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¿Qué importancia tiene la luna para el desarrollo de la vida en la tierra y para la ecología de la tierra?

¿Qué importancia tiene la luna para el desarrollo de la vida en la tierra y para la ecología de la tierra?


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Planetas como Mercurio y Venus no tienen lunas y no parecen albergar (formas) de vida (superiores). ¿Qué importancia tiene para el surgimiento de la vida en un planeta que tiene una luna? ¿Cómo afecta el ecosistema del planeta, especialmente las estaciones y los períodos?


De hecho, esta pregunta está fuera de tema aquí, pero la razón por la que estos planetas no tienen lunas es pura casualidad. Las diferentes lunas tienen diferentes orígenes, algunas podrían ser meteoritos u otros cuerpos a la deriva que fueron capturados por la gravedad del planeta, otras podrían ser partes del propio planeta que se desprendieron antes de solidificarse o de un evento de impacto. Otros podrían ser expulsados ​​en masa del sol que fue capturado por el planeta y así sucesivamente. Si alguno de estos eventos ocurrió en la historia de un planeta depende del azar.

En cuanto a los ecosistemas, dado que el único planeta que conocemos que tiene uno es la Tierra, no tenemos idea de cómo otros ecosistemas se verían afectados por la presencia o ausencia de una luna. La ausencia de mareas sería el efecto más obvio, pero también podría tener efectos de marea si tiene una órbita errática alrededor del sol o si tiene otros cuerpos grandes lo suficientemente cerca como para afectarlo.


La Tierra no existía al comienzo del universo. De hecho, muy poco de lo que vemos en el cosmos hoy existía cuando el universo se formó hace unos 13.800 millones de años. Sin embargo, para llegar a la Tierra, es importante empezar por el principio, cuando el universo era joven.

Todo comenzó con solo dos elementos: hidrógeno y helio, y un pequeño rastro de litio. Las primeras estrellas se formaron a partir del hidrógeno que existía. Una vez que comenzó ese proceso, nacieron generaciones de estrellas en nubes de gas. A medida que envejecían, esas estrellas crearon elementos más pesados ​​en sus núcleos, elementos como oxígeno, silicio, hierro y otros. Cuando murieron las primeras generaciones de estrellas, dispersaron esos elementos al espacio, que sembró la próxima generación de estrellas. Alrededor de algunas de esas estrellas, los elementos más pesados ​​formaron planetas.


¿Qué hace que la Tierra sea tan perfecta para la vida?

El sistema estelar más cercano al nuestro apareció en los titulares el martes (16 de octubre) con el anuncio de que alberga un planeta de la masa de la Tierra, un descubrimiento tentador tan cercano, astronómicamente hablando, a nosotros.

Si bien el planeta recién descubierto puede tener el tamaño de la Tierra, los investigadores dicen que es casi seguro que es estéril.

Los astrónomos detectaron el mundo alienígena alrededor de la estrella similar al sol Alpha Centauri B, que es miembro de un sistema de tres estrellas a solo 4,3 años luz de distancia de nuestro sistema solar. Este planeta, conocido como Alpha Centauri Bb, es casi tan masivo como la Tierra, pero su superficie caliente puede estar cubierta de roca fundida; su órbita lo acerca 25 veces más a su estrella que la Tierra del sol.

"Estamos bastante seguros de que no hay posibilidad de vida en este planeta", dijo la científica planetaria del MIT Sara Seager.

Entonces, ¿qué hace que un mundo como el nuestro sea capaz de albergar vida? ¿Por qué la Tierra es tan especial?

Hay algunos ingredientes clave que los científicos a menudo están de acuerdo en que son necesarios para que exista la vida, pero queda mucho debate sobre los límites que realmente podría haber en la vida. Incluso la Tierra alberga algunas criaturas extrañas que viven en ambientes extremos. [Lugares más extraños donde se encuentra la vida en la Tierra]

Esto es lo que hace que la vida prospere en nuestro planeta de origen (y es probable que surja vida extraterrestre en otros mundos):

"Primero, necesitarías algún tipo de líquido, cualquier lugar donde las moléculas puedan reaccionar", dijo Seager a OurAmazingPlanet. En una sopa de este tipo, los ingredientes de la vida tal como la conocemos, como el ADN y las proteínas, pueden nadar e interactuar entre sí para llevar a cabo las reacciones necesarias para que suceda la vida.

El contendiente más común presentado para este solvente es el que la vida usa en la Tierra: el agua. El agua es un excelente solvente, capaz de disolver muchas sustancias. También flota cuando está congelado, a diferencia de muchos líquidos, lo que significa que el hielo puede evitar que el líquido subyacente se congele más. Si el agua se hundiera cuando se congelara, esto permitiría que otra capa de agua se congelara y se hundiera, y eventualmente toda el agua se congelaría, haciendo que las reacciones químicas detrás de la vida fueran imposibles.

Los astrónomos que buscan vida extraterrestre a menudo se enfocan en planetas en las llamadas zonas habitables de sus estrellas, órbitas que no son ni demasiado calientes ni demasiado frías para que el agua líquida persista en las superficies de esos mundos. La Tierra golpeó la marca Ricitos de Oro, formándose dentro de la zona habitable del sol. Marte y Venus se encuentran fuera de él si la órbita de la Tierra hubiera estado un poco más adentro o afuera de donde está, es probable que la vida nunca haya surgido y el planeta sería un desierto frío como Marte o un horno nublado como Venus.

Por supuesto, la vida extraterrestre puede no seguir las reglas a las que estamos acostumbrados en la Tierra.

Los astrobiólogos sugieren cada vez más mirar más allá de las zonas habitables convencionales. Por ejemplo, si bien es posible que el agua líquida no persista actualmente en la superficie de Marte o Venus, puede haber habido un momento en que lo hizo. La vida podría haber evolucionado en sus superficies en ese tiempo, y luego huir a lugares más seguros en esos planetas, como subterráneos, o adaptarse al medio ambiente cuando se volvió duro, al igual que los llamados organismos extremófilos en la Tierra, o ambos.

Además, otros disolventes pueden albergar vida. "Titán, la luna de Saturno, tiene metano y etano líquidos". Dijo Seager.

En segundo lugar, la vida necesita energía. Sin energía, prácticamente no pasaría nada.

La fuente de energía más obvia es un planeta o una estrella anfitriona de la luna, como es el caso de la Tierra, donde la luz solar impulsa la fotosíntesis en las plantas. Los nutrientes creados por la fotosíntesis, a su vez, son de los que depende directa o indirectamente la mayor parte de la vida en la Tierra como combustible. [50 hechos asombrosos sobre la Tierra]

Aún así, innumerables organismos en la Tierra también subsisten con otras fuentes de energía, como los químicos de los respiraderos de aguas profundas. Puede que no haya escasez de fuentes de energía para vivir la vida.

Los científicos han argumentado que los mundos habitables necesitan estrellas que puedan vivir al menos varios miles de millones de años, el tiempo suficiente para que la vida evolucione, como fue el caso en la Tierra.

Algunas estrellas solo viven unos pocos millones de años antes de morir. Aún así, "la vida puede originarse muy rápido, por lo que la edad no es tan importante", dijo a OurAmazingPlanet el astrobiólogo Jim Kasting de la Universidad Estatal de Pensilvania.

Por ejemplo, la Tierra tiene unos 4.600 millones de años. El organismo más antiguo conocido apareció por primera vez en la Tierra hace unos 3.500 millones de años, lo que significa que la vida podría evolucionar posiblemente en 1.100 millones de años o menos. Sin embargo, las formas de vida más complejas tardaron más en evolucionar: los primeros animales multicelulares no aparecieron en la Tierra hasta hace unos 600 millones de años. Debido a que nuestro sol es tan longevo, comparativamente, los órdenes superiores de vida, incluidos los humanos, tuvieron tiempo de evolucionar.

Otros investigadores han sugerido que la tectónica de placas es vital para que un mundo albergue vida, es decir, un planeta cuya caparazón se rompe en placas que se mueven constantemente.

"La gente habla de la tectónica de placas como algo esencial en el reciclaje de las moléculas que necesita la vida", dijo Seager. Por ejemplo, el dióxido de carbono ayuda a atrapar el calor del sol para mantener la Tierra caliente. Este gas normalmente se une a las rocas con el tiempo, lo que significa que el planeta eventualmente se congelaría. La tectónica de placas ayuda a garantizar que esta roca se arrastre hacia abajo, donde se derrite, y esta roca fundida finalmente libera este gas de dióxido de carbono a la atmósfera a través de volcanes.

"La tectónica de placas es útil pero probablemente no imperativa", dijo Kasting. Seager estuvo de acuerdo, diciendo que "el vulcanismo muy bien podría proporcionar suficientes suministros frescos de lo que la vida pueda necesitar".

Caracteristicas adicionales

Otros factores que los investigadores han descubierto para explicar por qué la vida tuvo éxito en la Tierra incluyen la poca variación que hay en la radiación de nuestro sol en comparación con las estrellas más volátiles, o cómo nuestro planeta tiene un campo magnético que nos protege de las tormentas de partículas cargadas del sol. Ráfagas violentas de radiación podrían haber barrido la vida de la Tierra en sus primeras y frágiles etapas.

Aún así, "la gente está constantemente reconsiderando cada una de estas cosas y cuán importantes son", dijo Seager. "Estamos tratando de ser menos conservadores y de mente más abierta. Queremos saber qué áreas grises pueden existir para una posible vida".

La Tierra sigue siendo el único planeta conocido que alberga vida, debido a una combinación única de factores. Sin embargo, el seguimiento continuo de los mundos extraterrestres podría algún día cambiar eso, al encontrar otros planetas que compartan estos atributos o al descubrir otras formas en que la vida ha encontrado florecer en el universo.


El descubrimiento respalda una nueva visión sorprendente de cómo se originó la vida en la Tierra

La reacción química descrita recientemente podría haber ensamblado los componentes básicos del ADN antes de que existieran las formas de vida y sus enzimas.

El descubrimiento impulsa la teoría de que la vida en nuestro planeta surgió de una mezcla de ARN-ADN.

Los químicos de Scripps Research han hecho un descubrimiento que respalda una nueva y sorprendente visión de cómo se originó la vida en nuestro planeta.

En un estudio publicado en la revista de química Angewandte Chemie, demostraron que un compuesto simple llamado diamidofosfato (DAP), que estaba plausiblemente presente en la Tierra antes de que surgiera la vida, podría haber entretejido químicamente pequeños bloques de construcción de ADN llamados desoxinucleósidos en hebras de ADN primordial.

El hallazgo es el último de una serie de descubrimientos, en los últimos años, que apunta a la posibilidad de que el ADN y su primo químico cercano, el ARN, surgieran juntos como productos de reacciones químicas similares, y que las primeras moléculas autorreplicantes: la primera vida. formas en la Tierra - eran mezclas de las dos.

El descubrimiento también puede conducir a nuevas aplicaciones prácticas en química y biología, pero su principal importancia es que aborda la antigua pregunta de cómo surgió la vida en la Tierra. En particular, allana el camino para estudios más extensos sobre cómo las mezclas de ADN-ARN autorreplicantes podrían haber evolucionado y extenderse en la Tierra primordial y finalmente sembrar la biología más madura de los organismos modernos.

& # 8220 Este hallazgo es un paso importante hacia el desarrollo de un modelo químico detallado de cómo se originaron las primeras formas de vida en la Tierra & # 8221, dice el autor principal del estudio, Ramanarayanan Krishnamurthy, PhD, profesor asociado de química en Scripps Research.

El hallazgo también empuja el campo de la química del origen de la vida lejos de la hipótesis que lo ha dominado en las últimas décadas: la hipótesis & # 8220RNA World & # 8221 postula que los primeros replicadores estaban basados ​​en ARN, y que el ADN surgió solo más tarde como un producto de formas de vida de ARN.

¿El ARN es demasiado pegajoso?

Krishnamurthy y otros han dudado de la hipótesis del mundo del ARN en parte porque las moléculas de ARN pueden haber sido simplemente demasiado "pegajosas" para servir como las primeras auto-replicadoras.

Una hebra de ARN puede atraer otros bloques de construcción de ARN individuales, que se adhieren a ella para formar una especie de cadena de imagen especular: cada bloque de construcción en la nueva cadena se une a su bloque de construcción complementario en la cadena original, & # 8220template & # 8221. Si la nueva hebra puede desprenderse de la hebra de la plantilla y, mediante el mismo proceso, comenzar a crear plantillas para otras nuevas hebras, entonces ha logrado la hazaña de la autorreplicación que subyace a la vida.

Pero aunque las hebras de ARN pueden ser buenas para crear plantillas de hebras complementarias, no son tan buenas para separarse de estas hebras. Los organismos modernos producen enzimas que pueden obligar a las hebras hermanadas de ARN (o ADN) a ir por caminos separados, lo que permite la replicación, pero no está claro cómo podría haberse hecho esto en un mundo donde las enzimas aún no existían.

Una solución quimérica

Krishnamurthy y sus colegas han demostrado en estudios recientes que las hebras moleculares & # 8220quiméricas & # 8221 que son parte de ADN y parte de ARN pueden haber podido solucionar este problema, porque pueden moldear las hebras complementarias de una manera menos pegajosa que les permite separarse con relativa facilidad.

Los químicos también han demostrado en artículos ampliamente citados en los últimos años que los bloques de construcción simples de ribonucleósidos y desoxinucleósidos, de ARN y ADN respectivamente, podrían haber surgido en condiciones químicas muy similares en la Tierra primitiva.

Además, en 2017 informaron que el compuesto orgánico DAP podría haber desempeñado el papel crucial de modificar los ribonucleósidos y unirlos en las primeras hebras de ARN. El nuevo estudio muestra que DAP en condiciones similares podría haber hecho lo mismo con el ADN.

& # 8220 Descubrimos, para nuestra sorpresa, que el uso de DAP para reaccionar con desoxinucleósidos funciona mejor cuando los desoxinucleósidos no son todos iguales, sino que son mezclas de diferentes ADN & # 8216 letras & # 8217 como A y T, o G y C, como ADN real, & # 8221, dice el primer autor Eddy Jiménez, PhD, investigador asociado postdoctoral en el laboratorio de Krishnamurthy.

& # 8220 Ahora que entendemos mejor cómo una química primordial podría haber hecho los primeros ARN y ADN, podemos comenzar a usarlo en mezclas de bloques de construcción de ribonucleósidos y desoxinucleósidos para ver qué moléculas quiméricas se forman y si pueden auto-replicarse y evolucionar. , & # 8221 Krishnamurthy dice.

Señala que el trabajo también puede tener amplias aplicaciones prácticas. La síntesis artificial de ADN y ARN, por ejemplo en la técnica & # 8220PCR & # 8221 que subyace a las pruebas COVID-19, representa un vasto negocio global, pero depende de enzimas que son relativamente frágiles y, por lo tanto, tienen muchas limitaciones. Los métodos químicos robustos y sin enzimas para producir ADN y ARN pueden terminar siendo más atractivos en muchos contextos, dice Krishnamurthy.

Referencia: & # 8220 Fosforilación prebiótica y oligomerización concomitante de desoxinucleósidos para formar ADN & # 8221 por Eddy Jiménez, Clémentine Gibard y Ramanarayanan Krishnamurthy, 15 de diciembre de 2020, Angewandte Chemie.
DOI: 10.1002 / anie.202015910


El secreto de cómo comenzó la vida en la Tierra

Hoy la vida ha conquistado cada centímetro cuadrado de la Tierra, pero cuando el planeta se formó era una roca muerta. ¿Cómo empezó la vida?

Esta historia forma parte de la lista "Lo mejor de 2016" de BBC Earth, nuestros grandes éxitos del año. Examine la lista completa.

¿Cómo empezó la vida? Difícilmente puede haber una pregunta más importante. Durante gran parte de la historia de la humanidad, casi todo el mundo creyó en alguna versión de "los dioses lo hicieron". Cualquier otra explicación era inconcebible.

Eso ya no es cierto. Durante el último siglo, algunos científicos han tratado de averiguar cómo pudo haber surgido la primera vida. Incluso han intentado recrear este momento de Génesis en sus laboratorios: crear una nueva vida desde cero.

Hasta ahora nadie lo ha logrado, pero hemos recorrido un largo camino. Hoy en día, muchos de los científicos que estudian el origen de la vida confían en que están en el camino correcto y tienen los experimentos para respaldar su confianza.

Esta es la historia de nuestra búsqueda para descubrir nuestro origen último. Es una historia de obsesión, lucha y brillante creatividad, que engloba algunos de los mayores descubrimientos de la ciencia moderna. El esfuerzo por comprender los comienzos de la vida ha enviado a hombres y mujeres a los rincones más lejanos de nuestro planeta. Algunos de los científicos involucrados han sido acosados ​​como monstruos, mientras que otros tuvieron que hacer su trabajo bajo el talón de gobiernos totalitarios brutales.

Esta es la historia del nacimiento de la vida en la Tierra.

La vida es vieja. Los dinosaurios son quizás las criaturas extintas más famosas y tuvieron sus inicios hace 250 millones de años. Pero la vida se remonta mucho más atrás.

Los fósiles más antiguos conocidos tienen alrededor de 3.500 millones de años, 14 veces la edad de los dinosaurios más antiguos. Pero el registro fósil puede remontarse aún más. Por ejemplo, en agosto de 2016, los investigadores encontraron lo que parecen ser microbios fosilizados que datan de 3.700 millones de años.

La Tierra en sí no es mucho más antigua, ya que se formó hace 4.500 millones de años.

Si asumimos que la vida se formó en la Tierra, lo que parece razonable, dado que aún no la hemos encontrado en ningún otro lugar, entonces debe haberlo hecho en los mil millones de años entre la aparición de la Tierra y la preservación de los fósiles más antiguos conocidos.

Además de precisar cuándo comenzó la vida, podemos hacer una suposición fundamentada de lo que era.

Desde el siglo XIX, los biólogos saben que todos los seres vivos están hechos de "células": pequeñas bolsas de materia viva que tienen diferentes formas y tamaños. Las células se descubrieron por primera vez en el siglo XVII, cuando se inventaron los primeros microscopios modernos, pero pasó más de un siglo para que alguien se diera cuenta de que eran la base de toda la vida.

