Psi Punset - Cia De La Vida

http://www.rtve.es/tve/b/redes/semanal/prg408/entre408.pdf 408 15-10-2006 Emergencia de la Vida Definir la vida es algo tremendamente difícil. Sólo tenemos una muestra: la vida que ha evolucionado en nuestro planeta. Nuestro vocabulario tampoco nos ayuda mucho. Conocemos los adjetivos “vivo”, e “inerte”; las plantas y las piedras. Pero hay que mantener la mente abierta, ampliar nuestro vocabulario: tiene que haber muchas formas intermedias y relaciones insospechadas. El origen de la vida sigue siendo una de las principales cuestiones sin resolver de la ciencia. Y en realidad es solo un paso más en la tendencia del universo a pasar de la simplicidad extrema (de meros átomos de hidrógeno) a través de los elementos, a través de las estrellas, a través de los planetas, a la vida, a la inteligencia, al pensamiento. Un universo que empieza a conocerse a sí mismo, a reflexionar sobre su origen. Robert Hazen En Washington DC, la Capital de Estados Unidos, se encuentra el laboratorio de Geofísica de la Carnegie Institution. Ahí investiga el geólogo Robert Hazen, intentando arrojar un poco de luz sobre el origen de la vida. En su libro “Genesis”, Hazen se centra en el papel que tuvieron los minerales en la emergencia de la vida. Muchas preguntas siguen abiertas y Hazen se acerca a ellas desde la ciencia más experimental. Juan Pérez Mercader y Ricardo Amils del Centro de Astrobiología de Madrid nos ayudarán a profundizar en las incógnitas de un campo que es perfecto para comprender el proceso dinámico de la ciencia. REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 1 Robert Hazen:

Nos gusta pensar en las cosas como vivas o inertes. Una roca no está viva; una planta, sí. Pero puede que sea más sutil, que no sea sólo una dicotomía. Nos resulta extremadamente difícil definir la vida: ¡sólo tenemos una muestra! Todas las cosas que encontramos en la Tierra son, bioquímicamente, muy similares. Todas tienen proteínas, todas tienen ADN y ARN, todas tienen membranas celulares… las células individuales son los ladrillos con los que se construye la vida. Quizá haya otras formas de vida en otros lugares del universo que sean fundamentalmente diferentes: químicamente diferentes, físicamente diferentes. No lo sabemos, ¡porque sólo tenemos una muestra! ¿Y cómo se puede definir algo de lo que sólo tienes un ejemplar? Sabemos cómo es la vida en la Tierra, podemos describirla. Pero no sabemos cómo es la vida en otras partes, ni cómo se pasó de la simplicidad a la complejidad del mundo actual.

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Robert Hazen: ¿Qué es la vida? ¿Qué es la vida? Es una de las preguntas más difíciles de toda la biología. Hay millones y millones de biólogos en el mundo y, sin embargo, no existe ninguna definición simple y consensuada de qué es la vida, qué es lo que estudian los biólogos. La dificultad estriba en que hay muchas maneras distintas de analizar la vida. Si vas a una conferencia sobre el origen de la vida, escucharás a expertos de distintos ámbitos, cada uno de los cuales define la vida según su propio interés especial. Hay gente que estudia los lípidos (que son las moléculas que forman las membranas celulares), y para ellos el origen de la vida se produce cuando surge la primera membrana celular. Luego hay otra gente que estudia genética, analiza el ADN y el ARN, el material genético; y para ellos el origen de la vida es cuando apareció la primera molécula genética, el primer ARN, por REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 2 ejemplo. Y hay otra gente con otra definición: todo depende de dónde provenga cada uno. Parece que la gente adopta este punto de vista limitado: ven una cosa u otra. ¡Pero me parece que no es la manera de enfocar la definición de la vida! Pensémoslo por un momento: empezamos con el mundo geoquímico, donde todo lo que había era roca, y agua, y una atmósfera. Y, de algún modo, un conjunto de moléculas que empezaron a realizar copias de sí mismas surgió de la Tierra primitiva. No fue nada parecido a una célula moderna, con ADN y ARN y membranas celulares, sino algo mucho más simple. Sin embargo, el origen de la vida tuvo que estar en algún lugar de ese camino. Y quizá es un poco arbitrario situar esta definición, pero hubo una transición de lo inerte a lo vivo, una transición gradual de emergencia. REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 3 Robert Hazen: La emergencia es fundamental para entender el origen de la vida y muchos otros fenómenos de la naturaleza. La idea de la complejidad emergente, de que el universo parece pasar espontáneamente de la simplicidad a la complejidad, del mundo geoquímico inerte al mundo bioquímico de los seres vivos… esta idea es crucial para toda la naturaleza, ya que, de la interacción de muchas partículas pequeñas, que por sí mismas no hacen nada interesante, surgen nuevas formas, nuevas pautas, nuevos fenómenos. Los granos de arena se unen para formar ondulaciones y dunas; las células se agrupan para formar nuevas estructuras como un árbol o una brizna de hierba. Robert Hazen:

