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  • El origen de la vida

    Por Walter Bradley

    Introducción

    Antony Flew, un profesor de filosofía británico y campeón del ateísmo por más de medio siglo, cambió de opinión y se convirtió en deísta a la edad de ochenta y un años. En una entrevista telefónica para ABC News (9/dic/2004), Flew indicó que "una superinteligencia es la única explicación plausible para el origen de la vida y la complejidad de la naturaleza". En el New York Times (13/jun/2000), Nicholas Wade resumió con las  siguientes palabras el estado actual de las teorías relacionadas con el origen de la vida: "Es una pesadilla tratar de explicar los procesos químicos de la primera vida. Nadie ha desarrollado aún una explicación plausible para mostrar cómo las primeras sustancias biológicas -se piensa que fueron ácidos ribonucleicos (ARN)- podrían haberse construido a sí mismas a partir de las sustancias inorgánicas que posiblemente existieron durante las primeras fases de la Tierra. El ensamblaje espontáneo de una pequeña molécula de ARN en la Tierra primitiva 'habría sido casi un milagro', declararon el año pasado dos expertos en la materia". ¿Qué aspecto del origen de la vida ha confundido a los científicos hasta el punto de persuadir a los ateos de convertirse en deístas o teístas? ¿Por qué se considera que el origen de la vida es uno de los "grandes misterios no resueltos de la ciencia" (Discover 1993)?

    Entre las capacidades mínimas necesarias para el correcto funcionamiento de un sistema vivo se encuentran el procesamiento de energía, el almacenamiento de información y la duplicación. Lila Gatlin captura la esencia del problema al hacer notar que la vida puede definirse operacionalmente como un sistema con la capacidad de almacenar y procesar información esencial para su propia reproducción. Estas operaciones biológicas se hacen posibles mediante moléculas muy complejas tales como el ADN, el ARN y las proteínas. En este ensayo, me gustaría explorar el "milagro del origen de la vida" echando un vistazo a la complejidad molecular esencial para la vida, e indicando por qué es tan difícil que leyes naturales ciegas (algunas veces llamadas casualidad y necesidad) puedan explicar el origen de estas notables moléculas biológicas.

    La Información y las Moléculas Biológicas

    Las proteínas, el ARN y el ADN son largas cadenas  de polímeros. El "-mero" de "polímero" significa bloque de construcción y "poli" significa "muchos". La molécula de proteína es un polímero generalmente compuesto por unos cien a trescientos bloques de construcción llamados aminoácidos. Hay veinte tipos distintos de  aminoácidos en las proteínas (la figura 1 muestra cinco de ellos). Estos aminoácidos reaccionan químicamente para formar cadenas largas (polímeros), las cuales a su vez forman estructuras tridimensionales, como se observa en la figura 2. Esta estructura distintiva permite que varias proteínas sirvan como catalizadores, acelerando en un millón de veces las reacciones químicas en los sistemas vivos.

    glicina  valina  cistina  histidina triptófano

    Figura 1. Esquemas de cinco aminoácidos


    Figura 2. Cadena polimérica doblada que forma una estructura proteínica tridimensional

    La secuencia de los veinte tipos diferentes de aminoácidos determina la forma de la estructura tridimensional. Sólo una pequeñísima fracción de las secuencias posibles de aminoácidos dan por resultado estructuras tridimensionales útiles desde el punto de vista biológico. De hecho, se ha predicho teóricamente, y se ha demostrado experimentalmente, que las probabilidades de obtener la secuencia correcta de aminoácidos para una proteína como el citocromo C son de 1:1060. ¿Cómo es posible, entonces, que las proteínas se formen con éxito a partir de los aminoácidos de las células?

    Las moléculas de ADN y ARN son la clave para obtener las notables secuencias de aminoácidos de las proteínas que habilitan las funciones biológicas más importantes de las células. El ADN está codificado con información que puede dar secuencia a los aminoácidos en varias proteínas para un organismo dado. La molécula de m-ARN recibe su información codificada del ADN y luego sirve como plantilla para obtener la secuencia exacta de aminoácidos y producir más de 300 proteínas funcionales distintas. Podemos pensar en el ADN como si fuera el "cerebro computacional" de cada célula, el cual controla la secuencia de aminoácidos en 300 o más proteínas distintas, las cuales a su vez controlan los procesos químicos necesarios para la vida de la célula. Para formar una molécula de ADN con la información codificada para una bacteria de E. coli se requerirían 4,600,000 instrucciones, o el equivalente a 800 páginas de información. Así que aunque esto resuelve el problema del origen de la información necesaria para dar secuencia (o codificar) varias proteínas, no resuelve el misterio del origen de esta inmensa cantidad de información, sólo lo transfiere al ADN (o posiblemente al ARN del primer sistema vivo). El origen de la gran cantidad de información del ADN, expresada en la sorprendente complejidad molecular esencial para la vida, es el enigma central de la biogénesis.

    Formación del ADN, el ARN y las Proteínas bajo Condiciones Prebióticas

    Las moléculas de ADN se reproducen a sí mismas (con la ayuda de las proteínas) y, asistidas por el ARN, codifican las diferentes secuencias de aminoácidos dentro de las proteínas que hacen posible el uso eficiente de la energía por parte de los sistemas vivos. De esta forma, el ADN, el ARN y las proteínas habilitan las funciones necesarias para la vida: a saber, el almacenamiento de información, la duplicación y la utilización eficiente de la energía. Pero, ¿cómo se produjeron originalmente el ADN, el ARN y las proteínas? Durante más de 50 años, las investigaciones sobre el origen de la vida han tratado de contestar esta pregunta. ¿Qué hemos aprendido?