Usando solo los materiales y las condiciones que se encuentran en la Tierra hace más de 3.500 millones de años, tenemos que hacer una célula

Puede que pienses que no te pareces mucho a un bagre o un tirano-saurio Rex, pero un microscopio revelará que todos ustedes están hechos de tipos de células bastante similares. También lo son las plantas y los hongos.

Pero, con mucho, las formas de vida más numerosas son los microorganismos, cada uno de los cuales está formado por una sola célula. Las bacterias son el grupo más famoso y se encuentran en todas partes de la Tierra.

En abril de 2016, los científicos presentaron una versión actualizada del "árbol de la vida": una especie de árbol genealógico para cada especie viviente. Casi todas las ramas son bacterias. Además, la forma del árbol sugiere que una bacteria fue el ancestro común de toda la vida. En otras palabras, todos los seres vivos y ndash, incluido usted, descienden en última instancia de una bacteria.

Esto significa que podemos definir el problema del origen de la vida con mayor precisión. Utilizando solo los materiales y las condiciones que se encuentran en la Tierra hace más de 3.500 millones de años, tenemos que hacer una célula.

Capítulo 1. Los primeros experimentos

Durante la mayor parte de la historia, no se consideró realmente necesario preguntar cómo comenzó la vida, porque la respuesta parecía obvia.

Antes del siglo XIX, la mayoría de la gente creía en el "vitalismo". Ésta es la idea intuitiva de que los seres vivos estaban dotados de una propiedad mágica especial que los hacía diferentes de los objetos inanimados.

Todas las sustancias químicas de la vida se pueden fabricar a partir de sustancias químicas más simples que no tienen nada que ver con la vida.

El vitalismo a menudo estaba ligado a creencias religiosas apreciadas. La Biblia dice que Dios usó "el aliento de vida" para animar a los primeros humanos, y el alma inmortal es una forma de vitalismo.

Solo hay un problema. El vitalismo está totalmente equivocado.

A principios del siglo XIX, los científicos habían descubierto varias sustancias que parecían ser exclusivas de la vida. Uno de esos productos químicos fue la urea, que se encuentra en la orina y se aisló en 1799.

Esto seguía siendo, justo, compatible con el vitalismo. Solo los seres vivos parecían ser capaces de producir estos productos químicos, por lo que tal vez se les infundió energía vital y eso fue lo que los hizo especiales.

Pero en 1828, el químico alemán Friedrich Wömlhler encontró una forma de producir urea a partir de un químico común llamado cianato de amonio, que no tenía una conexión obvia con los seres vivos.Otros siguieron sus pasos, y pronto quedó claro que las sustancias químicas de la vida pueden fabricarse a partir de sustancias químicas más simples que no tienen nada que ver con la vida.

Este fue el fin del vitalismo como concepto científico. Pero a la gente le resultó muy difícil dejar de lado la idea. Para muchos, decir que los productos químicos de la vida no tienen nada de "especial" parecía despojar a la vida de su magia, reducirnos a meras máquinas. También, por supuesto, contradecía la Biblia.

El misterio del origen de la vida fue ignorado durante décadas

Incluso los científicos han luchado por deshacerse del vitalismo. Todavía en 1913, el bioquímico inglés Benjamin Moore estaba impulsando fervientemente una teoría de la "energía biótica", que era esencialmente vitalismo con un nombre diferente. La idea tenía un fuerte arraigo emocional.

Hoy la idea se aferra en lugares inesperados. Por ejemplo, hay muchas historias de ciencia ficción en las que la "energía vital" de una persona puede aumentarse o agotarse. Piense en la "energía de regeneración" utilizada por los Señores del Tiempo en Médico que, que incluso se puede recargar si se agota. Esto se siente futurista, pero es una idea profundamente anticuada.

Sin embargo, después de 1828, los científicos tenían razones legítimas para buscar una explicación libre de deidades de cómo se formó la primera vida. Pero no lo hicieron. Parece un tema obvio para explorar, pero de hecho, el misterio del origen de la vida fue ignorado durante décadas. Quizás todo el mundo todavía estaba demasiado apegado emocionalmente al vitalismo para dar el siguiente paso.

En cambio, el gran avance biológico del siglo XIX fue la teoría de la evolución, desarrollada por Charles Darwin y otros.

Darwin sabía que era una pregunta profunda

La teoría de Darwin, expuesta en En el origen de las especies en 1859, explicó cómo la vasta diversidad de la vida podría haber surgido de un solo antepasado común. En lugar de que cada una de las diferentes especies fueran creadas individualmente por Dios, todas descendían de un organismo primordial que vivió hace millones de años: el último ancestro común universal.

Esta idea resultó inmensamente controvertida, nuevamente porque contradecía la Biblia. Darwin y sus ideas fueron atacados ferozmente, particularmente por parte de cristianos indignados.

La teoría de la evolución no dice nada sobre cómo nació ese primer organismo.

Darwin sabía que se trataba de una pregunta profunda, pero y tal vez temía iniciar otra pelea con la Iglesia, pero parece que solo discutió el tema en una carta escrita en 1871. Su lenguaje excitante revela que él conocía el significado profundo de la pregunta. :

La primera hipótesis sobre el origen de la vida se inventó en un país salvajemente totalitario.

"Pero si (y qué gran si) pudiéramos concebir en algún pequeño estanque cálido con todo tipo de amoníaco y sales fosfóricas, y con luz, calor, electricidad y ampc presente, que un compuesto proteico se formó químicamente, listo para someterse a procesos aún más complejos. cambios. "

En otras palabras, ¿qué pasaría si alguna vez hubiera una pequeña masa de agua, llena de compuestos orgánicos simples y bañada por la luz del sol? Algunos de esos compuestos podrían combinarse para formar una sustancia similar a la vida, como una proteína, que luego podría comenzar a evolucionar y volverse más compleja.

Fue una idea incompleta. Pero se convertiría en la base de la primera hipótesis de cómo comenzó la vida.

Esta idea surgió de un lugar inesperado. Se podría pensar que este atrevido pensamiento libre se habría desarrollado en un país democrático con una tradición de libertad de expresión: tal vez Estados Unidos. Pero, de hecho, la primera hipótesis sobre el origen de la vida se inventó en un país salvajemente totalitario, donde el libre pensamiento fue aniquilado: la URSS.

En la Rusia de Stalin, todo estaba bajo el control del estado. Eso incluía las ideas de la gente, incluso sobre temas y ndash como biología y ndash que parecen no tener relación con la política comunista.

Oparin imaginó cómo era la Tierra cuando recién se formó

Lo más famoso es que Stalin prohibió a los científicos estudiar la genética convencional. En cambio, impuso las ideas de un trabajador agrícola llamado Trofim Lysenko, que pensó que estaban más en línea con la ideología comunista. Los científicos que trabajaban en genética se vieron obligados a apoyar públicamente las ideas de Lysenko o se arriesgaron a terminar en un campo de trabajo.

Fue en este entorno represivo donde Alexander Oparin llevó a cabo su investigación sobre bioquímica. Pudo seguir trabajando porque era un comunista leal: apoyó las ideas de Lysenko e incluso recibió la Orden de Lenin, la más alta condecoración que se puede otorgar a alguien que vive en la URSS.

En 1924, Oparin publicó su libro El origen de la vida. En él, presentó una visión para el nacimiento de la vida que era sorprendentemente similar al pequeño estanque cálido de Darwin.

Oparin imaginó cómo era la Tierra cuando recién se formó. La superficie estaba tremendamente caliente, ya que las rocas del espacio se precipitaron sobre ella e impactaron. Era un lío de rocas semifundidas, que contenían una amplia gama de productos químicos y ndash, incluidos muchos basados ​​en carbono.

Si observa coacervados bajo un microscopio, se comportan de manera inquietante como células vivas.

Finalmente, la Tierra se enfrió lo suficiente como para que el vapor de agua se condensara en agua líquida y cayó la primera lluvia. En poco tiempo, la Tierra tuvo océanos calientes y ricos en sustancias químicas basadas en carbono. Ahora podrían pasar dos cosas.

Primero, los diversos productos químicos podrían reaccionar entre sí para formar muchos compuestos nuevos, algunos de los cuales serían más complejos. Oparin supuso que las moléculas fundamentales para la vida, como los azúcares y los aminoácidos, podrían haberse formado en las aguas de la Tierra.

En segundo lugar, algunos de los productos químicos comenzaron a formar estructuras microscópicas. Muchos productos químicos orgánicos no se disuelven en agua: por ejemplo, el aceite forma una capa sobre el agua. Pero cuando algunos de estos productos químicos entran en contacto con el agua, forman glóbulos esféricos llamados "coacervados", que pueden medir hasta 0,01 cm (0,004 pulgadas) de ancho.

Si observa coacervados bajo un microscopio, se comportan de manera inquietante como células vivas. Crecen y cambian de forma y, a veces, se dividen en dos. También pueden absorber sustancias químicas del agua circundante, por lo que las sustancias químicas similares a la vida pueden concentrarse en su interior. Oparin propuso que los coacervados eran los antepasados ​​de las células modernas.

La idea de que los organismos vivos formados por medios puramente químicos, sin un dios o incluso una "fuerza vital", era radical.

Cinco años después, en 1929, el biólogo inglés J. B. S. Haldane propuso de forma independiente algunas ideas muy similares en un breve artículo publicado en Anual Racionalista.

Haldane ya había hecho enormes contribuciones a la teoría de la evolución, ayudando a integrar las ideas de Darwin con la ciencia emergente de la genética.

También fue un personaje más grande que la vida. En una ocasión sufrió un tímpano perforado gracias a algunos experimentos con cámaras de descompresión, pero luego escribió que: "el tambor generalmente se cura y si queda un agujero en él, aunque uno esté algo sordo, se puede soplar el humo del tabaco por el oído en cuestión, que es un logro social ".

Al igual que Oparin, Haldane describió cómo las sustancias químicas orgánicas podrían acumularse en el agua, "[hasta que] los océanos primitivos alcanzaron la consistencia de una sopa caliente diluida". Esto preparó el escenario para que se formaran "los primeros seres vivos o semivivos", y para que cada uno quedara encerrado en "una película aceitosa".

Es revelador que de todos los biólogos del mundo, fueron Oparin y Haldane quienes propusieron esto. La idea de que los organismos vivos formados por medios puramente químicos, sin un dios o incluso una "fuerza vital", era radical. Al igual que la teoría de la evolución de Darwin antes, se enfrentó al cristianismo.

Hubo un problema. No hubo evidencia experimental que lo respalde.

Eso se adaptaba perfectamente a la URSS. El régimen soviético era oficialmente ateo y sus líderes estaban ansiosos por apoyar explicaciones materialistas para fenómenos profundos como la vida. Haldane también era ateo y, además, un devoto comunista.

"En ese momento, aceptar o no aceptar esta idea dependía esencialmente de las personalidades: si eran religiosas o si apoyaban ideas de izquierda o comunistas", dice el experto en origen de vida Armen Mulkidjanian de la Universidad de Osnabr & uumlck en Alemania. "En la Unión Soviética fueron aceptados felizmente porque no necesitaban a Dios. En el mundo occidental, si se busca gente que pensara en esta dirección, todos eran zurdos, comunistas, etc."

La idea de que la vida se formó en una sopa primordial de productos químicos orgánicos se conoció como la hipótesis de Oparin-Haldane. Era ordenado y convincente, pero había un problema. No hubo evidencia experimental que lo respalde. Esto no llegaría hasta dentro de casi un cuarto de siglo.

Cuando Harold Urey se interesó por el origen de la vida, ya había ganado el Premio Nobel de Química de 1934 y ayudó a construir la bomba atómica. Durante la Segunda Guerra Mundial, Urey trabajó en el Proyecto Manhattan, recolectando el inestable uranio 235 necesario para el núcleo de la bomba. Después de la guerra, luchó para mantener la tecnología nuclear bajo control civil.

En 1952, Miller inició el experimento más famoso jamás realizado sobre el origen de la vida.

También se interesó en la química del espacio exterior, particularmente en lo que sucedía cuando el Sistema Solar se estaba formando por primera vez. Un día dio una conferencia y señaló que probablemente no había oxígeno en la atmósfera de la Tierra cuando se formó por primera vez. Esto habría ofrecido las condiciones ideales para que se formara la sopa primordial de Oparin y Haldane: los frágiles productos químicos se habrían destruido al entrar en contacto con el oxígeno.

Un estudiante de doctorado llamado Stanley Miller estaba en la audiencia, y luego se acercó a Urey con una propuesta: ¿podrían probar esta idea? Urey se mostró escéptico, pero Miller lo convenció.

Entonces, en 1952, Miller comenzó el experimento más famoso jamás realizado sobre el origen de la vida.

La configuración fue sencilla. Miller conectó una serie de matraces de vidrio e hizo circular cuatro sustancias químicas que sospechaba que estaban presentes en la Tierra primitiva: agua hirviendo, gas hidrógeno, amoníaco y metano. Sometió los gases a repetidas descargas eléctricas, para simular los rayos que hubieran sido algo común en la Tierra hace tanto tiempo.

Puedes pasar de una atmósfera simple y producir muchas moléculas biológicas.

Miller descubrió que "el agua del matraz se volvió notablemente rosada después del primer día, y al final de la semana la solución era de un rojo intenso y turbia". Claramente, se había formado una mezcla de productos químicos.

Cuando Miller analizó la mezcla, descubrió que contenía dos aminoácidos: glicina y alanina. Los aminoácidos se describen a menudo como los componentes básicos de la vida. Se utilizan para formar las proteínas que controlan la mayoría de los procesos bioquímicos en nuestro cuerpo. Miller había creado dos de los componentes más importantes de la vida, desde cero.

Los resultados fueron publicados en la prestigiosa revista Ciencias en 1953. A Urey, en un acto desinteresado inusual entre los científicos de alto nivel, se le quitó el nombre del periódico, dando a Miller el mérito exclusivo. A pesar de esto, el estudio a menudo se conoce como el "experimento Miller-Urey".

"La fuerza de Miller-Urey es demostrar que se puede pasar de una atmósfera simple y producir muchas moléculas biológicas", dice John Sutherland del Laboratorio de Biología Molecular en Cambridge, Reino Unido.

La vida era más complicada de lo que nadie había pensado.

Los detalles resultaron ser incorrectos, ya que estudios posteriores mostraron que la atmósfera de la Tierra primitiva tenía una mezcla diferente de gases. Pero eso no viene al caso.

"Fue enormemente icónico, estimuló la imaginación del público y sigue siendo citado ampliamente", dice Sutherland.

A raíz del experimento de Miller, otros científicos comenzaron a encontrar formas de fabricar moléculas biológicas simples desde cero. Una solución al misterio del origen de la vida parecía cercana.

Pero luego quedó claro que la vida era más complicada de lo que nadie había pensado. Resultó que las células vivas no eran solo bolsas de productos químicos: eran pequeñas máquinas intrincadas. De repente, hacer uno desde cero comenzó a parecer un desafío mucho mayor de lo que los científicos habían anticipado.

Capítulo 2. La gran polarización

A principios de la década de 1950, los científicos se habían alejado del supuesto de que la vida era un regalo de los dioses. En cambio, habían comenzado a explorar la posibilidad de que la vida se formara de forma espontánea y natural en la Tierra primitiva y, gracias al experimento icónico de Stanley Miller, incluso tenían algún apoyo práctico para la idea.

Mientras Miller intentaba crear la materia de la vida desde cero, otros científicos estaban averiguando de qué estaban hechos los genes.

En ese momento, se conocían muchas moléculas biológicas. Estos incluían azúcares, grasas, proteínas y ácidos nucleicos como "ácido desoxirribonucleico", o ADN para abreviar.

El suyo fue uno de los mayores descubrimientos científicos del siglo XX.

Hoy damos por sentado que el ADN lleva nuestros genes, pero esto realmente sorprendió a los biólogos de la década de 1950. Las proteínas son más complejas, por lo que los científicos pensaron que eran los genes.

Esa idea fue refutada en 1952 por Alfred Hershey y Martha Chase de la Carnegie Institution de Washington. Estudiaron virus simples que solo contienen ADN y proteínas, y que tienen que infectar bacterias para poder reproducirse. Descubrieron que era el ADN viral el que entraba en las bacterias: las proteínas se quedaban fuera. Claramente, el ADN era el material genético.

Los hallazgos de Hershey y Chase desencadenaron una carrera frenética para descubrir la estructura del ADN y, por lo tanto, cómo funcionaba. Al año siguiente, Francis Crick y James Watson, de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, resolvieron el problema con la ayuda poco reconocida de su colega Rosalind Franklin.

El suyo fue uno de los mayores descubrimientos científicos del siglo XX. También reformuló la búsqueda del origen de la vida, al revelar la increíble complejidad que se esconde dentro de las células vivas.

Crick y Watson se dieron cuenta de que el ADN es una doble hélice, como una escalera que se ha torcido en espiral. Cada uno de los dos "polos" de la escalera está construido a partir de moléculas llamadas nucleótidos.

En última instancia, sus genes provienen de una bacteria ancestral

Esta estructura explica cómo las células copian su ADN. En otras palabras, reveló cómo los padres hacen copias de sus genes y se los transmiten a sus hijos.

El punto clave es que la doble hélice se puede "descomprimir". Esto expone el código genético y ndash formado por secuencias de las bases genéticas A, T, C y G y ndash que normalmente está encerrado dentro de la escalera de ADN y rsquos "peldaños". Luego, cada hebra se utiliza como plantilla para recrear una copia de la otra.

Usando este mecanismo, los genes se han transmitido de padres a hijos desde el comienzo de la vida. En última instancia, sus genes provienen de una bacteria ancestral y ndash y en cada paso se copiaron utilizando el mecanismo que Crick y Watson descubrieron.

Explore la estructura del ADN en este video:

Crick y Watson exponen sus hallazgos en un artículo de 1953 en Naturaleza. Durante los siguientes años, los bioquímicos se apresuraron a descubrir exactamente qué información contiene el ADN y cómo se usa esa información en las células vivas. Los secretos más íntimos de la vida estaban siendo expuestos por primera vez.

De repente, las ideas de Oparin y Haldane parecían ingenuamente simples

Resultó que el ADN solo tiene un trabajo. Su ADN le dice a sus células cómo producir proteínas: moléculas que realizan una serie de tareas esenciales. Sin proteínas no podrías digerir tu comida, tu corazón se detendría y no podrías respirar.