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Se puede pensar en el origen de la vida como en una secuencia de acontecimientos emergentes, que van de la simplicidad a la complejidad. El punto de partida es el mundo geoquímico y, ¿qué tenemos? rocas, la atmósfera, océanos, y moléculas orgánicas simples que se unen en abundancia. Lo que surge de ahí son nuevas moléculas bioquímicas, moléculas grandes, membranas celulares, polímeros… los tipos de moléculas que son fundamentales para la vida. Y luego hay otro paso en el proceso de emergencia: el surgimiento de sistemas moleculares autorreplicables; cuando grupos de moléculas aprenden a realizar copias de sí mismas, extrayendo por tanto energía y átomos de su entorno, y realizando más y más copias de sí mismas a costa de las moléculas que no pueden hacer copias de sí mismas. Y luego llega la emergencia de la REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 4 selección natural, de la competencia: cuando distintos grupos de moléculas compiten para conseguir tanta energía y tantos átomos como sea posible. Esto es lo que la mayoría de científicos considera como origen de la vida: cuando un grupo de moléculas que se copia a sí mismo empieza a competir y a evolucionar rápidamente como resultado de esa competencia. REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 5 Robert Hazen: Creo que la segunda ley de la termodinámica, esa gran ley que nos dice cómo se utiliza la energía en el universo, tiene dos partes. Tradicionalmente nos hemos centrado en lo que denominamos entropía, algo que vemos continuamente a nuestro alrededor: la tendencia a que aumente el deterioro. Las cosas mueren, envejecen… te compras un nuevo par de zapatos y en pocas semanas o pocos meses empiezan a aparecer marcas, raspaduras… todo se deteriora siempre, parece que las cosas son así. Pero la segunda ley tiene otra parte. La naturaleza intenta maximizar la dispersión de energía. El sol irradia energía a la superficie de la Tierra, y esta energía intenta volver a dispersarse en el espacio. Para conseguirlo con la mayor rapidez posible, a menudo entra en juego este fenómeno de emergencia: las partículas se agrupan. Como los granos de arena, que podrían simplemente quedarse ahí, en una superficie plana; ésa sería la manera más desordenada... pero cuando fluye el agua o sopla el viento, los granos empiezan a ordenarse: los más grandes por un lado, los más pequeños por otro; los más densos, los menos densos, y así se forman esas hermosas ondulaciones. Eso genera una interrupción en el flujo sutil del agua, y dispersa el viento: la energía se propaga más rápidamente. De modo que resulta que la emergencia es una manera de