    Las investigaciones sobre el origen de la vida iniciaron en 1950 con el intento de sintetizar químicamente los bloques moleculares básicos para las proteínas y el ADN, entre ellos varios aminoácidos, bases y azúcares. El éxito temprano de Miller y Urey en la fabricación de estos bloques moleculares (supuestamente bajo condiciones similares a las de las primeras fases de la existencia de la Tierra) se vino abajo en la década de 1980, cuando se determinó que la atmósfera primitiva de la Tierra nunca fue rica en metano, amoníaco ni hidrógeno (los gases utilizados en los experimentos de los dos científicos). Sólo utilizando un proceso químico prebiótico plausible es posible producir cantidades minúsculas de aminoácidos y ribosa (cierto tipo de azúcar). Hoy el origen de estos bloques esenciales de la vida sigue siendo un misterio.

    Un segundo problema es que en el mundo prebiótico los bloques de construcción pueden haber estado rodeados de muchas otras sustancias altamente reactivas, por lo que la reacción de los bloques con dichas sustancias sería más rápida que la reacción de unos bloques con otros. A menos que se hayan evitado de alguna forma estas reacciones secundarias destructivas, la aparición del ADN, el ARN o las proteínas sería imposible.

    Un tercer problema es el armado de las cadenas de polímeros a partir de los bloques. Por ejemplo, los aminoácidos pueden unirse (mediante reacciones químicas) en varias formas, pero sólo una de estas formas de unión de las moléculas de aminoácidos adyacentes (enlaces químicos llamados péptidos) da por resultado una cadena de polímero con función proteínica, como se ve en la figura 3. Similarmente, se necesitan de tres a cinco enlaces de fosfodiester, pero entre dos y cinco enlaces dominan la polimerización de los poli nucleótidos, el primer paso en la formación del ADN y el ARN.

    Figura 3. Enlaces peptídicos unen aminoácidos en una cadena de polímero

    Un cuarto desafío resulta del hecho de que los aminoácidos y los azúcares vienen en versión derecha o izquierda (las estructuras son iguales excepto porque son como reflejos de espejo, como se ve en la figura 4). Ambas versiones de aminoácidos reaccionan con la misma rapidez, pero los sistemas vivos sólo tienen aminoácidos izquierdos y azúcares derechos. ¿Cómo es posible que podamos obtener 100 ó más aminoácidos izquierdos de una mezcla que contiene igual concentración de izquierdos que de derechos? Este problema se ha estudiado mucho, pero la explicación sigue siendo escurridiza.

    Figura 4. Aminoácidos izquierdo y derecho: imágenes de espejo

    Además de los problemas para producir los bloques bajo condiciones prebióticas plausibles, evitar reacciones secundarias fatales y lograr que los bloques encuentren la cantidad necesaria de aminoácidos izquierdos y azúcares derechos para ensamblarlos, el problema más desafiante del escenario del origen de la vida es obtener la secuencia correcta de aminoácidos en las proteínas, y de bases en el ADN, para producir información que dé lugar a funciones biológicas. Como se mencionó anteriormente, la información codificada del ADN de la bacteria E-coli llenaría 800 páginas. Aunque algunas veces se argumenta que esto puede llegar a suceder debido a algún tipo de selección química, ninguna selección es posible en sistemas moleculares aún sin la capacidad de duplicarse con ciertos errores ocasionales que den lugar a funciones con alguna ventaja selectiva. El ADN, el ARN o las proteínas funcionales podrían mejorar gradualmente por selección al irse modificando los errores de duplicación, pero esto tiene poca importancia en moléculas que no sean suficientemente complejas para dar lugar al menos a una función mínima. Estamos hablando de la versión molecular del antiguo problema: ¿qué fue primero, el huevo o la gallina?

    Resumen

    Michael Behe ha argumentado a favor de la existencia de obstáculos irreduciblemente complejos que un proceso evolutivo impulsado por la selección natural no podría sortear: por ejemplo, el desarrollo simultáneo de los diferentes componentes de un sistema no ofrece ninguna ventaja selectiva hasta que cada uno de ellos se ha desarrollado y alcanzado un nivel más bien avanzado, cuando todos pueden funcionar como un sólo sistema. Parecería que el origen de la vida es un ejemplo de obstáculo irreduciblemente complejo en la metanarrativa del génesis y desarrollo de los sistemas vivos. La información expresada en forma de complejidad molecular no puede desarrollarse al azar y por necesidad, sino que requiere una causa inteligente... un diseñador inteligente... un Dios Creador.

    RESUMEN BIOGRÁFICO: Walter Bradley, anteriormente profesor y jefe del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad A&M de Texas, es profesor distinguido en la Universidad Baylor. Recibió su doctorado en Ciencia Materialista de la Universidad de Texas en Austin. Además de publicar más de 150 artículos técnicos en diarios revisados por colegas y actas de conferencias sobre ciencia e ingeniería materialista, ha sido coautor de varias obras seminales sobre el origen de la vida, incluyendo un artículo en Debating Design: From Darwin to DNA [Debatiendo el Diseño: Desde Darwin hasta el ADN] (editado por William Dembski y Michael Ruse) y el libro The Mystery of Life's Origin [El Misterio del Origen de la Vida] publicado originalmente por Philosophical Library. Hasta hoy, éste último sigue siendo el texto más vendido y avanzado sobre el origen de la vida.