Pero el proceso de usar ADN para producir proteínas resultó ser asombrosamente complejo. Ese fue un gran problema para cualquiera que intentara explicar el origen de la vida, porque es difícil imaginar cómo algo tan complejo pudo haber comenzado.

Cada proteína es esencialmente una larga cadena de aminoácidos, unidos en un orden específico. La secuencia de aminoácidos determina la forma tridimensional de la proteína y, por tanto, lo que hace.

Esa información está codificada en la secuencia de bases del ADN. Entonces, cuando una célula necesita producir una proteína en particular, lee el gen relevante en el ADN para obtener la secuencia de aminoácidos.

Resultó que el ADN solo tiene un trabajo

Pero hay un giro. El ADN es precioso, por lo que las células prefieren guardarlo de forma segura. Por esta razón, copian la información del ADN en moléculas cortas de otra sustancia llamada ARN (ácido ribonucleico). Si el ADN es un libro de la biblioteca, el ARN es un trozo de papel con un pasaje clave garabateado en él. El ARN es similar al ADN, excepto que solo tiene una hebra.

Finalmente, el proceso de convertir la información en esa cadena de ARN en una proteína tiene lugar en una molécula enormemente elaborada llamada "ribosoma".

Este proceso ocurre en todas las células vivas, incluso en las bacterias más simples. Es tan esencial para la vida como comer y respirar. Cualquier explicación del origen de la vida debe mostrar cómo esta trinidad compleja y ndash ADN, ARN y proteína ribosómica y ndash surgieron y comenzaron a funcionar.

De repente, las ideas de Oparin y Haldane parecían ingenuamente simples, mientras que el experimento de Miller, que solo produjo algunos de los aminoácidos utilizados para construir proteínas, parecía amateur. Lejos de llevarnos la mayor parte del camino hacia la creación de vida, su estudio fundamental fue claramente solo el primer paso en un largo camino.

La idea de que la vida comenzara con ARN resultaría enormemente influyente

"El ADN hace que el ARN produzca proteínas, todo en esta bolsa de sustancias químicas encapsulada en lípidos", dice John Sutherland. "Miras eso y es simplemente 'wow, eso es demasiado complicado'. ¿Cómo vamos a encontrar la química orgánica que haga todo eso de una vez?"

La primera persona que realmente se enfrentó a esto de frente fue una química británica llamada Leslie Orgel. Fue uno de los primeros en ver el modelo de ADN de Crick y Watson, y luego ayudaría a la NASA con su programa Viking, que envió módulos de aterrizaje robóticos a Marte.

Orgel se propuso simplificar el problema. Escribiendo en 1968, y con el apoyo de Crick, sugirió que la primera vida no tenía proteínas ni ADN. En cambio, estaba hecho casi en su totalidad de ARN. Para que esto funcione, estas moléculas de ARN primordiales deben haber sido particularmente versátiles. Por un lado, deben haber sido capaces de construir copias de sí mismos, presumiblemente usando el mismo mecanismo de emparejamiento de bases que el ADN.

La idea de que la vida comenzara con ARN resultaría enormemente influyente. Pero también desencadenó una guerra territorial científica que ha durado hasta el día de hoy.

Al sugerir que la vida comenzó con ARN y poco más, Orgel estaba proponiendo que un aspecto crucial de la vida y su capacidad para reproducirse apareció antes que todos los demás. En cierto sentido, no solo estaba sugiriendo cómo se ensambló la vida por primera vez: estaba diciendo algo sobre lo que es la vida.

Los científicos que estudian el origen de la vida se dividen en campos

Muchos biólogos estarían de acuerdo con la idea de "la replicación primero" de Orgel. En la teoría de la evolución de Darwin, la capacidad de crear descendencia es absolutamente central: la única forma en que un organismo puede "ganar" es dejar atrás muchos hijos.

Pero hay otras características de la vida que parecen igualmente esenciales.El más obvio es el metabolismo: la capacidad de extraer energía de tu entorno y usarla para mantenerte con vida. Para muchos biólogos, el metabolismo debe haber sido la característica definitoria original de la vida, y la replicación surgió más tarde.

Entonces, a partir de la década de 1960, los científicos que estudian el origen de la vida se dividieron en campos.

"La polarización básica fue el metabolismo primero versus la genética primero", dice Sutherland.

Las reuniones científicas sobre el origen de la vida a menudo han sido asuntos conflictivos

Mientras tanto, un tercer grupo sostuvo que lo primero que apareció fue un contenedor para las moléculas clave, para evitar que floten. "La compartimentación debe haber sido lo primero, porque no tiene sentido hacer metabolismo a menos que esté compartimentado", dice Sutherland. En otras palabras, tenía que haber una célula y ndash, como habían enfatizado Oparin y Haldane unas décadas antes, y tal vez encerrada por una membrana de grasas y lípidos simples.

Las tres ideas adquirieron adeptos y han sobrevivido hasta nuestros días. Los científicos se han comprometido apasionadamente con sus ideas favoritas, a veces ciegamente.

Como resultado, las reuniones científicas sobre el origen de la vida a menudo han sido asuntos conflictivos, y un científico de un campo les dice regularmente a los periodistas que cubren el tema que las ideas que surgen de los otros campos son estúpidas o peores.

Gracias a Orgel, la idea de que la vida comenzaba con el ARN y la genética tuvo un comienzo temprano. Luego vino la década de 1980 y un descubrimiento sorprendente que pareció confirmarlo.

Capítulo 3. Busque el primer replicador

Después de la década de 1960, los científicos que buscaban comprender los orígenes de la vida se dividieron en tres grupos. Algunos estaban convencidos de que la vida comenzaba con la formación de versiones primitivas de células biológicas. Otros pensaron que el primer paso clave era un sistema metabólico, y otros se centraron en la importancia de la genética y la replicación. Este último grupo comenzó a tratar de averiguar cómo podría haber sido el primer replicador y ndash con un enfoque en la idea de que estaba hecho de ARN.

Ya en la década de 1960, los científicos tenían motivos para pensar que el ARN era la fuente de toda la vida.

Específicamente, el ARN puede hacer algo que el ADN no puede. Es una molécula de una sola hebra, por lo que a diferencia del ADN rígido de doble hebra, puede plegarse en una variedad de formas diferentes.

No podrías vivir sin enzimas

El plegamiento similar al origami del ARN se parecía bastante a la forma en que se comportan las proteínas. Las proteínas también son básicamente cadenas largas y ndash hechas de aminoácidos en lugar de nucleótidos y ndash y esto les permite construir estructuras elaboradas.

Esta es la clave de la capacidad más asombrosa de las proteínas. Algunos de ellos pueden acelerar o "catalizar" reacciones químicas. Estas proteínas se conocen como enzimas.

Muchas enzimas se encuentran en sus intestinos, donde descomponen las moléculas complejas de sus alimentos en otras simples, como azúcares, que sus células pueden usar. No podrías vivir sin enzimas.

Leslie Orgel y Francis Crick sospecharon. Si el ARN pudiera plegarse como una proteína, tal vez podría formar enzimas. Si eso fuera cierto, el ARN podría haber sido la molécula viva original y ndash y altamente versátil y ndash, almacenando información como lo hace el ADN ahora y catalizando reacciones como lo hacen algunas proteínas.

Era una buena idea, pero no habría pruebas durante más de una década.

Thomas Cech nació y se crió en Iowa. De niño le fascinaban las rocas y los minerales. Cuando estaba en la escuela secundaria, estaba visitando la universidad local y llamando a las puertas de los geólogos, pidiendo ver modelos de estructuras minerales.

Pero finalmente terminó convirtiéndose en bioquímico, centrándose en el ARN.

Ahora la noción de que la vida comenzaba con ARN parecía prometedora

A principios de la década de 1980, Cech y sus colegas de la Universidad de Colorado Boulder estaban estudiando un organismo unicelular llamado Tetrahymena thermophila. Parte de su maquinaria celular incluye hebras de ARN. Cech descubrió que una sección particular del ARN a veces se desprendía del resto, como si algo lo hubiera cortado con unas tijeras.

Cuando el equipo eliminó todas las enzimas y otras moléculas que podrían estar actuando como tijeras moleculares, el ARN siguió haciéndolo. Habían descubierto la primera enzima de ARN: un fragmento corto de ARN que podía separarse de la hebra más grande de la que formaba parte.

Cech publicó los resultados en 1982. Al año siguiente, otro grupo encontró una segunda enzima de ARN y ndash o "ribozima", como se la denominó.

Encontrar dos enzimas de ARN en rápida sucesión sugirió que había muchas más por ahí. Ahora la idea de que la vida comenzaba con ARN parecía prometedora.

Descubra más sobre el ARN en este video:

Walter Gilbert, de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, le dio un nombre a la idea. Físico fascinado por la biología molecular, Gilbert también sería uno de los primeros defensores de la secuenciación del genoma humano.

The RNA World es una forma elegante de hacer una vida compleja desde cero

Escribiendo en Naturaleza en 1986, Gilbert propuso que la vida comenzara en el "Mundo ARN".

La primera etapa de la evolución, argumentó Gilbert, consistió en "moléculas de ARN que realizan las actividades catalíticas necesarias para ensamblarse a partir de una sopa de nucleótidos". Al cortar y pegar diferentes partes de ARN juntas, las moléculas de ARN podrían crear secuencias cada vez más útiles. Finalmente, encontraron una forma de producir proteínas y enzimas proteicas, que resultaron tan útiles que suplantaron en gran medida las versiones de ARN y dieron lugar a la vida tal como la conocemos hoy.

El RNA World es una forma elegante de crear una vida compleja desde cero. En lugar de tener que depender de la formación simultánea de docenas de moléculas biológicas a partir de la sopa primordial, una molécula de Jack-of-all-trades podría hacer el trabajo de todas ellas.

En 2000, la hipótesis del mundo de ARN recibió una gran evidencia de apoyo.

Thomas Steitz había pasado 30 años estudiando las estructuras de las moléculas en las células vivas. En la década de 1990, asumió su mayor desafío: averiguar la estructura del ribosoma.

El hecho de que esta máquina esencial se basara en ARN hizo que el mundo del ARN fuera aún más plausible

Cada célula viva tiene un ribosoma. Esta enorme molécula lee las instrucciones del ARN y enlaza aminoácidos para producir proteínas. Los ribosomas de sus células formaron la mayor parte de su cuerpo.

Se sabía que el ribosoma contenía ARN. Pero en 2000, el equipo de Steitz produjo una imagen detallada de la estructura del ribosoma, que mostró que el ARN era el núcleo catalítico del ribosoma.

Esto fue fundamental, porque el ribosoma es tan fundamental para la vida y tan antiguo. El hecho de que esta máquina esencial se basara en ARN hizo que el mundo del ARN fuera aún más plausible.

Los partidarios de RNA World estaban encantados con el descubrimiento, y en 2009 Steitz recibiría una parte del Premio Nobel. Pero desde entonces, las dudas han vuelto a aparecer.

Desde el principio, hubo dos problemas con la idea de RNA World. ¿Podría el ARN realizar todas las funciones de la vida por sí solo? ¿Y podría haberse formado en la Tierra primitiva?

Se propusieron hacer un ARN autorreplicante para ellos mismos.

Han pasado 30 años desde que Gilbert estableció el puesto para el mundo del ARN, y todavía no tenemos pruebas contundentes de que el ARN pueda hacer todas las cosas que la teoría exige. Es una pequeña molécula útil, pero puede que no sea lo suficientemente útil.

Destacó una tarea. Si la vida comenzó con una molécula de ARN, ese ARN debe haber sido capaz de hacer copias de sí mismo: debería haber sido autorreplicante.

Pero ningún ARN conocido puede auto-replicarse. Tampoco el ADN. Se necesita un batallón de enzimas y otras moléculas para construir una copia réplica de un fragmento de ARN o ADN.

Así que a finales de la década de 1980, algunos biólogos iniciaron una búsqueda bastante quijotesca. Se propusieron fabricar un ARN autorreplicante para ellos mismos.

Jack Szostak, de la Facultad de Medicina de Harvard, fue uno de los primeros en involucrarse. Cuando era niño estaba tan fascinado con la química que tenía un laboratorio en su sótano. Con un espléndido desprecio por su propia seguridad, una vez provocó una explosión que incrustó un tubo de vidrio en el techo.

Habían demostrado que las enzimas de ARN podían ser realmente poderosas.

A principios de la década de 1980, Szostak ayudó a mostrar cómo nuestros genes se protegen contra el proceso de envejecimiento. Esta investigación temprana eventualmente le reportaría una parte del Premio Nobel.

Pero pronto se sintió fascinado por las enzimas de ARN de Cech. "Pensé que el trabajo era realmente genial", dice. "En principio, podría existir la posibilidad de que el ARN catalice su propia replicación".

En 1988, Cech encontró una enzima de ARN que podía construir una molécula de ARN corta de unos 10 nucleótidos de largo. Szostak se propuso mejorar el descubrimiento desarrollando nuevas enzimas de ARN en el laboratorio. Su equipo creó un conjunto de secuencias aleatorias y las probó para ver cuáles mostraban actividad catalítica. Luego tomaron esas secuencias, las ajustaron y probaron nuevamente.

Después de 10 rondas de esto, Szostak había producido una enzima de ARN que hizo que una reacción fuera siete millones de veces más rápida de lo que sería naturalmente. Habían demostrado que las enzimas de ARN podían ser realmente poderosas. Pero su enzima no podía copiarse a sí misma, ni siquiera cerca. Szostak se había estrellado contra una pared.

El siguiente gran avance llegó en 2001 del ex alumno de Szostak, David Bartel, del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge. Bartel fabricó una enzima de ARN llamada R18 que podría agregar nuevos nucleótidos a una cadena de ARN, basándose en una plantilla existente. En otras palabras, no se trataba simplemente de añadir nucleótidos aleatorios: estaba copiando correctamente una secuencia.

Esto todavía no era un autorreplicador, pero se acercaba a él. R18 consistía en una cadena de 189 nucleótidos y podía agregar de manera confiable 11 nucleótidos a una cadena: el 6% de su propia longitud. La esperanza era que algunos ajustes le permitieran hacer una hebra de 189 nucleótidos larga y tan larga como ella misma.

El ARN no parece estar a la altura del trabajo de poner en marcha la vida

El mejor intento vino en 2011 de Philipp Holliger del Laboratorio de Biología Molecular en Cambridge, Reino Unido. Su equipo creó un R18 modificado llamado tC19Z, que copia secuencias de hasta 95 nucleótidos de longitud. Eso es el 48% de su propia longitud: más de R18, pero no el 100% necesario.

Gerald Joyce y Tracey Lincoln, del Instituto de Investigación Scripps en La Jolla, California, han propuesto un enfoque alternativo. En 2009 crearon una enzima de ARN que se replica indirectamente.

Su enzima une dos pedazos cortos de ARN para crear una segunda enzima. Esto luego une otras dos piezas de ARN para recrear la enzima original.

Este ciclo simple podría continuar indefinidamente, dadas las materias primas. Pero las enzimas solo funcionaron si se les daban las hebras de ARN correctas, que Joyce y Lincoln tenían que fabricar.

Para los muchos científicos que se muestran escépticos sobre el mundo del ARN, la falta de un ARN autorreplicante es un problema fatal con la idea. El ARN no parece estar a la altura del trabajo de poner en marcha la vida.

Quizás hubo algún otro tipo de molécula en la Tierra primitiva.

El caso también se ha visto debilitado por la incapacidad de los químicos para producir ARN desde cero. Parece una molécula simple en comparación con el ADN, pero el ARN ha demostrado ser enormemente difícil de producir.

El problema es el azúcar y la base que componen cada nucleótido. Es posible hacer cada uno de ellos individualmente, pero los dos se niegan obstinadamente a unirse.

Este problema ya estaba claro a principios de la década de 1990. Dejó a muchos biólogos con la persistente sospecha de que la hipótesis del mundo del ARN, aunque clara, no podía ser del todo correcta.

En cambio, tal vez había algún otro tipo de molécula en la Tierra primitiva: algo más simple que el ARN, que realmente podría ensamblarse a partir de la sopa primordial y comenzar a autorreplicarse. Esto podría haber sucedido primero y luego condujo al ARN, al ADN y al resto.

En 1991, Peter Nielsen de la Universidad de Copenhague en Dinamarca presentó un candidato para el replicador primordial.

Básicamente, era una versión de ADN muy modificada. Nielsen mantuvo las bases iguales y se adhirió a la A, T, C y G que se encuentran en el ADN, pero hizo la columna vertebral de moléculas llamadas poliamidas en lugar de los azúcares que se encuentran en el ADN. Llamó a la nueva molécula ácido nucleico de poliamida, o PNA. De manera confusa, desde entonces se conoce como ácido nucleico peptídico.

El PNA, a diferencia del ARN, podría haberse formado fácilmente en la Tierra primitiva.

PNA nunca se ha encontrado en la naturaleza. Pero se comporta de forma muy parecida al ADN. Una hebra de PNA puede incluso ocupar el lugar de una de las hebras en una molécula de ADN, con las bases complementarias apareándose normalmente. Además, el PNA se puede enrollar en una doble hélice, al igual que el ADN.

Stanley Miller estaba intrigado. Profundamente escéptico sobre el mundo del ARN, sospechaba que el PNA era un candidato más plausible para el primer material genético.

En 2000 presentó pruebas contundentes. Para entonces tenía 70 años y acababa de sufrir el primero de una serie de derrames cerebrales debilitantes que finalmente lo dejarían confinado en un hogar de ancianos, pero aún no había terminado. Repitió su experimento clásico, que discutimos en el Capítulo Uno, esta vez usando metano, nitrógeno, amoníaco y agua y obtuvo la estructura de poliamida del PNA.

Esto sugirió que el PNA, a diferencia del ARN, podría haberse formado fácilmente en la Tierra primitiva.

Otros químicos han creado sus propios ácidos nucleicos alternativos.

Cada uno de estos ácidos nucleicos alternativos tiene sus partidarios: generalmente, la persona que lo fabricó

En 2000, Albert Eschenmoser fabricó tres ácidos nucleicos (TNA). Esto es básicamente ADN, pero con un azúcar diferente en su columna vertebral. Las hebras de TNA pueden emparejarse para formar una doble hélice, y la información se puede copiar de un lado a otro entre el ARN y el TNA.

