio) y luego estructuras mucho más complejas como proteÃnas y enzimas capaces de desarrollar una quÃmica compleja capaz incluso de permitir que algunas moléculas se repliquen. Aunque la ciencia ficción ha tratado otras posibles formas de vida basadas en elementos quÃmicos distintos, los biólogos y los quÃmicos no parecen estar de acuerdo argumentando a favor de las propiedades únicas de los átomos de carbono y las moléculas de agua.
Tabla periódica mostrando los elementos quÃmicos necesarios para la vida. Entre ellos los más abundantes y esenciales son los átomos de carbono, hidrógeno, oxÃgeno y nitrógeno (CHON).
Afortunadamente el carbono y el oxÃgeno se encuentran entre los elementos quÃmicos más abundantes del Universo siendo producidos fácilmente en el interior de estrellas comunes de baja masa. Los átomos más pesados (como el hierro y todos los elementos de mayor número atómico) solo son procesados en las etapas finales de la vida de estrellas muy masivas que explotan como supernovas dispersando sus elementos quÃmicos en su entorno y favoreciendo la formación de nuevas estrellas enriquecidas en polvo y elementos pesados capaces de transformarse en planetas y quizás en seres vivos.
Versión coloreada de la tabla periódica mostrando el origen de los diferentes elementos quÃmicos en diferentes tipos de estrellas. La imagen derecha muestra una supergigante roja (la estrella V838 Monocerotis) en expansión al final de su vida nutriendo su entorno de átomos adecuados para la formación planetaria.
El origen de la vida en la Tierra
Entre las rocas más antiguas que podemos encontrar en nuestro planeta hay formaciones rocosas asociadas a la presencia de grandes colonias de bacterias denominadas estromatolitos cuya edad puede datarse y que muestran ser muy antiguas. Se sabe que la vida en nuestro planeta es muy antigua surgiendo hace 3500-3700 millones de años (nuestro planeta tiene 4560 millones de años de edad). Esta fecha es interesante ya que concuerda con el fin de los grandes impactos de meteoritos e incluso protoplanetas que sufrió nuestro planeta en las etapas finales de su formación. Se estima que estos impactos podÃan ser tan energéticos como para evaporar los océanos y eliminar la atmósfera de nuestro mundo hasta unos 200 millones antes del momento más antiguo en el que tenemos evidencias de formas de vida microscópicas en nuestro planeta. Testimonio de esos impactos y de las elevadas temperaturas de nuestro mundo en esa época son los mares de la Luna, auténticos lagos de lava formados en esa periodo de impactos cataclÃsmicos a los que se ha dado en llamar bombardeo tardÃo intenso y durante el cual no pudo surgir la vida. Sin embargo, esos impactos pudieron ser fundamentales a la hora de aportar el agua a nuestro mundo e incluso moléculas orgánicas complejas como aminoácidos. En un mundo prebiótico esos componentes orgánicos se acumularÃan y estarÃan disponibles para su utilización por las primeras formas de vida con un metabolismo mucho más sencillo que el moderno.
Estromatolitos en Australia (izquierda), corte en sección de una de tales rocas mostrando su estructura sedimentaria (arriba), microfósil de cianobacteria en formaciones semejantes algo más modernas (abajo).
La cuna de la vida
Ahora bien, aunque conocemos bastante bien el contexto fÃsico de nuestro planeta en aquella época: un mundo cálido con una atmósfera de CO2 y N2 con grandes océanos y elevada actividad volcánica, es muy difÃcil investigar el origen biológico de algo tan complejo como la vida. Por ejemplo, la herencia genética del ADN se transcribe en una molecula más sencilla, el ARN que forma proteÃnas y las enzimas necesarias para poder duplicarse; pero no ha sido posible explicar como se pudieron formar estos mecanismos tan complejos. Para algunos cientÃficos es un problema irresoluble, para otros resulta tentador pensar que las leyes de la quÃmica y la fÃsica conducen al desarrollo de una complejidad quÃmica tan elevada que permite el desarrollo de la vida.
Estructura esquemática del ARN y el ADN con su estructura de doble hélice. A la derecha se ve una representación de la transcripción de ADN en ARN en la que el ADN se desdobla y uno de sus lados es utilizado por una enzima adecuada como un model a partir del cual se genera una molécula de ARN mensajero con las instrucciones necesarias para formar nuevas protéinas.
El arbol de la vida
Sabemos, eso sÃ, que todas las formas de vida terrestres contienen un antepasado común. Desde los seres humanos a las más humildes bacterias todos los organismos terrestres compartimos una misma molécula para almacenar nuestra información genética: el ADN, una misma herramienta para transformar esta información en proteÃnas: el ARN, una misma molécula para transportar energÃa dentro de la célula, el ATP y un mismo código de instrucciones en estas moléculas que transforma una determinada secuencia de ADN o ARN en una proteina determinada en cualquier organismo. Este libro de instrucciones de la vida, que la ciencia comenzó a leer con el descubrimiento de la estructura del ADN en 1953 permite de hecho que podamos intercambiar genes con otros organismos por ejemplo al ser infectados por virus. Pero estas moléculas biológicas son extremadamente complicadas y no sabemos como pudieron ensamblarse a partir de materiales orgánicos inertes como aminoácidos, fosfatos y otros elementos en una Tierra primitiva sin organismos vivientes. En cualquier caso, gracias a la secuenciación del ADN se conoce con bastante precisión la relación entre diferentes organismos y como estamos emparentados con otros géneros de organismos. La figura siguiente muestra una representación clásica en forma de árbol de la vida
Estructura genética de las relaciones entre diferentes géneros de organismos en la Tierra. Los tres principales grupos son bacterias, arqueas y eucariotas (células con un núcleo en el que el material genético se encuentra separado del resto de la célula). La mayor variedad de organismos vivientes está entre las bacterias y no entre los organismos superiores. Los análisis genéticos muestran un amplio rango de transferencia de genes entre bacterias y eucariotas sencillas e hibridación entre especies alejadas genéticamente.
Ampliando las fronteras de la ciencia
Asà pues resulta difÃcil evaluar si la vida como fenómeno natural surge de una manera sencilla en un planeta una vez se encuentran todos los ingredientes dispuestos o si por el contrario se trata de un proceso muy complicado. Si lo supiéramos podrÃamos determinar si somos una curiosidad cósmica o una más entre las posibles formas de vida del Universo. Ambas posibilidades aparecen totalmente opuestas para algunos de sus partidarios: La vida como algo muy difÃcil de surgir en una Tierra rara o la vida como un imperativo de la naturaleza (una visión desarrollada por cientÃficos como el premio nobel de fisiologÃa Christian de Duve) o la existencia de un determinismo biológico (las ideas de Robert Shapiro). Y sin embargo, podrÃamos estar cercanos a resolver esta pregunta fundamental: bastarÃa con encontrar otras formas de vida en el Universo o con los avances modernos en la investigación biológica sobre el origen del ADN y el ARN. Asà pues nos encontramos en un momento clave de avance constante en un fascinante campo en el que astrofÃsicos, biólogos o quÃmicos tienen muchas cosas que decir.
Referencias:
– ADN: El secreto de la vida, James D. Watson, 2003
– Vital Dust, The origin and evolution of life on Earch, Christian de Duve, 1994.