Además, el TNA puede plegarse en formas complejas e incluso unirse a una proteína. Esto sugiere que el TNA podría actuar como una enzima, al igual que el ARN.

Cada uno de estos ácidos nucleicos alternativos tiene sus partidarios: generalmente, la persona que lo fabricó. Pero no hay rastro de ellos en la naturaleza, por lo que si la primera vida los usó, en algún momento debe haberlos abandonado por completo a favor del ARN y el ADN. Esto puede ser cierto, pero no hay evidencia.

Todo esto significó que, a mediados de la década de 2000, los partidarios del RNA World se encontraban en un dilema.

El mundo de ARN, por pulcro que fuera, no podía ser toda la verdad

Por un lado, existían enzimas de ARN que incluían una de las piezas más importantes de la maquinaria biológica, el ribosoma. Eso era bueno.

Pero no se había encontrado ningún ARN autorreplicante y nadie podía averiguar cómo se formó el ARN en la sopa primordial. Los ácidos nucleicos alternativos podrían resolver el último problema, pero no había evidencia de que alguna vez existieran en la naturaleza. Eso fue menos bueno.

La conclusión obvia fue que el mundo de ARN, por pulcro que fuera, no podía ser toda la verdad.

Mientras tanto, una teoría rival había ido ganando fuerza desde la década de 1980. Sus partidarios argumentan que la vida no comenzó con ARN, ni con ADN, ni con ninguna otra sustancia genética. En cambio, comenzó como un mecanismo para aprovechar la energía.

Capítulo 4. Energía de los protones

Vimos en el Capítulo Dos cómo los científicos se dividieron en tres escuelas de pensamiento sobre cómo comenzó la vida. Un grupo estaba convencido de que la vida comenzaba con una molécula de ARN, pero lucharon por descubrir cómo el ARN o moléculas similares podrían haberse formado espontáneamente en la Tierra primitiva y luego hacer copias de sí mismos. Sus esfuerzos fueron emocionantes al principio, pero finalmente frustrantes. Sin embargo, incluso mientras esta investigación avanzaba, había otros investigadores del origen de la vida que estaban seguros de que la vida comenzaba de una manera completamente diferente.

La teoría del mundo del ARN se basa en una idea simple: lo más importante que puede hacer un organismo vivo es reproducirse. Muchos biólogos estarían de acuerdo con esto. Desde las bacterias hasta las ballenas azules, todos los seres vivos se esfuerzan por tener descendencia.

W & aumlchtersh & aumluser propusieron que los primeros organismos eran "drásticamente diferentes de todo lo que conocemos"

Sin embargo, muchos investigadores del origen de la vida no creen que la reproducción sea verdaderamente fundamental. Antes de que un organismo pueda reproducirse, dicen, tiene que ser autosuficiente. Debe mantenerse vivo. Después de todo, no puedes tener hijos si mueres primero.

Nos mantenemos vivos comiendo alimentos, mientras que las plantas verdes lo hacen extrayendo energía de la luz solar. Puede que no pienses que una persona que está devorando un jugoso bistec se parece mucho a un frondoso roble, pero cuando lo haces, ambos están absorbiendo energía.

Este proceso se llama metabolismo. Primero, debe obtener energía, digamos, de productos químicos ricos en energía como los azúcares. Entonces debes usar esa energía para construir cosas útiles como células.

Este proceso de aprovechar la energía es tan absolutamente esencial que muchos investigadores creen que debe haber sido lo primero que hizo la vida.

¿Cómo podrían haber sido estos organismos de solo metabolismo? Una de las sugerencias más influyentes fue presentada a finales de la década de 1980 por G & uumlnter W & aumlchtersh & aumluser. No era un científico a tiempo completo, sino un abogado de patentes con experiencia en química.

W & aumlchtersh & aumluser propuso que los primeros organismos eran "drásticamente diferentes de todo lo que conocemos". No estaban hechos de células. No tenían enzimas, ADN ni ARN.

Todas las demás cosas que componen los organismos modernos y ndash como el ADN, las células y el cerebro, vinieron después

En cambio, W & aumlchtersh & aumluser imaginaron un flujo de agua caliente saliendo de un volcán. El agua era rica en gases volcánicos como el amoníaco y contenía rastros de minerales del corazón del volcán.

Donde el agua fluía sobre las rocas, comenzaron a tener lugar reacciones químicas. En particular, los metales del agua ayudaron a que los compuestos orgánicos simples se fusionaran en otros más grandes.

El punto de inflexión fue la creación del primer ciclo metabólico. Este es un proceso en el que una sustancia química se convierte en una serie de otras sustancias químicas, hasta que finalmente se recrea la sustancia química original. En el proceso, todo el sistema absorbe energía, que se puede utilizar para reiniciar el ciclo y empezar a hacer otras cosas.

Los ciclos metabólicos pueden no parecer reales, pero son fundamentales para la vida

Todas las demás cosas que componen los organismos modernos, como el ADN, las células y el cerebro, vinieron más tarde, construidas sobre la base de estos ciclos químicos.

Estos ciclos metabólicos no se parecen mucho a la vida. W & aumlchtersh & aumluser llamó a sus invenciones "organismos precursores" y escribió que "apenas se los puede llamar vivos".

Pero los ciclos metabólicos como los descritos por W & aumlchtersh & aumluser están en el centro de todo ser vivo. Sus células son esencialmente plantas de procesamiento de sustancias químicas microscópicas, que constantemente convierten una sustancia química en otra. Los ciclos metabólicos pueden no parecer reales, pero son fundamentales para la vida.

Durante las décadas de 1980 y 1990, W & aumlchtersh & aumluser desarrollaron su teoría con considerable detalle. Describió qué minerales producían las mejores superficies y qué ciclos químicos podrían tener lugar. Sus ideas empezaron a atraer seguidores.

Pero todo era todavía teórico. W & aumlchtersh & aumluser necesitaba un descubrimiento del mundo real que respaldara sus ideas. Afortunadamente, ya se había hecho una década antes.

En 1977, un equipo dirigido por Jack Corliss de la Universidad Estatal de Oregon llevó un sumergible de 1,5 millas (2,5 km) hacia el Océano Pacífico oriental. Estaban inspeccionando el hotspot de Galápagos, donde altas crestas de roca se elevan desde el fondo del mar. Sabían que las crestas eran volcánicamente activas.

Cada respiradero era una especie de dispensador de sopa primordial.

Corliss descubrió que las crestas estaban marcadas con, esencialmente, aguas termales. Agua caliente rica en productos químicos brotaba de debajo del lecho marino y se bombeaba a través de agujeros en las rocas.

Sorprendentemente, estos "respiraderos hidrotermales" estaban densamente poblados por animales extraños. Había enormes almejas, lapas, mejillones y gusanos de tubo. El agua también estaba llena de bacterias. Todos estos organismos vivían de la energía de los respiraderos hidrotermales.

El descubrimiento de los respiraderos hidrotermales le dio a Corliss un nombre. También le hizo pensar. En 1981 propuso que existían respiraderos similares en la Tierra hace cuatro mil millones de años, y que eran el lugar del origen de la vida. Pasaría gran parte del resto de su carrera trabajando en esta idea.

Corliss propuso que los respiraderos hidrotermales podrían crear cócteles de productos químicos. Cada respiradero, dijo, era una especie de dispensador de sopa primordial.

Los compuestos clave como los azúcares "sobrevivirían y durarían unos segundos como máximo"

A medida que el agua caliente fluía a través de las rocas, el calor y la presión hicieron que los compuestos orgánicos simples se fusionaran en otros más complejos como aminoácidos, nucleótidos y azúcares. Más cerca del límite con el océano, donde el agua no estaba tan caliente, comenzaron a unirse en cadenas y formar carbohidratos, proteínas y nucleótidos como el ADN. Luego, cuando el agua se acercó al océano y se enfrió aún más, estas moléculas se ensamblaron en células simples.

Estaba limpio y llamó la atención de la gente. Pero Stanley Miller, cuyo experimento seminal sobre el origen de la vida discutimos en el capítulo uno, no estaba convencido. Escribiendo en 1988, argumentó que las rejillas de ventilación estaban demasiado calientes.

Si bien el calor extremo desencadenaría la formación de sustancias químicas como los aminoácidos, los experimentos de Miller sugirieron que también los destruiría. Los compuestos clave como los azúcares "sobrevivirían y durarían unos segundos como máximo". Es más, es poco probable que estas moléculas simples se unan en cadenas, porque el agua circundante rompería las cadenas casi de inmediato.

En este punto, el geólogo Mike Russell entró en la refriega. Pensó que, después de todo, se podría hacer que la teoría de la ventilación funcionara. Además, le parecía que los respiraderos eran el hogar ideal para los organismos precursores de W & aumlchtersh & aumluser. Esta inspiración lo llevaría a crear una de las teorías sobre el origen de la vida más aceptadas.

Si Russell estaba en lo cierto, la vida comenzó en el fondo del mar

Russell había pasado su vida temprana haciendo aspirinas, buscando minerales valiosos y, en un incidente notable en la década de 1960, coordinando la respuesta a una posible erupción volcánica, a pesar de no tener ningún entrenamiento. Pero su interés real estaba en cómo ha cambiado la superficie de la Tierra a lo largo de los eones. Esta perspectiva geológica ha dado forma a sus ideas sobre el origen de la vida.

En la década de 1980, encontró evidencia fósil de un tipo de respiradero hidrotermal menos extremo, donde las temperaturas estaban por debajo de los 150 ° C. Estas temperaturas más suaves, argumentó, permitirían que las moléculas de la vida sobrevivieran mucho más tiempo de lo que Miller había supuesto que lo harían.

Además, los restos fósiles de estos respiraderos más fríos contenían algo extraño. Un mineral llamado pirita, que está hecho de hierro y azufre, se había formado en tubos de aproximadamente 1 mm de ancho.

En su laboratorio, Russell descubrió que la pirita también podía formar manchas esféricas. Sugirió que las primeras moléculas orgánicas complejas se formaron dentro de estas simples estructuras de pirita.

Por esta época, W & aumlchtersh & aumluser habían comenzado a publicar sus ideas, que dependían de una corriente de agua caliente rica en productos químicos que fluía sobre un mineral. Incluso había propuesto que la pirita estaba involucrada.

Su idea se basó en el trabajo de uno de los genios olvidados de la ciencia moderna.

Así que Russell sumó dos y dos. Sugirió que los respiraderos hidrotermales en las profundidades del mar, lo suficientemente tibios para que se formaran las estructuras de pirita, albergaban los organismos precursores de W & aumlchtersh & aumluser. Si Russell estaba en lo cierto, la vida comenzó en el fondo del mar y el metabolismo apareció primero.

Russell expuso todo esto en un artículo publicado en 1993, 40 años después del experimento clásico de Miller. No obtuvo la misma cobertura mediática entusiasmada, pero podría decirse que fue más importante. Russell había combinado dos ideas aparentemente separadas y los ciclos metabólicos de W & aumlchtersh & aumluser y los respiraderos hidrotermales de Corliss & ndash en algo realmente convincente.

Para hacerlo aún más impresionante, Russell también ofreció una explicación de cómo los primeros organismos obtuvieron su energía. En otras palabras, descubrió cómo podría haber funcionado su metabolismo. Su idea se basó en el trabajo de uno de los genios olvidados de la ciencia moderna.

En la década de 1960, el bioquímico Peter Mitchell enfermó y se vio obligado a dimitir de la Universidad de Edimburgo. En cambio, instaló un laboratorio privado en una casa solariega remota en Cornualles. Aislado de la comunidad científica, su trabajo fue financiado en parte por un rebaño de vacas lecheras. Muchos bioquímicos, incluido, inicialmente, Leslie Orgel, cuyo trabajo sobre el ARN discutimos en el capítulo dos, pensaron que sus ideas eran completamente ridículas.

Ahora sabemos que el proceso que identificó Mitchell lo utilizan todos los seres vivos de la Tierra.

Menos de dos décadas después, Mitchell logró la victoria final: el Premio Nobel de Química de 1978. Nunca ha sido un nombre familiar, pero sus ideas están en todos los libros de texto de biología.

Mitchell pasó su carrera averiguando qué hacen los organismos con la energía que obtienen de los alimentos. En efecto, estaba preguntando cómo nos mantenemos vivos de un momento a otro.

Sabía que todas las células almacenan su energía en la misma molécula: trifosfato de adenosina (ATP). El bit crucial es una cadena de tres fosfatos, anclados a la adenosina. Agregar el tercer fosfato requiere mucha energía, que luego se bloquea en el ATP.

Cuando una célula necesita energía, digamos, si un músculo necesita contraerse, rompe el tercer fosfato de un ATP. Esto lo convierte en difosfato de adenosina (ADP) y libera la energía almacenada.

El nunca ha sido un nombre familiar

Mitchell quería saber cómo las células producían el ATP en primer lugar. ¿Cómo concentraron suficiente energía en un ADP para que se adhiera el tercer fosfato?

Mitchell sabía que la enzima que produce ATP se encuentra en una membrana. Entonces sugirió que la célula estaba bombeando partículas cargadas llamadas protones a través de la membrana, de modo que había muchos protones en un lado y casi ninguno en el otro.

Luego, los protones intentarían fluir de regreso a través de la membrana para equilibrar el número de protones en cada lado y ndash, pero el único lugar por el que podían pasar era la enzima. La corriente de protones que la atravesaba le dio a la enzima la energía que necesitaba para producir ATP.

Vea cómo las células aprovechan la energía en este video:

Mitchell planteó esta idea por primera vez en 1961. Pasó los siguientes 15 años defendiéndola de todos los interesados, hasta que la evidencia se volvió irrefutable. Ahora sabemos que todos los seres vivos de la Tierra utilizan el proceso que identificó Mitchell. Está sucediendo dentro de sus células ahora mismo. Como el ADN, es fundamental para la vida tal como la conocemos.

El punto clave que Russell captó es el gradiente de protones de Mitchell: tener muchos protones en un lado de una membrana y pocos en el otro. Todas las células necesitan un gradiente de protones para almacenar energía.

Las células modernas crean los gradientes bombeando protones a través de una membrana, pero esto implica una compleja maquinaria molecular que no puede haber aparecido simplemente. Así que Russell dio un salto más lógico: la vida debe haberse formado en algún lugar con un gradiente de protones natural.

En algún lugar como un respiradero hidrotermal. Pero tendría que ser un tipo específico de ventilación. Cuando la Tierra era joven, los mares eran ácidos y el agua ácida tiene muchos protones flotando en su interior. Para crear un gradiente de protones, el agua del respiradero debe haber sido bajo en protones: debe haber sido alcalina.

Las rejillas de ventilación de Corliss no servirían. No solo estaban demasiado calientes, eran ácidos. Pero en 2000, Deborah Kelley de la Universidad de Washington descubrió los primeros respiraderos alcalinos.

Kelley tuvo que luchar solo para convertirse en científico en primer lugar. Su padre murió cuando ella estaba terminando la escuela secundaria y se vio obligada a trabajar muchas horas para mantenerse a sí misma durante la universidad.

Se convenció de que respiraderos como los de Ciudad Perdida eran donde comenzaba la vida.

Pero lo consiguió y quedó fascinada tanto por los volcanes submarinos como por los abrasadores y calientes respiraderos hidrotermales. Esos amores gemelos finalmente la llevaron a la mitad del Océano Atlántico. Allí, la corteza terrestre se está separando y una cresta de montañas se eleva desde el fondo del mar.

En esta cresta, Kelley encontró un campo de respiraderos hidrotermales que llamó "Ciudad Perdida". No son como los que encontró Corliss. El agua que fluye de ellos es de solo 40-75 ° C y es ligeramente alcalina. Los minerales de carbonato de esta agua se han agrupado en empinadas "chimeneas" blancas que se elevan desde el lecho marino como tubos de órgano. Su apariencia es espeluznante y fantasmal, pero esto es engañoso: son el hogar de densas comunidades de microorganismos que prosperan en el agua del respiradero.

Estos respiraderos alcalinos encajaron perfectamente con las ideas de Russell. Se convenció de que los respiraderos como los de Ciudad Perdida eran el lugar donde comenzaba la vida.

Pero tenía un problema. Como geólogo, no sabía lo suficiente sobre células biológicas para hacer que su teoría fuera realmente convincente.

Así que Russell se asoció con el biólogo William Martin, un estadounidense combativo que ha pasado la mayor parte de su carrera en Alemania. En 2003, la pareja presentó una versión mejorada de las ideas anteriores de Russell. Podría decirse que es la historia más completa de cómo comenzó la vida.

Esta historia se considera ahora como una de las principales hipótesis sobre el origen de la vida.

Gracias a Kelley, ahora sabían que las rocas de los respiraderos alcalinos eran porosas: estaban llenas de pequeños agujeros llenos de agua. Estos pequeños bolsillos, sugirieron, actuaban como "células". Cada bolsillo contenía sustancias químicas esenciales, incluidos minerales como la pirita. Combinados con el gradiente de protones natural del respiradero, eran el lugar ideal para que comenzara el metabolismo.

Una vez que la vida aprovechó la energía química del agua de ventilación, dicen Russell y Martin, comenzó a producir moléculas como el ARN. Eventualmente creó su propia membrana y se convirtió en una verdadera célula, y escapó de la roca porosa al mar abierto.

Esta historia se considera ahora como una de las principales hipótesis sobre el origen de la vida.

Encontró un gran apoyo en julio de 2016, cuando Martin publicó un estudio que reconstruía algunas de las características del "último ancestro común universal" (LUCA). Este es el organismo que vivió hace miles de millones de años y del que desciende toda la vida existente.

Los partidarios de RNA World dicen que la teoría del respiradero tiene dos problemas

Probablemente nunca encontraremos evidencia fósil directa de LUCA, pero aún podemos hacer una conjetura fundamentada sobre cómo podría haberse visto y comportado al observar los microorganismos que sobreviven hoy. Esto es lo que hizo Martin.

Examinó el ADN de 1.930 microorganismos modernos e identificó 355 genes que casi todos tenían. Podría decirse que esto es una prueba de que estos 355 genes se han transmitido, de generación en generación, desde que esos 1.930 microbios compartieron un ancestro común y ndash aproximadamente en el momento en que LUCA estaba vivo.

Los 355 genes incluían algunos para aprovechar un gradiente de protones, pero no genes para generar uno exactamente como predecirían las teorías de Russell y Martin. Es más, LUCA parece haberse adaptado a la presencia de sustancias químicas como el metano, lo que sugiere que habitaba en un entorno volcánicamente activo y ndash como un respiradero.

A pesar de esto, los partidarios de RNA World dicen que la teoría del respiradero tiene dos problemas. Uno podría arreglarse potencialmente: el otro podría ser fatal.

El primer problema es que no hay evidencia experimental de los procesos que describen Russell y Martin. Tienen una historia paso a paso, pero ninguno de los pasos se ha visto en un laboratorio.

"Las personas que piensan que la replicación fue lo primero, continuamente proporcionan nuevos datos experimentales", dice el experto en origen de la vida Armen Mulkidjanian. "Las personas que favorecen el metabolismo primero no lo hacen".

La química de todas estas moléculas es incompatible con el agua.

Eso podría cambiar, gracias al colega de Martin, Nick Lane, del University College London. Ha construido un "reactor del origen de la vida", que simulará las condiciones dentro de un respiradero alcalino. Espera observar los ciclos metabólicos y quizás incluso moléculas como el ARN. Pero son los primeros días.

El segundo problema es la ubicación de los respiraderos en las profundidades del mar. Como señaló Miller en 1988, las moléculas de cadena larga como el ARN y las proteínas no pueden formarse en el agua sin enzimas que las ayuden.

Para muchos investigadores, este es un argumento abrumador. "Si tienes experiencia en química, no puedes creer la idea de los respiraderos de aguas profundas, porque sabes que la química de todas estas moléculas es incompatible con el agua", dice Mulkidjanian.

Independientemente, Russell y sus aliados siguen siendo optimistas.

Pero en la última década, ha surgido un tercer enfoque, reforzado por una serie de experimentos extraordinarios. Esto promete algo que ni el RNA World ni los respiraderos hidrotermales han logrado hasta ahora: una forma de hacer una célula completa desde cero.

Capítulo 5. Cómo hacer una celda

A principios de la década de 2000, había dos ideas principales sobre cómo podría haber comenzado la vida. Los partidarios del "mundo del ARN" estaban convencidos de que la vida comenzaba con una molécula autorreplicante. Mientras tanto, los científicos del campo del "metabolismo primero" habían desarrollado una narrativa detallada sobre cómo la vida pudo haber comenzado en los respiraderos hidrotermales en las profundidades del mar. Sin embargo, una tercera idea estaba a punto de surgir.

Todos los seres vivos de la Tierra están hechos de células. Cada celda es básicamente una bola blanda, con una pared exterior resistente o "membrana".

El objetivo de una célula es mantener juntos todos los elementos esenciales de la vida. Si la pared exterior se abre, las tripas se derraman y la célula muere, así como una persona que ha sido destripada generalmente no tiene mucho tiempo de vida.

En el calor y la tempestad de la Tierra primitiva, algunas materias primas deben haberse ensamblado en crudas células.

La pared exterior de la célula es tan esencial que algunos investigadores del origen de la vida argumentan que debe haber sido lo primero que surgió. Piensan que los esfuerzos de "la genética primero" discutidos en el Capítulo Tres y las ideas de "el metabolismo primero" discutidas en el Capítulo Cuatro están equivocadas. Su alternativa y "la compartimentación primero" tiene su campeón en Pier Luigi Luisi de la Universidad Roma Tre en Roma, Italia.

El razonamiento de Luisi es simple y difícil de discutir. ¿Cómo podría establecer un metabolismo funcional o un ARN autorreplicante, cada uno de los cuales se basa en tener una gran cantidad de sustancias químicas en un solo lugar, a menos que primero tenga un contenedor para guardar todas las moléculas?

Si acepta esto, solo hay una forma en que la vida podría haber comenzado. De alguna manera, en el calor y la tempestad de la Tierra primitiva, algunas materias primas deben haberse ensamblado en células crudas o "protocélulas". El desafío es hacer que esto suceda en un laboratorio: crear una célula viva simple.

Luisi puede rastrear sus ideas hasta Alexander Oparin y los albores de la ciencia del origen de la vida en la URSS y ndash discutido en el Capítulo Uno. Oparin destacó el hecho de que ciertas sustancias químicas se forman en gotas llamadas coacervados, que pueden contener otras sustancias en sus núcleos. Sugirió que estos coacervados fueron las primeras protocélulas.

El desafío consistía en hacer las protoceldas con el material adecuado.

Cualquier sustancia grasa o aceitosa formará gotas o películas en el agua. Estos productos químicos se conocen colectivamente como lípidos, y la idea de que formaron la primera vida se ha denominado el "mundo de los lípidos".

Pero solo formar manchas no es suficiente. Las manchas deben ser estables, deben poder dividirse para formar manchas "hijas", y necesitan al menos algo de control sobre lo que entra y sale de ellas y todo sin las proteínas elaboradas que las células modernas usan para lograr estas cosas. .

El desafío consistía en hacer las protoceldas con el material adecuado. A pesar de probar muchas sustancias a lo largo de las décadas, Luisi nunca ha hecho nada lo suficientemente realista como para ser convincente.

Luego, en 1994, Luisi hizo una atrevida sugerencia. Propuso que las primeras protocélulas debían contener ARN. Además, este ARN debe haber podido replicarse dentro de la protocélula.

Nos reuníamos en las reuniones de orígenes y nos metíamos en estas largas discusiones.

Era una gran pregunta, y significaba abandonar el enfoque de compartimentación primero puro. Pero Luisi tenía buenas razones.

Una célula con una pared exterior, pero sin genes en su interior, no podría hacer mucho. Podría dividirse en células hijas, pero no podría transmitir ninguna información sobre sí mismo a su descendencia. Solo podría comenzar a evolucionar y volverse más complejo si contuviera algunos genes.

Esta idea pronto ganaría un apoyo crucial en Jack Szostak, cuyo trabajo sobre la hipótesis del mundo ARN exploramos en el Capítulo Tres. Si bien Luisi era miembro del campo de la compartimentación primero, Szostak apoyaba la genética primero, por lo que durante muchos años no habían estado de acuerdo.

"Nos reuníamos en las reuniones de orígenes y nos metíamos en estas largas discusiones sobre qué era más importante y qué venía primero", recuerda Szostak. "Con el tiempo, nos dimos cuenta de que las células tienen ambos. Llegamos a un consenso de que para el origen de la vida era fundamental tener tanto la compartimentación como un sistema genético".

Szostak y dos colegas anunciaron un gran éxito

En 2001, Szostak y Luisi expusieron sus argumentos a favor de este enfoque más unificado. Escribiendo en Naturaleza, argumentaron que debería ser posible crear células vivas simples desde cero, alojando ARN replicantes en una simple mancha grasa.

Fue una idea dramática, y Szostak pronto decidió poner su dinero donde estaba su boca. Razonando que "no podemos publicar esa teoría sin nada que la respalde", decidió comenzar a experimentar con protoceldas.

Dos años después, Szostak y dos colegas anunciaron un gran éxito.

Habían estado experimentando con vesículas: manchas esféricas, con dos capas de ácidos grasos en el exterior y un núcleo central de líquido.

La montmorillonita, y arcillas similares, podrían ser importantes en el origen de la vida.

Tratando de encontrar una manera de acelerar la creación de las vesículas, agregaron pequeñas partículas de una especie de arcilla llamada montmorillonita.

Esto hizo que las vesículas se formaran 100 veces más rápido. La superficie de la arcilla actuó como catalizador, al igual que lo haría una enzima.

Además, las vesículas podrían absorber tanto partículas de montmorillonita como hebras de ARN de la superficie de la arcilla. Estas protocélulas ahora contenían genes y un catalizador, todo desde una configuración simple.

La decisión de agregar montmorillonita no se tomó por capricho.Varias décadas de trabajo habían sugerido que la montmorillonita, y arcillas similares, podrían ser importantes en el origen de la vida.

La montmorillonita es una arcilla común. Hoy en día se utiliza para todo tipo de cosas, incluida la fabricación de arena para gatos. Se forma cuando la ceniza volcánica es degradada por el clima. Dado que la Tierra primitiva tenía muchos volcanes, parece probable que la montmorillonita fuera abundante.

Esto había llevado a Ferris a especular que esta arcilla de aspecto ordinario era el lugar del origen de la vida. Szostak tomó esa idea y la siguió, usando montmorillonita para ayudar a construir sus protoceldas.

Si las protocélulas pudieran crecer, tal vez también podrían dividirse

Un año después, el equipo de Szostak descubrió que sus protoceldas podían crecer por sí solas.

A medida que se empaquetaban cada vez más moléculas de ARN en una protocélula, la pared exterior se sometía a una tensión cada vez mayor. Era como si la protocélula tuviera el estómago lleno y pudiera explotar.

Para compensar, la protocélula recogió más ácidos grasos y los incorporó a su pared, lo que le permitió hincharse a un tamaño más grande y liberar la tensión.

Fundamentalmente, tomó los ácidos grasos de otras protocélulas que contenían menos ARN, lo que hizo que se encogieran. Esto significaba que las protocélulas estaban compitiendo y las que tenían más ARN estaban ganando.

Esto sugirió algo aún más impresionante. Si las protocélulas pudieran crecer, tal vez también pudieran dividirse. ¿Podrían reproducirse las protoceldas de Szostak?

Los primeros experimentos de Szostak habían mostrado una forma de dividir las protoceldas. Al apretarlos a través de pequeños orificios, se estiraron en tubos, que luego se rompieron en protoceldas "hijas".

Las protoceldas crecieron y cambiaron de forma, alargándose en largas hebras parecidas a cuerdas.

Esto fue genial, porque no hubo maquinaria celular involucrada: solo la aplicación de presión. Pero no fue una gran solución, porque las protocélulas perdieron parte de su contenido en el proceso. También implicaba que las primeras células solo podían dividirse si eran empujadas a través de pequeños agujeros.

Hay muchas formas de hacer que las vesículas se dividan: por ejemplo, agregando una fuerte corriente de agua que crea una fuerza de corte. El truco consistía en hacer que las protocélulas se dividieran sin derramar sus entrañas.

En 2009, Szostak y su alumno Ting Zhu encontraron una solución. Hicieron protoceldas un poco más complejas, con varias paredes exteriores concéntricas un poco como las capas de una cebolla. A pesar de su complejidad, estas protocélulas seguían siendo fáciles de hacer.

A medida que Zhu los alimentaba con cada vez más ácidos grasos, las protocélulas crecían y cambiaban de forma, alargándose en largas hebras parecidas a cuerdas. Una vez que una protocélula era lo suficientemente larga, una fuerza de corte suave fue suficiente para hacerla añicos en docenas de pequeñas protocélulas hijas.

Cada protocélula hija contenía ARN de la protocélula madre y casi no se perdió nada del ARN. Es más, las protocélulas podrían realizar el ciclo repetidamente, con las protocélulas hijas creciendo y luego dividiéndose.

En experimentos posteriores, Zhu y Szostak han encontrado aún más formas de persuadir a las protoceldas para que se dividan. Este aspecto del problema, al menos, parece estar resuelto.

Sin embargo, las protocélulas todavía no estaban haciendo lo suficiente. Luisi había querido que las protocélulas albergaran el ARN en replicación, pero hasta ahora el ARN simplemente estaba sentado en ellas sin hacer nada.

Había pistas valiosas enterradas en esos papeles polvorientos

Para demostrar realmente que sus protoceldas podrían haber sido la primera vida en la Tierra, Szostak necesitaba persuadir al ARN dentro de ellas para que se replicara.

Eso no iba a ser fácil, porque a pesar de décadas de intentos descritos en el Capítulo Tres, nadie había logrado hacer un ARN que pudiera auto-replicarse. Ese era el mismo problema que había obstaculizado a Szostak en sus primeros trabajos sobre el mundo de ARN, y que nadie más había logrado resolver.

Así que volvió y releyó el trabajo de Leslie Orgel, que había pasado tanto tiempo trabajando en la hipótesis del mundo ARN. Había pistas valiosas enterradas en esos papeles polvorientos.

Orgel había pasado gran parte de las décadas de 1970 y 1980 estudiando cómo se copian las cadenas de ARN.

Así pudo haber sido la forma en que la primera vida hizo copias de sus genes.

En esencia, es simple. Tome una sola hebra de ARN y un conjunto de nucleótidos sueltos. Luego, use esos nucleótidos para ensamblar una segunda hebra de ARN que sea complementaria a la primera.

Por ejemplo, una hebra de ARN que dice "CGC" producirá una hebra complementaria que dice "GCG". Si hace esto dos veces, obtendrá una copia del "CGC" original, solo de forma indirecta.

Orgel descubrió que, en determinadas circunstancias, las cadenas de ARN podían copiarse de esta forma sin la ayuda de las enzimas. Podría haber sido así como la primera vida hizo copias de sus genes.

En 1987, Orgel podía tomar una cadena de ARN de 14 nucleótidos de longitud y crear cadenas complementarias que también tenían 14 nucleótidos de longitud. No logró nada más, pero eso fue suficiente para intrigar a Szostak. Su alumna Katarzyna Adamala trató de hacer que esta reacción se activara en las protoceldas.

Han construido protocélulas que se aferran a sus genes mientras absorben moléculas útiles del exterior.

Descubrieron que la reacción necesitaba magnesio para funcionar, lo cual era un problema porque el magnesio destruía las protoceldas. Pero había una solución simple: el citrato, que es casi idéntico al ácido cítrico de los limones y las naranjas, y que de todos modos se encuentra en todas las células vivas.

En un estudio publicado en 2013, agregaron citrato y descubrieron que se adhirió al magnesio, protegiendo las protocélulas mientras permitía que continuara la copia de la plantilla.

En otras palabras, habían logrado lo que Luisi había propuesto en 1994. "Comenzamos a hacer química de replicación del ARN dentro de estas vesículas de ácidos grasos", dice Szostak.

En poco más de una década de investigación, el equipo de Szostak ha logrado algo notable.

Han construido protocélulas que se aferran a sus genes mientras absorben moléculas útiles del exterior. Las protocélulas pueden crecer y dividirse e incluso competir entre sí. El ARN puede replicarse dentro de ellos. En cualquier medida, son sorprendentemente realistas.

El enfoque de Szostak iba en contra de 40 años de trabajo sobre el origen de la vida

También son resistentes. En 2008, el equipo de Szostak descubrió que las protoceldas podían sobrevivir al ser calentadas a 100 ° C, una temperatura que destruiría la mayoría de las células modernas. Esto impulsó el caso de que las protocélulas eran similares a la primera vida, que debe haber soportado el calor abrasador de los constantes impactos de meteoritos.

"Szostak está haciendo un gran trabajo", dice Armen Mulkidjanian.

Sin embargo, a primera vista, el enfoque de Szostak iba en contra de 40 años de trabajo sobre el origen de la vida. En lugar de centrarse en "la replicación primero" o la "compartimentación primero", encontró formas de hacer que ambas cosas sucedieran casi simultáneamente.

Eso inspiraría un nuevo enfoque unificado del origen de la vida, que intenta reactivar todas las funciones de la vida a la vez. Esta idea de "todo primero" ya ha acumulado una gran cantidad de evidencia y podría potencialmente resolver todos los problemas con las ideas existentes.

Capítulo 6. La gran unificación

A lo largo de la segunda mitad del siglo XX, los investigadores del origen de la vida han trabajado en tribus. Cada grupo favoreció su propia narrativa y, en su mayor parte, desechó las hipótesis en competencia. Este enfoque ciertamente ha tenido éxito, como lo demuestran los capítulos anteriores, pero toda idea prometedora sobre el origen de la vida ha tropezado en última instancia con un problema importante. Por eso, algunos investigadores están probando ahora un enfoque más unificado.

Esta idea recibió su primer gran impulso hace unos años a partir de un resultado que, a primera vista, parecía respaldar el mundo del ARN tradicional de replicación primero.

Todos los componentes clave de la vida podrían formarse a la vez.

En 2009, los partidarios del RNA World tenían un gran problema. No pudieron producir nucleótidos, los componentes básicos del ARN, de una manera que podría haber sucedido en la Tierra primitiva. Esto, como aprendimos en el Capítulo Tres, llevó a la gente a sospechar que la primera vida no se basaba en absoluto en ARN.

John Sutherland había estado pensando en este problema desde la década de 1980. "Pensé que si pudieras demostrar que el ARN podía autoensamblarse, sería genial", dice.

Afortunadamente para Sutherland, había conseguido un trabajo en el Laboratorio de Biología Molecular (LMB) en Cambridge, Reino Unido. La mayoría de las instituciones de investigación obligan a su personal a producir constantemente nuevos hallazgos, pero la LMB no lo hace. Entonces Sutherland pudo pensar en por qué era tan difícil producir un nucleótido de ARN y pasar años desarrollando un enfoque alternativo.

Su solución lo llevaría a proponer una nueva idea radical sobre el origen de la vida, a saber, que todos los componentes clave de la vida podrían formarse a la vez.

"Hubo ciertos aspectos clave de la química del ARN que no funcionaron", dice Sutherland. Cada nucleótido de ARN está compuesto por un azúcar, una base y un fosfato. Pero había resultado imposible persuadir al azúcar y la base para que se unieran. Las moléculas simplemente tenían la forma incorrecta.

Él cree que el ARN estuvo muy involucrado, pero no fue el principio definitivo.

Entonces Sutherland comenzó a probar sustancias totalmente diferentes. Finalmente, su equipo se centró en cinco moléculas simples, incluido un azúcar y una cianamida diferentes, que, como su nombre indica, está relacionada con el cianuro. El equipo sometió estos químicos a una serie de reacciones que finalmente produjeron dos de los cuatro nucleótidos de ARN, sin ni siquiera producir azúcares o bases independientes.

Fue un éxito rotundo y se convirtió en el nombre de Sutherland.

Muchos observadores interpretaron los hallazgos como evidencia adicional para el mundo del ARN. Pero el propio Sutherland no lo ve así en absoluto.

La hipótesis "clásica" del mundo del ARN dice que, en los primeros organismos, el ARN era responsable de todas las funciones de la vida. Pero Sutherland dice que es "desesperadamente optimista". Él cree que el ARN estuvo muy involucrado, pero no fue el final de todo.

Las moléculas simplemente tenían la forma incorrecta.

En cambio, se inspira en el trabajo reciente de Jack Szostak, que, como se discutió en el Capítulo Cinco, combina el mundo del ARN de "replicación primero" con las ideas de "compartimentación primero" de Pier Luigi Luisi.

Pero Sutherland va más allá. Su enfoque es "todo primero". Su objetivo es hacer que una célula completa se monte sola, desde cero.

Su primera pista fue un extraño detalle sobre su síntesis de nucleótidos, que al principio pareció incidental.

El último paso en el proceso de Sutherland fue fijar un fosfato en el nucleótido. Pero descubrió que era mejor incluir el fosfato en la mezcla desde el principio, porque aceleraba las reacciones anteriores.

A primera vista, incluir el fosfato antes de que fuera estrictamente necesario era algo complicado, pero Sutherland descubrió que este desorden era algo bueno.

Consiga la mezcla lo suficientemente complicada y todos los componentes de la vida podrían formarse a la vez

Esto lo llevó a pensar en lo sucias que deberían ser sus mezclas. En la Tierra primitiva, debió haber decenas o cientos de sustancias químicas flotando juntas. Eso suena como una receta para un lodo, pero tal vez hubo un nivel óptimo de desorden.

Las mezclas que hizo Stanley Miller en la década de 1950, que vimos en el capítulo uno, eran mucho más desordenadas que las de Sutherland. Contienen moléculas biológicas, pero Sutherland dice que "estaban en cantidades mínimas y estaban acompañadas de una gran cantidad de otros compuestos, que no son biológicos".

Para Sutherland, esto significó que la configuración de Miller no era lo suficientemente buena. Estaba demasiado sucio, por lo que los productos químicos buenos se perdieron en la mezcla.

Así que Sutherland se ha propuesto encontrar una "química Ricitos de oro": una que no sea tan desordenada que se vuelva inútil, pero tampoco tan simple que esté limitada en lo que puede hacer. Consiga la mezcla lo suficientemente complicada y todos los componentes de la vida podrían formarse a la vez, luego se unirán.

En otras palabras, hace cuatro mil millones de años había un estanque en la Tierra. Permaneció allí durante años hasta que la mezcla de productos químicos fue la correcta. Luego, tal vez en unos minutos, surgió la primera célula.

Esto puede parecer inverosímil, como las afirmaciones de los alquimistas medievales. Pero la evidencia de Sutherland está aumentando. Desde 2009, ha demostrado que la misma química que hizo sus dos nucleótidos de ARN también puede producir muchas de las otras moléculas de la vida.

Todo nuestro enfoque del origen de la vida durante los últimos 40 años ha sido incorrecto.

El siguiente paso obvio fue producir más nucleótidos de ARN. Aún no lo ha logrado, pero en 2010 creó moléculas estrechamente relacionadas que podrían potencialmente transformarse en nucleótidos.

Del mismo modo, en 2013 fabricó los precursores de los aminoácidos. Esta vez necesitaba agregar cianuro de cobre para que las reacciones se desarrollaran.

Los productos químicos relacionados con el cianuro estaban demostrando ser un tema común, y en 2015 Sutherland los llevó aún más lejos. Mostró que la misma olla de productos químicos también podría producir los precursores de los lípidos, las moléculas que forman las paredes celulares. Todas las reacciones fueron impulsadas por luz ultravioleta, involucraron azufre y se basaron en el cobre para acelerarlas.

"Todos los componentes básicos [emergen] de un núcleo común de reacciones químicas", dice Szostak.

Los experimentos fueron demasiado limpios

Si Sutherland tiene razón, entonces todo nuestro enfoque del origen de la vida durante los últimos 40 años ha sido incorrecto. Desde que se hizo evidente la enorme complejidad de la célula, los científicos han estado trabajando en la suposición de que las primeras células deben haberse construido gradualmente, una pieza a la vez.

Siguiendo la propuesta de Leslie Orgel de que el ARN fue lo primero, los investigadores han estado "tratando de obtener una cosa antes que otra, y luego hacer que eso invente la otra", dice Sutherland. Pero él piensa que la mejor manera es hacer todo de una vez.

"Lo que hemos hecho es desafiar la idea de que es demasiado complicado hacer todo de una vez", dice Sutherland. "Ciertamente, podría hacer los bloques de construcción para todos los sistemas a la vez".

Szostak ahora sospecha que la mayoría de los intentos de hacer las moléculas de la vida y de ensamblarlas en células vivas han fracasado por la misma razón: los experimentos fueron demasiado limpios.

Realmente volví a la idea de que el primer polímero era algo muy parecido al ARN.

Los científicos utilizaron el puñado de productos químicos que les interesaban y omitieron todos los demás que probablemente estaban presentes en la Tierra primitiva. Pero el trabajo de Sutherland muestra que, al agregar algunos productos químicos más a la mezcla, se pueden crear fenómenos más complejos.

Szostak experimentó esto por sí mismo en 2005, cuando intentaba que sus protocélulas albergaran una enzima de ARN. La enzima necesitaba magnesio, que destruyó las membranas de las protoceldas.

La solución fue sorprendente. En lugar de hacer vesículas a partir de un ácido graso puro, las hicieron a partir de una mezcla de dos. Estas vesículas nuevas e impuras podían hacer frente al magnesio y el ndash y eso significaba que podían albergar enzimas de ARN en funcionamiento.

Además, Szostak dice que los primeros genes también podrían haber adoptado el desorden.

Los organismos modernos usan ADN puro para transportar sus genes, pero el ADN puro probablemente no existía al principio. Habría sido una mezcla de nucleótidos de ARN y nucleótidos de ADN.

En 2012, Szostak demostró que tal mezcla podía ensamblarse en moléculas de "mosaico" que se veían y se comportaban bastante como ARN puro. Estas cadenas de ARN / ADN mezcladas podrían incluso doblarse ordenadamente.

Hay un problema para el que ni Sutherland ni Szostak han encontrado solución.

Esto sugirió que no importaba si los primeros organismos no podían producir ARN puro o ADN puro. "Realmente he vuelto a la idea de que el primer polímero era algo muy parecido al ARN, una versión más desordenada del ARN", dice Szostak.

Incluso podría haber espacio para las alternativas al ARN que se han cocinado en los laboratorios, como el TNA y el PNA que conocimos en el Capítulo Tres. No sabemos si alguno de ellos existió alguna vez en la Tierra, pero si lo hicieron, es posible que los primeros organismos los hayan usado junto con el ARN.

Este no era un Mundo ARN: era un "Mundo Hodge-Podge".

La lección de estos estudios es que hacer la primera celda podría no haber sido tan difícil como parecía. Sí, las células son máquinas complejas. Pero resulta que todavía funcionan, aunque no tan bien, cuando se lanzan juntos de forma descuidada desde lo que esté a la mano.

Parece poco probable que tales células torpes sobrevivan en la Tierra primitiva. Pero no habrían tenido mucha competencia y no había depredadores amenazantes, por lo que en muchos aspectos la vida pudo haber sido más fácil entonces que ahora.

Hay un problema para el que ni Sutherland ni Szostak han encontrado una solución, y es muy grande. El primer organismo debe haber tenido alguna forma de metabolismo. Desde el principio, la vida tuvo que obtener energía o habría muerto.

La vida pudo haber sido más fácil entonces que ahora

En ese punto, si nada más, Sutherland está de acuerdo con Mike Russell, Bill Martin y los otros partidarios de las teorías del metabolismo primero del Capítulo Cuatro. "Mientras los chicos del ARN peleaban con los chicos del metabolismo, ambos lados tenían razón", dice Sutherland.

"Los orígenes del metabolismo tienen que estar ahí de alguna manera", dice Szostak. "La fuente de energía química será la gran pregunta".

Incluso si Martin y Russell están equivocados acerca de la vida que comienza en respiraderos de aguas profundas, muchos elementos de su teoría son casi con certeza correctos. Uno es la importancia de los metales para el nacimiento de la vida.

En la naturaleza, muchas enzimas tienen un átomo metálico en su núcleo. Esta es a menudo la parte "activa" de la enzima, y ​​el resto de la molécula es esencialmente una estructura de soporte. La primera vida no pudo haber tenido estas complejas enzimas, por lo que probablemente utilizó metales "desnudos" como catalizadores.

La vida no puede haber comenzado en las profundidades del mar

G & uumlnter W & aumlchtersh & aumluser señalaron este punto cuando sugirió que la vida se formó sobre pirita de hierro. De manera similar, Russell enfatiza que las aguas de los respiraderos hidrotermales son ricas en metales, que podrían actuar como catalizadores y ndash y el estudio de Martin de LUCA encontró muchas enzimas a base de hierro.

A la luz de esto, es revelador que muchas de las reacciones químicas de Sutherland se basan en el cobre (y, dicho sea de paso, en el azufre que W & aumlchtersh & aumluser también enfatizaron), y que el ARN en las protoceldas de Szostak necesita magnesio.

Es posible que aún los respiraderos hidrotermales resulten ser cruciales. "Si nos fijamos en el metabolismo moderno, hay todas estas cosas realmente sugerentes, como las agrupaciones de hierro y azufre", dice Szostak. Eso encaja con la idea de que la vida comenzó en o alrededor de un respiradero, donde el agua es rica en hierro y azufre.

Dicho esto, si Sutherland y Szostak están en el camino correcto, un aspecto de la teoría de los respiraderos es definitivamente erróneo: la vida no puede haber comenzado en las profundidades del mar.

"La química que hemos descubierto depende tanto de los rayos UV [luz ultravioleta]", dice Sutherland. La única fuente de radiación ultravioleta es el Sol, por lo que sus reacciones solo pueden tener lugar en lugares soleados. "Descarta un escenario de ventilación de aguas profundas".

Quizás la vida comenzó en tierra, en un estanque volcánico

Szostak está de acuerdo en que las profundidades marinas no eran el vivero de la vida."Lo peor es que está aislado de la química atmosférica, que es la fuente de materiales de partida de alta energía como el cianuro".

Pero estos problemas no descartan por completo los respiraderos hidrotermales. Quizás los conductos de ventilación estaban simplemente en aguas poco profundas, donde la luz del sol y el cianuro podían llegar hasta ellos.

Armen Mulkidjanian ha sugerido una alternativa. Quizás la vida comenzó en tierra, en un estanque volcánico.

Mulkidjanian analizó la composición química de las células: específicamente, qué sustancias químicas permiten la entrada y cuáles no. Resulta que todas las células, independientemente del organismo al que pertenezcan, contienen mucho fosfato, potasio y otros metales y ndash, pero apenas sodio.

Mi escenario favorito en este momento sería algún tipo de lagos o estanques poco profundos en la superficie.

Hoy en día, las células logran esto bombeando cosas hacia adentro y hacia afuera, pero las primeras células no pudieron haberlo hecho porque no habrían tenido la maquinaria necesaria. Así que Mulkidjanian sugirió que las primeras células se formaron en algún lugar que tenía aproximadamente la misma mezcla de sustancias químicas que las células modernas.

Eso elimina inmediatamente el océano. Las células contienen niveles mucho más altos de potasio y fosfato que los que jamás ha tenido el océano, y mucho menos sodio.

En cambio, apunta a los estanques geotérmicos que se encuentran cerca de los volcanes activos. Estos estanques tienen exactamente el cóctel de metales que se encuentran en las células.

Szostak es fanático. "Creo que mi escenario favorito en este momento sería algún tipo de lagos o estanques poco profundos en la superficie, en un área geotérmicamente activa", dice. "Tienes respiraderos hidrotermales, pero no como los respiraderos de aguas profundas, más como el tipo de respiraderos que tenemos en áreas volcánicas como Yellowstone".

La Tierra fue golpeada por meteoritos durante sus primeros 500 millones de años de existencia.

La química de Sutherland bien podría funcionar en un lugar así. Los manantiales tienen los productos químicos adecuados, el nivel del agua fluctúa, por lo que algunos lugares se secan a veces y hay mucha radiación ultravioleta del sol.

Además, Szostak dice que los estanques serían adecuados para sus protoceldas.

"Las protocélulas pueden estar relativamente frías la mayor parte del tiempo, lo que es bueno para la copia de ARN y otros tipos de metabolismo simple", dice Szostak. "Pero de vez en cuando se calientan brevemente, y eso ayuda a que las hebras de ARN se deshagan y estén listas para la siguiente ronda de replicación". También habría corrientes, impulsadas por corrientes de agua caliente, que podrían ayudar a dividir las protoceldas.

Basándose en muchas de las mismas líneas de argumentación, Sutherland ha propuesto una tercera opción: una zona de impacto de meteorito.

La Tierra fue golpeada por meteoritos durante sus primeros 500 millones de años de existencia y ha sido golpeada ocasionalmente desde entonces. Un impacto de tamaño decente crearía una configuración bastante similar a los estanques de Mulkidjanian.

Primero, los meteoritos están hechos principalmente de metal. Las zonas de impacto tienden a ser ricas en metales útiles como el hierro, así como en azufre. Y lo que es más importante, los impactos de meteoritos derriten la corteza terrestre, lo que genera actividad geotérmica y agua caliente.

Si resulta que a uno de los escenarios le falta un químico clave, o contiene algo que destruye las protoceldas, se descartará.

Sutherland imagina pequeños ríos y arroyos que fluyen por las laderas de un cráter de impacto, lixiviando sustancias químicas a base de cianuro de las rocas mientras la radiación ultravioleta desciende desde arriba. Cada corriente tendría una mezcla ligeramente diferente de sustancias químicas, por lo que se producirían reacciones diferentes y se produciría una gran cantidad de sustancias químicas orgánicas.

Finalmente, los arroyos desembocarían en un estanque volcánico en el fondo del cráter. Pudo haber sido en un estanque como este donde todas las piezas se juntaron y se formaron las primeras protoceldas.

"Ese es un escenario muy específico", dice Sutherland. Pero lo eligió sobre la base de las reacciones químicas que ha encontrado. "Es el único en el que podemos pensar que es compatible con la química".

Szostak no está seguro de ninguna manera, pero está de acuerdo en que la idea de Sutherland merece una atención cuidadosa. "Creo que el escenario de impacto es bueno. Creo que la idea de sistemas volcánicos también podría funcionar. Hay algunos argumentos a favor de cada uno".

Por ahora, ese debate parece estar a punto de estallar. Pero no se decidirá por capricho. La decisión será impulsada por la química y las protocélulas. Si resulta que a uno de los escenarios le falta una sustancia química clave o contiene algo que destruye las protoceldas, se descartará.

Esto significa que, por primera vez en la historia, tenemos los inicios de una explicación completa de cómo comenzó la vida.

"Las cosas parecen mucho más alcanzables", dice Sutherland.

Lo mejor que podemos hacer es redactar una historia que sea coherente con todas las pruebas.

Hasta ahora, el enfoque de "todo a la vez" de Szostak y Sutherland ofrece solo una narrativa esquemática. Pero esos pasos que se han elaborado están respaldados por décadas de experimentos.

La idea también se basa en todos los enfoques sobre el origen de la vida. Intenta aprovechar todos sus puntos buenos y, al mismo tiempo, resuelve todos sus problemas. Por ejemplo, no trata tanto de refutar las ideas de Russell sobre los respiraderos hidrotermales, sino de incorporar sus mejores elementos.

No podemos saber con certeza qué sucedió hace cuatro mil millones de años. "Incluso si hiciste un reactor y explota E. coli en el otro lado y demonios, todavía no puedes probar que surgimos de esa manera ", dice Martin.

Lo mejor que podemos hacer es elaborar una historia que sea coherente con toda la evidencia: con experimentos de química, con lo que sabemos sobre la Tierra primitiva y con lo que la biología revela sobre las formas de vida más antiguas. Finalmente, después de un siglo de duros esfuerzos, esa historia está saliendo a la vista.

Eso significa que nos estamos acercando a una de las grandes divisiones en la historia de la humanidad: la división entre quienes conocen la historia del comienzo de la vida y quienes nunca pudieron.

Algunas de las personas vivas hoy se convertirán en las primeras en la historia que pueden decir honestamente que saben de dónde vienen.

Cada una de las personas que murieron antes de que Darwin publicara Origen de las especies en 1859 ignoraba los orígenes de la humanidad, porque no sabían nada de la evolución. Pero todos los que viven ahora, salvo los grupos aislados, pueden conocer la verdad sobre nuestro parentesco con otros animales.

De manera similar, todos los nacidos después de que Yuri Gagarin orbitara la Tierra en 1961 han vivido en una sociedad que puede viajar a otros mundos. Incluso si nunca vamos nosotros mismos, los viajes espaciales son una realidad.

Estos hechos cambian nuestra cosmovisión de manera sutil. Podría decirse que nos hacen más sabios. La evolución nos enseña a atesorar a todos los demás seres vivos, porque son nuestros primos. Los viajes espaciales nos permiten ver nuestro mundo desde la distancia, revelando lo único y frágil que es.

Algunas de las personas que viven hoy se convertirán en las primeras en la historia que pueden decir honestamente que saben de dónde vienen. Sabrán cómo era su antepasado último y dónde vivía.

Este conocimiento nos cambiará. A un nivel puramente científico, nos dirá qué tan probable es que se forme vida en el Universo y dónde buscarla. Y nos dirá algo sobre la naturaleza esencial de la vida. Pero más allá de eso, aún no podemos conocer la sabiduría que revelará el origen de la vida.

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Química Física

Los avances en la sociedad están entrelazados con los avances en la ciencia. Para comprender cómo se produjeron los cambios en la sociedad, y cómo seguirán cambiando, es necesario tener un conocimiento básico de las leyes de la física y la química. Química física: aplicaciones multidisciplinarias en la sociedad examina cómo las leyes de la física y la química (química física) explican la naturaleza dinámica del Universo y los eventos en la Tierra, y cómo estos eventos afectan la evolución de la sociedad (aplicaciones multidisciplinarias). El orden de los capítulos refleja el flujo natural de eventos en un Universo en evolución: Filosofía de la Ciencia, la base de la opinión de que los eventos naturales tienen causas naturales - Cosmología, el origen de todo, desde el Big Bang hasta el estado actual del Universo - Geoscience, la física y la química detrás de la evolución del planeta Tierra desde su nacimiento hasta el presente - Ciencias de la vida, las moléculas y los mecanismos de la vida en la Tierra - Ecología, la interdependencia de todos los componentes dentro de la Ecosfera y el Universo - Contenido de informacion, énfasis en cómo las palabras y frases y el encuadre de los problemas afectan las opiniones, la confiabilidad de las fuentes y las limitaciones del conocimiento.

Los avances en la sociedad están entrelazados con los avances en la ciencia. Para comprender cómo se produjeron y seguirán cambiando los cambios en la sociedad, es necesario tener un conocimiento básico de las leyes de la física y la química. Química física: aplicaciones multidisciplinarias en la sociedad examina cómo las leyes de la física y la química (química física) explican la naturaleza dinámica del Universo y los eventos en la Tierra, y cómo estos eventos afectan la evolución de la sociedad (aplicaciones multidisciplinarias). El orden de los capítulos refleja el flujo natural de eventos en un Universo en evolución: Filosofía de la Ciencia, la base de la opinión de que los eventos naturales tienen causas naturales - Cosmología, el origen de todo, desde el Big Bang hasta el estado actual del Universo - Geoscience, la física y la química detrás de la evolución del planeta Tierra desde su nacimiento hasta el presente - Ciencias de la vida, las moléculas y los mecanismos de la vida en la Tierra - Ecología, la interdependencia de todos los componentes dentro de la Ecosfera y el Universo - Contenido de informacion, énfasis en cómo las palabras y frases y el encuadre de los problemas afectan las opiniones, la confiabilidad de las fuentes y las limitaciones del conocimiento.


Si no tuviéramos luna

La Tierra tiene una luna grande, lo que la hace única en el sistema solar interior. Mercurio y Venus no tienen lunas, y Marte solo tiene dos pequeños objetos del tamaño de un asteroide orbitando alrededor. En este ensayo, el padre de la misión lunar SMART-1, Bernard Foing de la Agencia Espacial Europea, analiza el efecto que la Luna ha tenido en la Tierra y explora cuán diferente sería nuestro mundo si no tuviéramos un compañero planetario. ¿La vida habría evolucionado de manera diferente, o incluso habría aparecido en la Tierra sin la Luna?

Si no tuviéramos luna

Un ensayo de Bernard Foing

Si el tiempo de existencia de la Tierra y los rsquos se condensó en un reloj de 24 horas, el evento de formación de la luna ocurrió solo 10 minutos después del nacimiento de la Tierra. La Tierra se formó hace 4.560 millones de años y la Luna se formó unos 30 millones de años después. En ese momento, la Tierra era un océano de magma. Un impactador del tamaño de Marte golpeó la Tierra en un ángulo oblicuo y eliminó parte del manto magmático. Este manto se puso en órbita alrededor de la Tierra, junto con algunos de los escombros del propio impactador, y este material finalmente formó la Luna.

Representación artística y rsquos del evento de formación de la luna. Copyright Fahad Sulehria, 2005, www.novacelestia.com

Cuando la Luna se formó por primera vez, estaba muy cerca de la Tierra. Posiblemente estaba a solo 20 o 30 miles de kilómetros de distancia, y habría parecido extremadamente grande en el cielo, al menos de 20 a 10 veces más grande. Pero no había criaturas vivientes en la Tierra en ese momento para presenciar esta hermosa escena.

El efecto de marea de un cuerpo aumenta como un cubo de la distancia, por lo que el efecto de la fuerza de marea de la Luna y los rsquos sobre la Tierra fue extremadamente alto en este momento, hasta el punto de que el océano de magma temprano se vio afectado. Esto proporcionó algo de energía adicional al calentamiento de los elementos radiactivos presentes, pero después de que el calor radiactivo decayó, la Luna todavía era una fuente de calentamiento que pudo haber tenido algún efecto geológico, manteniendo la Tierra y el magma rsquos calientes y quizás forzando una convección adicional en el manto de la Tierra y rsquos. .

Después de que la Tierra comenzó a enfriarse, la primera corteza comenzó a flotar sobre el magma. Durante este período, la Tierra estuvo sujeta a un mayor bombardeo de meteoritos. El bombardeo había sido muy intenso al comienzo del sistema solar y luego había comenzado a declinar, pero aproximadamente 500 millones de años después del nacimiento de la Tierra, o aproximadamente 2 horas y 40 minutos en nuestro reloj de 24 horas, hubo un estallido. de impactadores. Esto duró unos cien millones de años, y lo llamamos "el bombardeo intenso tardío". Muchas de las grandes cuencas de la Luna son evidencia de este período tardío de bombardeos intensos. De esta manera, la Luna es un libro de historia para el sistema solar interior y la Tierra. Hemos estudiado estas cuencas con la misión SMART-1.

La superficie de la Luna y rsquos con muchos cráteres es evidencia de los muchos impactos de meteoritos que ocurrieron en el sistema solar interior durante el último período de bombardeos intensos.
Crédito: ESA

Sin embargo, la Tierra fue golpeada con más frecuencia que la Luna porque la Tierra es más grande y tiene más gravedad. Este aumento de la gravedad también provocó que los impactadores se aceleraran a velocidades más altas hacia la Tierra. Debe haber sido un momento catastrófico para estar aquí. Tantos bombardeos habrían esterilizado el planeta. Si la vida hubiera aparecido antes de este período, se habría extinguido a menos que encontrara una manera de retirarse a nichos donde pudiera protegerse de estas catástrofes globales.

Cuando algunos de estos impactadores golpearon la Tierra, la explosión provocó que las rocas y la suciedad de la Tierra se dispararan y se alejaran de nuestro planeta. Parte de ese material proyectado voló por todo el sistema solar y parte de él aterrizó en la Luna. Podría haber unos pocos cientos de kilogramos de material terrestre por kilómetro cuadrado de la superficie de la Luna y los rsquos, enterrados bajo unos pocos metros de suelo lunar. Sería interesante recuperar esas rocas y traer muestras de la Tierra primitiva. Casi nada de este período de tiempo ha sobrevivido en la Tierra debido al reciclaje tectónico de las placas de la corteza o debido a la meteorización atmosférica. Intentaríamos detectar algunos compuestos orgánicos dentro de esas rocas, y eso podría informarnos sobre la historia de la química orgánica en la Tierra. Algunas de estas rocas incluso podrían haber conservado fósiles de vida. Tales rocas podrían ayudarnos a mirar más atrás en el registro fósil, que ahora se detiene en hace 3.500 millones de años. De esta manera, posiblemente podríamos aprender sobre el surgimiento de la vida en la Tierra.

Al explorar la Luna, también podemos obtener pistas sobre cómo ha evolucionado la Tierra. Podemos estudiar procesos en la Luna que también han dado forma a la Tierra, como el vulcanismo y la tectónica. Debido a que la Luna es más pequeña que la Tierra, el calentamiento radiogénico de la Luna y rsquos se disipó mucho más rápido. Después de aproximadamente mil millones de años, el interior de la Luna no evolucionó mucho y los cambios en la superficie se debieron principalmente a impactos. Hubo un breve período de actividad magmática desde el subsuelo y algunas columnas de magma se abrieron paso hacia la superficie y llenaron las cuencas de impacto recién formadas con basalto, creando lo que llamamos María. Esto sucedió hasta hace unos 2 mil millones de años. Debido a que la Luna ofrece condiciones diferentes a las de la Tierra, podemos comprender mejor cómo funcionan los procesos físicos en general al estudiar una gama más amplia de parámetros que solo la Tierra y los rsquos.

Durante su vuelo, la nave espacial Galileo devolvió imágenes de la Tierra y la Luna. Las imágenes separadas se combinaron para generar esta vista.
Crédito: NASA

La Luna afecta la envoltura líquida de la Tierra y, en particular, las mareas oceánicas. La Luna afecta las mareas oceánicas más en algunas áreas que en otras. Por ejemplo, en el canal entre las Islas Británicas y el continente europeo, la amplitud de las mareas puede ser de 10 metros, en comparación con lo que se ve en el Pacífico, donde está por debajo de un metro.

La corteza terrestre también se ve afectada. El forzamiento de las mareas de la Luna y los rsquos provoca un calentamiento significativo y una disipación de energía. Parte de esta energía está calentando la Tierra y parte de ella se disipa al obligar a la Luna a alejarse de la Tierra con el tiempo. Hay personas que proponen que el efecto de marea de la Luna puede haber ayudado a desencadenar la convección en la Tierra que condujo a la tectónica de placas múltiples. Los otros planetas no tienen el mismo ciclo tectónico. Para la mayoría de ellos, la corteza es como una tapa que no se mueve mucho horizontalmente, y el magma y el calor son bloqueados por esta tapa en la superficie. En cambio, la Tierra tiene un movimiento convectivo rodante que arrastra la corteza, y luego la corteza vuelve a sumergirse en el manto y se recicla.

Hay algunos efectos muy sutiles de la Luna en el clima y los océanos. Un patrón que se ha encontrado recientemente está relacionado con el fenómeno del Océano Pacífico & rsquos El Ni & ntildeo. Tienes una corriente submarina fría que viene del mar Antártico, y eso crea la corriente Humboldt que mantiene el mar alrededor de la costa sudamericana cerca de Perú y Chile bastante frío. Debido a esto, hay menos nubes y menos precipitación allí. A veces, esta corriente se aleja de la costa y luego hay mucha más formación de nubes y un período de muy mal tiempo en América del Sur. Los satélites han monitoreado esta corriente sobre el Océano Pacífico y han encontrado algunas corrientes que no se conocían antes. Pueden conectar algunas de estas corrientes con la forma en que el efecto de marea de la Luna y los rsquos influye en la mezcla de las profundidades del océano. Hubo una misión franco-estadounidense llamada TOPEX / Poseidon que midió con precisión la altitud del mar y detectó un pequeño arroyo de unos pocos centímetros de altura. Eso no parece mucho, pero en toda el área del Océano Pacífico representa una gran cantidad de agua transferida de un lugar a otro.

Mapa que muestra las variaciones de las mareas en todo el mundo. Las áreas rojas representan grandes variaciones en el nivel del agua, las áreas moradas representan una variación de marea nula o muy baja. Haz click en la imagen para una vista mas grande.
Crédito de la imagen: Legos / CNRS.

Si quitaras la Luna de repente, cambiaría la altitud global del océano. En este momento hay una distorsión que se alarga alrededor del ecuador, por lo que si no tuviéramos este efecto, de repente se redistribuiría una gran cantidad de agua hacia las regiones polares.

La Luna ha sido un factor estabilizador del eje de rotación de la Tierra. Si miras a Marte, por ejemplo, ese planeta se ha tambaleado dramáticamente sobre su eje a lo largo del tiempo debido a la influencia gravitacional de todos los demás planetas del sistema solar. Debido a este cambio de oblicuidad, el hielo que ahora se encuentra en los polos de Marte a veces se desplaza hacia el ecuador. Pero la Tierra y la luna rsquos han ayudado a estabilizar nuestro planeta para que su eje de rotación permanezca en la misma dirección. Por esta razón, tuvimos mucho menos cambio climático que si la Tierra hubiera estado sola.Y esto ha cambiado la forma en que evolucionó la vida en la Tierra, permitiendo la aparición de organismos multicelulares más complejos en comparación con un planeta donde un cambio climático drástico permitiría que sobrevivieran solo organismos pequeños y robustos.

La Luna también ha influido en la biología de otras formas. Para las especies que viven cerca de la costa, la marea es un factor importante. Cuando miras las costas, puedes reconocer diferentes capas de organismos que se han adaptado a las condiciones del agua salada según el reflujo y el flujo de la marea.

La vista de muchos mamíferos es sensible a la luz de la luna. El nivel de adaptación de la visión nocturna sería muy diferente sin la Luna. Muchas de estas especies han evolucionado de tal manera que su visión nocturna podría funcionar incluso con iluminación lunar parcial, porque eso es cuando están más activas. Pero también pueden estar más sujetos a depredadores, por lo que existe un equilibrio entre su capacidad de ver y su capacidad de no ser visto. La Luna ha cambiado completamente la evolución en ese aspecto.

Las diversas fases de la Luna. A medida que la Luna orbita la Tierra, la cantidad de luz solar que se refleja en la superficie lunar cambia su apariencia. Cuando la Tierra está entre el Sol y la Luna, vemos una luna llena cuando la Luna está entre el Sol y la Tierra, vemos una luna nueva. Haz click en la imagen para una vista mas grande.

La visión humana es tan sensible que casi podemos trabajar a la luz de la Vía Láctea. La luna llena tiene más luz de la que necesitamos ver de noche. Durante la mayor parte de nuestra historia, estuvimos cazando y pescando o haciendo agricultura, y organizamos nuestras vidas usando la Luna. Determinaba el momento de la caza o el momento en que podíamos cosechar. Esa es la razón por la que la mayoría de nuestros calendarios se basan en la Luna.

En un taller reciente llamado "Relaciones Tierra-Luna", los psicólogos discutieron la relación entre las fases lunares y varios aspectos de la vida. Hubo una correlación muy interesante, no con el nacimiento de los niños, sino con el momento de la concepción. Quizás eso se deba a algún valor social o sentimental de la Luna. Tendemos a olvidar el impacto que tiene la Luna en nuestras vidas porque usamos luces eléctricas, pero durante la mayor parte de nuestra historia tuvimos que adaptar nuestro comportamiento a las fases lunares.

Finalmente, la Luna tuvo un papel clave en el surgimiento de la ciencia y en nuestra comprensión de nuestro lugar en el universo. Vimos la repetición de los fenómenos de las fases lunares, y observamos eclipses solares y lunares. Estos fueron grandes desafíos para nuestra comprensión de la naturaleza, y algunos astrónomos fueron ejecutados porque no eran capaces de predecir los eclipses. Esto nos desafió a desarrollar predicciones precisas para el movimiento del sol y el movimiento de la Luna.

El estudio de la Luna nos ayudó a determinar las distancias en el sistema solar y el tamaño de los objetos celestes. Al estudiar las fases lunares, por ejemplo, las personas pudieron determinar qué tan lejos está la Luna de la Tierra, el tamaño de la Tierra y nuestra distancia del sol. Más recientemente, la Luna fue el terreno donde tuvo lugar la carrera espacial entre dos sistemas políticos, lo que permitió grandes logros técnicos y científicos. La Luna ha inspirado a la humanidad a aprender a viajar al espacio y a traer vida más allá de la Tierra y la cuna de los rsquos.


Declive social

46. ​​Las dimensiones sociales del cambio global incluyen los efectos de las innovaciones tecnológicas en el empleo, la exclusión social, distribución y consumo inequitativo de energía y otros servicios, ruptura social, aumento de la violencia y aumento de nuevas formas de agresión social, narcotráfico, creciente consumo de drogas por parte de los jóvenes y pérdida de identidad. Son señales de que el crecimiento de los dos últimos siglos no siempre ha conducido a un desarrollo integral y una mejora de la calidad de vida.

Algunos de estos signos también son sintomáticos de decadencia social real, ruptura silenciosa de los lazos de integración y cohesión social.

Los medios y el mundo digital se vuelven omnipresentes: su influencia puede impedir que las personas aprendan a vivir sabiamente, a pensar profundamente y a amar con generosidad. La verdadera sabiduría, como fruto del autoexamen, el diálogo y el encuentro generoso entre las personas, no se adquiere por una mera acumulación de datos que eventualmente conduce a la sobrecarga y la confusión, una suerte de contaminación mental.. Las relaciones reales con los demás ahora tienden a ser reemplazadas por la comunicación por Internet. Los medios de comunicación de hoy nos permiten comunicarnos y compartir nuestros conocimientos y afectos. Sin embargo, a veces también nos protegen del contacto directo con el dolor, los miedos y las alegrías de los demás y la complejidad de sus experiencias personales.


La Zona Habitable Galáctica

La zona habitable galáctica (GHZ) es el equivalente galáctico del HZ estelar tradicional y es la región dentro de la Vía Láctea donde el agua líquida podría ser estable en una superficie planetaria y la vida animal puede ser sustentada [30]. El trabajo posterior cuantificó aún más la GHZ en función de la edad estelar, la metalicidad y la distancia galocéntrica [31] (Figura 4). Por ejemplo, demasiado cerca del centro galáctico, las supernovas mortales y los estallidos de rayos gamma son mucho más abundantes. Del mismo modo, si la estrella está demasiado lejos o demasiado vieja, es poco probable que el sistema posea los elementos más pesados ​​que son necesarios para producir planetas rocosos.

Ward y Brownlee habían aplicado la GHZ para argumentar que nuestro sistema solar está ubicado en una región muy especial donde estos factores son los adecuados para que surjan animales y seres como nosotros. Incluso si esto fuera cierto, sin embargo, uno debe tener en cuenta que nuestra galaxia Vía Láctea se extiende

100.000 años luz y contiene algunos cientos de miles de millones de estrellas. Esto aún significaría que hay muchos millones de estrellas ubicadas a unos pocos cientos de años luz de nuestro Sol, lo que brinda una amplia oportunidad para que la vida, incluso la vida compleja, se encuentre dentro de nuestro vecindario solar. Además, los telescopios recientes, como Kepler, están diseñados para observar planetas que no están a más de un par de miles de años luz de nuestro sistema solar, lo que estaría bien dentro de las regiones GHZ que son más favorables para la vida.

Figura 4: La zona habitable galáctica [30]. Nuestro Sol se encuentra dentro de la región galáctica más adecuada para la vida. Figura reproducida de ref: 31.


Singularidad del sistema Galaxy-Sol-Tierra-Luna para soporte vital

  1. tamaño de la galaxia (9) (p = 0,1)
    si es demasiado grande: la infusión de gas y estrellas perturbaría la órbita del sol y provocaría erupciones galácticas mortales
    si es demasiado pequeño: la infusión de gas sería insuficiente para mantener la formación de estrellas el tiempo suficiente para que se forme vida
  2. tipo de galaxia (7) (p = 0,1)
    si es demasiado elíptica: la formación de estrellas cesaría antes de que se formaran suficientes elementos pesados ​​para la química de la vida
    si es demasiado irregular: la exposición a la radiación sería demasiado severa (a veces) y los elementos pesados ​​esenciales para la vida no se formarían
  3. ubicación de la galaxia (9) (p = 0,1)
    si está demasiado cerca del denso cúmulo de galaxias: la galaxia sería gravitacionalmente inestable, por lo tanto, inadecuada para la vida
    si está demasiado cerca de grandes galaxias: mismo resultado
  4. erupciones de supernovas (8) (p = 0,01)
    si demasiado cerca: la radiación exterminaría la vida
    si es demasiado lejos: muy poco & quot; ceniza & quot estaría disponible para que se formaran planetas rocosos
    si es muy poco frecuente: mismo resultado
    si es demasiado frecuente: la radiación exterminaría la vida
    si es demasiado pronto: muy poco & quot; ceniza & quot estaría disponible para que se formaran planetas rocosos
    si es demasiado tarde: la radiación exterminaría la vida
  5. binarios de enanas blancas (8) (p = 0.01)
    si son muy pocos: no existiría suficiente flúor para la química de la vida
    si demasiados: las órbitas de los planetas que soportan vida se verían interrumpidas, la vida sería exterminada
    si es demasiado pronto: no existiría suficiente flúor para la química de la vida
    si es demasiado tarde: el flúor llegaría demasiado tarde a la química de la vida
  6. proximidad de la nebulosa solar a la erupción de una supernova (9)
    si mas lejos: elementos pesados ​​insuficientes serían atraídos por la química de la vida
    si mas cerca: la nebulosa estallaría en pedazos
  7. momento de la formación de la nebulosa solar en relación con la erupción de la supernova (9)
    si antes: la nebulosa estallaría en pedazos
    si mas tarde: la nebulosa no atraería suficientes elementos pesados ​​para la química de la vida
  8. distancia de la estrella madre desde el centro de la galaxia (9) (p = 0,2)
    si mayor: elementos pesados ​​insuficientes estarían disponibles para la formación de planetas rocosos
    si es menor: la radiación sería demasiado intensa para la vida la densidad estelar perturbaría las órbitas planetarias, haciendo la vida imposible
  9. distancia de la estrella madre desde el brazo espiral más cercano (9) (p = 0,1)
    si es demasiado pequeño: la radiación de otras estrellas sería demasiado intensa y la densidad estelar perturbaría las órbitas de los planetas con vida
    si es demasiado grande: la cantidad de elementos pesados ​​sería insuficiente para la formación de planetas con vida útil
  10. rango del eje z de la órbita de la estrella (9) (p = 0.1)
    si es demasiado ancho: la exposición a la radiación dañina del núcleo galáctico sería demasiado grande
  11. número de estrellas en el sistema planetario (10) (p = 0,2)
    si mas de uno: las interacciones de las mareas harían que las órbitas de los planetas que soportan vida sean demasiado inestables para la vida
    si menos de uno: ninguna fuente de calor estaría disponible para la química de la vida
  12. fecha de nacimiento de la estrella principal (9) (p = 0,2)
    si es mas reciente: la quema de estrellas aún sería inestable, el sistema estelar contendría demasiados elementos pesados ​​para la química de la vida
    si es menos reciente: el sistema estelar contendría elementos pesados ​​insuficientes para la química de la vida
  13. edad estrella de los padres (9) (p = 0,4)
    si es mayor: la luminosidad de las estrellas sería demasiado errática para el soporte vital
    si es más joven: mismo resultado
  14. masa de la estrella madre (10) (p = 0,001)
    si mayor: la luminosidad de la estrella sería demasiado errática y la estrella se quemaría demasiado rápido para sostener la vida
    si es menor: la zona de soporte vital sería demasiado estrecho el período de rotación del planeta sustentable sería demasiado largo La radiación ultravioleta sería insuficiente para la fotosíntesis
  15. Metalicidad de la estrella madre (9) (p = 0,05)
    si es muy poco: existirían elementos pesados ​​insuficientes para la química de la vida
    si es demasiado grande: la radiactividad sería demasiado intensa para la vida, las concentraciones de elementos pesados ​​serían venenosas para la vida
  16. color de la estrella madre (9) (p = 0,4)
    si mas rojo: la respuesta fotosintética sería insuficiente para mantener la vida
    si es más azul: mismo resultado
  17. Producción de H3 + (23) (p = 0,1)
    si es muy poco: las moléculas simples esenciales para la formación de planetas y la química de la vida nunca se formarían
    si es demasiado grande: los planetas se formarían en el momento y lugar equivocados para la vida
  18. luminosidad de la estrella madre (11) (p = 0.0001)
    si aumenta demasiado pronto: se desarrollaría un efecto invernadero desbocado
    si aumenta demasiado tarde: se desarrollaría una glaciación descontrolada
  19. gravedad superficial (gobierna la velocidad de escape) (12) (p = 0.001)
    si mas fuerte: la atmósfera del planeta retendría demasiado amoníaco y metano de por vida
    si es más débil: la atmósfera del planeta perdería demasiada agua para la vida
  20. distancia de la estrella madre (13) (p = 0,001)
    si mayor: el planeta sería demasiado frío para un ciclo del agua estable
    si es menor: el planeta estaría demasiado caliente para un ciclo del agua estable
  21. inclinación de la órbita (22) (p = 0,5)
    si es demasiado grande: el rango de temperatura en la superficie del planeta sería demasiado extremo para la vida
  22. excentricidad orbital (9) (p = 0.3)
    si es demasiado grande: el rango de temperatura estacional sería demasiado extremo para la vida
  23. inclinación axial (9) (p = 0,3)
    si mayor: las diferencias de temperatura de la superficie serían demasiado grandes para sustentar diversas formas de vida
    si es menor: mismo resultado
  24. tasa de cambio de inclinación axial (9) (p = 0.01)
    si mayor: los cambios climáticos y de temperatura serían demasiado extremos para la vida
  25. período de rotación (11) (p = 0,1)
    si mas: las diferencias de temperatura diurnas serían demasiado grandes para la vida
    si es más corto: las velocidades del viento atmosférico serían demasiado grandes para la vida
  26. tasa de cambio en el período de rotación (14) (p = 0.05)
    si mas rapido: el cambio en la variación de temperatura de día a noche sería demasiado extremo para una vida sostenida
    si es menos rápido: el cambio en la variación de temperatura de día a noche sería demasiado lento para el desarrollo de la vida avanzada
  27. edad del planeta (9) (p = 0,1)
    si es demasiado joven: el planeta rotaría demasiado rápido para la vida
    si es demasiado viejo: el planeta rotaría demasiado lento para la vida
  28. campo magnético (20) (p = 0.01)
    si mas fuerte: las tormentas electromagnéticas serían demasiado severas
    si es más débil: la superficie planetaria y la capa de ozono estarían inadecuadamente protegidas de la fuerte radiación solar y estelar
  29. espesor de la corteza (15) (p = 0.01)
    si mayor: la corteza robaría a la atmósfera el oxígeno necesario para la vida
    si es menor: la actividad volcánica y tectónica sería destructiva para la vida
  30. albedo (relación entre la luz reflejada y la cantidad total que cae sobre la superficie) (9) (p = 0,1)
    si mayor: se desarrollaría una glaciación descontrolada
    si menos: se desarrollaría un efecto invernadero desbocado
  31. Tasas de colisión de asteroides y cometas (9) (p = 0,1)
    si mayor: los equilibrios de los ecosistemas se destruirían
    si menos: la corteza contendría muy poco de ciertos elementos esenciales para la vida
  32. masa del cuerpo que choca con la tierra primordial (9) (p = 0,002)
    si mayor: La órbita y la forma de la Tierra estarían demasiado perturbadas para la vida
    si es menor: La atmósfera de la Tierra sería demasiado espesa para la vida, la luna sería demasiado pequeña para cumplir su función de sostén de la vida
  33. momento de la colisión anterior (9) (p = 0.05)
    si antes: La atmósfera de la Tierra sería demasiado espesa para la vida, la luna sería demasiado pequeña para cumplir su función de sostén de la vida
    si mas tarde: La atmósfera de la Tierra sería demasiado delgada para la vida, el sol sería demasiado luminoso para la vida posterior
  34. Relación de oxígeno a nitrógeno en la atmósfera (25) (p = 0,1)
    si mayor: las funciones de vida avanzadas se realizarían con demasiada rapidez
    si es menor: las funciones avanzadas de la vida avanzarían demasiado lentamente
  35. nivel de dióxido de carbono en la atmósfera (21) (p = 0.01)
    si mayor: se desarrollaría un efecto invernadero desbocado
    si menos: las plantas no podrían mantener una fotosíntesis eficiente
  36. cantidad de vapor de agua en la atmósfera (9) (p = 0.01)
    si mayor: se desarrollaría un efecto invernadero desbocado
    si menos: las precipitaciones serían demasiado escasas para la vida terrestre avanzada
  37. tasa de descarga eléctrica atmosférica (9) (p = 0,1)
    si mayor: los incendios serían demasiado frecuentes y generalizados de por vida
    si menos: muy poco nitrógeno se fijaría en la atmósfera
  38. cantidad de ozono en la atmósfera (9) (p = 0.01)
    si mayor: las temperaturas de la superficie serían demasiado bajas para la vida Radiación UV insuficiente para la vida
    si menos: las temperaturas de la superficie serían demasiado altas para la vida, la radiación ultravioleta sería demasiado intensa para la vida
  39. cantidad de oxígeno en la atmósfera (9) (p = 0.01)
    si mayor: las plantas y los hidrocarburos se quemarían con demasiada facilidad, desestabilizando el ecosistema de la Tierra
    si menos: los animales avanzados tendrían muy poco para respirar
  40. actividad sísmica (16) (p = 0,1)
    si mayor: la vida se destruiría el ecosistema se dañaría
    si menos: los nutrientes en los fondos oceánicos de la escorrentía de los ríos no se reciclarían a los continentes a través de la tectónica no se liberaría suficiente dióxido de carbono a partir de la acumulación de carbonato
  41. actividad volcánica (26)
    si es menor: cantidades insuficientes de dióxido de carbono y vapor de agua serían devueltas a la atmósfera, la mineralización del suelo sería insuficiente para el soporte vital avanzado
    si es mas alto: la vida avanzada se destruiría el ecosistema se dañaría
  42. tasa de disminución de la actividad tectónica (26) (p = 0,1)
    si mas lento: las condiciones de la corteza serían demasiado inestables para una vida avanzada
    si mas rapido: los nutrientes de la corteza serían inadecuados para una vida terrestre sostenida
  43. tasa de disminución de la actividad volcánica (9) (p = 0,1)
    si mas lento: las condiciones de la corteza y la superficie no serían adecuadas para una vida terrestre sostenida
    si mas rapido: los nutrientes de la corteza y la superficie serían inadecuados para una vida terrestre sostenida
  44. relación océanos-continentes (11) (p = 0,2)
    si mayor: la diversidad y complejidad de las formas de vida serían limitadas
    si es más pequeño: mismo resultado
  45. tasa de cambio en la relación océanos / continentes (9) (p = 0,1)
    si es más pequeño: la superficie terrestre sería insuficiente para la vida avanzada
    si mayor: el cambio sería demasiado radical para que la vida avanzada sobreviva
  46. distribución de continentes (10) (p = 0.3)
    si demasiado en el hemisferio sur: los aerosoles de sal marina serían insuficientes para estabilizar la temperatura de la superficie y el ciclo del agua el aumento de las diferencias estacionales limitaría los hábitats disponibles para la vida terrestre avanzada
  47. frecuencia y extensión de las edades de hielo (9) (p = 0,1)
    si es menor: La superficie de la Tierra carecería de valles fértiles esenciales para la vida avanzada. Las concentraciones de minerales serían insuficientes para la vida avanzada.
    si mayor: La Tierra experimentaría una congelación descontrolada
  48. mineralización del suelo (9) (p = 0.1)
    si los nutrientes son más pobres: la diversidad y complejidad de las formas de vida serían limitadas
    si es más rico en nutrientes: mismo resultado
  49. interacción gravitacional con una luna (17) (p = 0.1)
    si mayor: los efectos de las mareas en los océanos, la atmósfera y el período de rotación serían demasiado graves para la vida
    si es menor: los cambios en la oblicuidad orbital causarían inestabilidades climáticas el movimiento de nutrientes y vida de los océanos a los continentes y viceversa sería insuficiente para la vida el campo magnético sería demasiado débil para proteger la vida de radiaciones peligrosas
  50. Distancia de Júpiter (18) (p = 0,1)
    si mayor: Júpiter no podría proteger a la Tierra de las frecuentes colisiones de asteroides y cometas
    si es menor: La gravedad de Júpiter desestabilizaría la órbita de la Tierra
  51. Masa de Júpiter (19) (p = 0,1)
    si mayor: La gravedad de Júpiter desestabilizaría la órbita 9 de la Tierra
    si es menor: Júpiter no podría proteger a la Tierra de las colisiones de asteroides y cometas
  52. deriva en distancias (mayores) de planetas (9) (p = 0,1)
    si mayor: La órbita de la Tierra se desestabilizaría
    si menos: las colisiones de asteroides y cometas serían demasiado frecuentes para la vida
  53. excentricidades orbitales de los planetas mayores (18) (p = 0.05)
    si mayor: La órbita de la Tierra se sacaría de la zona de soporte vital
  54. inestabilidades orbitales planetarias importantes (9) (p = 0,1)
    si mayor: La órbita de la Tierra se sacaría de la zona de soporte vital
  55. presión atmosférica (9) (p = 0,1)
    si es más pequeño: el agua líquida se evaporaría con demasiada facilidad y se condensaría con poca frecuencia para mantener la vida
    si mayor: la evaporación de agua líquida inadecuada para sustentar la vida la luz solar insuficiente alcanzaría la superficie de la Tierra la radiación ultravioleta insuficiente alcanzaría la superficie de la Tierra
  56. transparencia atmosférica (9) (p = 0,01)
    si mayor: un rango demasiado amplio de longitudes de onda de radiación solar llegaría a la superficie de la Tierra como soporte vital
    si es menor: un rango demasiado estrecho de longitudes de onda de radiación solar llegaría a la superficie de la Tierra como soporte vital
  57. cantidad de cloro en la atmósfera (9) (p = 0,1)
    si mayor: la tasa de erosión y la acidez de los ríos, lagos y suelos sería demasiado alta para la mayoría de las formas de vida, las tasas metabólicas serían demasiado altas para la mayoría de las formas de vida.
    si es menor: la tasa de erosión y la acidez de los ríos, lagos y suelos serían demasiado bajas para la mayoría de las formas de vida, las tasas metabólicas serían demasiado bajas para la mayoría de las formas de vida
  58. cantidad de hierro en océanos y suelos (9) (p = 0.1)
    si mayor: el envenenamiento por hierro destruiría la vida avanzada
    si es menor: la comida para mantener una vida avanzada sería insuficiente
    si es muy pequeño: ninguna vida seria posible
  59. cantidad de ozono troposférico (9) (p = 0.01)
    si mayor: los animales avanzados experimentarían insuficiencia respiratoria los rendimientos de los cultivos serían inadecuados para la vida avanzada Las especies sensibles al ozono no podrían sobrevivir
    si es más pequeño: el smog bioquímico obstaculizaría o destruiría la mayor parte de la vida
  60. cantidad de ozono estratosférico (9) (p = 0,01)
    si mayor: no llegaría suficiente radiación LTV a la superficie de la Tierra para producir alimentos y vitaminas esenciales para la vida
    si es menor: demasiada radiación LTV llegaría a la superficie de la Tierra, provocando cánceres de piel y reduciendo el crecimiento de las plantas
  61. cantidad de ozono mesosférico (9) (p = 0.01)
    si mayor: la circulación y la química de los gases mesosféricos perturbarían la abundancia relativa de gases esenciales para la vida en la atmósfera inferior
    si es menor: mismo resultado
  62. frecuencia y extensión de los incendios forestales y de pastos (24) (p = 0,01)
    si mayor: la vida avanzada sería imposible
    si es menor: la acumulación de inhibidores del crecimiento, combinada con una nitrificación insuficiente, haría que el suelo no fuera adecuado para la producción de alimentos
  63. cantidad de azufre del suelo (9) (p = 0,1)
    si mayor: las plantas serían destruidas por las toxinas del azufre, la acidez del suelo y la alteración del ciclo del nitrógeno
    si es menor: las plantas morirían a partir de Un compuesto orgánico hecho de aminoácidos dispuestos en una cadena lineal, unidos por enlaces peptídicos entre los grupos carboxilo y amino de los residuos de aminoácidos adyacentes. deficiencia proteica
  64. Relación de biomasa a caída de cometas (9) (p = 0.01)
    si mayor: los gases de efecto invernadero disminuirían, provocando una congelación descontrolada
    si es menor: los gases de efecto invernadero se acumularían, provocando un efecto invernadero desbocado
  65. cantidad de azufre en el núcleo del planeta (9) (p = 0,1)
    si mayor: el núcleo interno sólido nunca se formaría, interrumpiendo el campo magnético
    si es más pequeño: la formación del núcleo interno sólido comenzaría demasiado pronto, lo que haría que creciera demasiado rápida y extensamente, interrumpiendo el campo magnético
  66. cantidad de aerosoles de sal marina (9) (p = 0,1)
    si mayor: la formación de nubes excesiva y demasiado rápida sobre los océanos alteraría el equilibrio del clima y la temperatura atmosférica
    si es más pequeño: formación de nubes insuficiente, por lo tanto, el ciclo inadecuado del agua altera los equilibrios de temperatura atmosférica y, por lo tanto, el clima
  67. factores de dependencia (estimación 100.000.000.000)
  68. requisitos de longevidad (estimado .00001)

Probabilidad total = 1:10 99

Haga clic aquí para ver estos parámetros en formato de tabla.

Tomado de Big Bang refinado por el fuego por el Dr. Hugh Ross, 1998. Razones para creer, Pasadena, CA.

Al juntar las probabilidades de que cada una de estas características de diseño ocurran por casualidad, podemos calcular la probabilidad de la existencia de un planeta como la Tierra. Esta probabilidad es 1 posibilidad entre 10 99. Dado que se estima que hay un máximo de 10 23 planetas en el universo (10 planetas / estrella, ver nota a continuación), por casualidad no debería haber planetas capaces de albergar vida en el universo (solo una posibilidad en 10 76) . ¿Diseño o casualidad?

¿No creemos TODOS en los milagros?

Nota: Lo más probable es que se trate de una gran sobreestimación. En un estudio reciente del cúmulo globular 47 Tucanae, los científicos encontraron cero planetas extrasolares de las 37.000 estrellas buscadas (Los astrónomos ponderan la falta de planetas en el cúmulo globular del telescopio espacial Hubble).

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