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aumentar la entropía a escala global, pero de aumentar el orden y la complejidad a escala local. ¡Eso es lo que hace nuestro cerebro! Nuestro cerebro requiere una gran cantidad de energía, y la dispersa muy, muy rápidamente… ¡pero las consecuencias son el pensamiento! Robert Hazen: REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 6 La vida requiere energía. El origen de la vida requirió energía. Nada acaece sin energía. La energía ayuda a unir las moléculas, a formar nuevas moléculas… la pregunta es: ¿cuál es la fuente de la energía de la vida? ¡El sol! Ésa es una posibilidad obvia: la radiación ultravioleta. Pero también tenemos los rayos, y la radiación ultravioleta en el espacio exterior, y el calor y la energía química interna de la Tierra… y no sólo está la energía térmica sino también los minerales muy reactivos, algunos de los cuales presentan una elevada reducción, o una elevada oxidación, y reaccionan entre sí, de modo que se transmite la energía, como en una pila: una pila que puede desencadenar el origen de la vida. Creo que todas estas fuentes energéticas son importantes. Lo que me parece interesante es que la vida moderna utiliza la analogía de la pila; utiliza electrones pasando de una molécula a otra. Esto es lo que pueden hacer las rocas y los minerales, y es uno de los motivos por los que creo que las rocas y los minerales son fuentes estupendas de energía, porque algunos dan electrones, otros reciben electrones; y la biología vive a medio camino entre el dar y el recibir. REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 7 Robert Hazen: Creo que el primer paso en el origen de la vida debió de ser la emergencia de las biomoléculas simples, los componentes básicos de toda la vida. Están los aminoácidos, que forman las proteínas; los lípidos, que forman las membranas celulares; los azúcares, que forman los carbohidratos, y diferentes estructuras que conforman los componentes básicos. Se empieza con una Tierra primitiva y, por supuesto, con un océano, y una atmósfera, y probablemente algo de dióxido de carbono, y algo de nitrógeno... y agua para trabajar. ¿Cómo se generan estas moléculas? Bueno, resulta que es bastante fácil hacerlo, hay muchas maneras de conseguirlo. Robert Hazen: En casi cualquier entorno donde hay energía y carbono (compuestos simples de carbono) siempre que se transmita energía a través del sistema, surgen biomoléculas. Esto sucede en el espacio exterior, cuando la radiación ultravioleta incide sobre estas moléculas simples. También sucede bajo la

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corteza de la Tierra, en las zonas volcánicas, donde la Tierra calienta las moléculas basadas en el carbono y surgen nuevas moléculas que salen disparadas hacia afuera, como por ejemplo en el fondo del océano, en las chimeneas submarinas de las profundidades, que liberan moléculas al océano más frío. Así que en casi cualquier lugar donde haya energía y carbono, es posible obtener estas moléculas simples. REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 8 Robert Hazen: Debo confesar que me formé como mineralogista, así que me planteo el origen de la vida y digo: «¡Claro! ¡Las rocas y los minerales seguro que tuvieron un papel importante!». Pero creo que así fue, y en parte es porque los minerales son lugares fantásticos para concentrar y seleccionar las moléculas adecuadas. Imaginemos que partimos de una sopa prebiótica (muchísimas moléculas distintas, bastante diluidas, porque los océanos son enormes). ¿Cómo se logra que esas soluciones altamente diluidas de moléculas formen vida? Bueno, pues hay que concentrar las moléculas adecuadas. Quizá pasó como en una marea negra, en la superficie del océano, y ésa es una posibilidad interesante. Pero otra posibilidad es que, en los propios minerales, cuyas superficies seleccionan y atraen las moléculas, estas moléculas se situaran justo en la secuencia adecuada, y más moléculas llegaran a la superficie ordenada de los minerales. Se pueden imaginar incluso moléculas alineándose, formando cadenas, polímeros, los tipos de moléculas que son fundamentales para los seres vivos. Creo que los minerales debieron desempeñar un papel clave en ese proceso. Robert Hazen: Pongamos ahora que hemos logrado generar muchas biomoléculas. Hemos obtenido aminoácidos, y azúcares, y lípidos… hemos logrado los ladrillos básicos con los que se construye la vida. Los ladrillos con los que se construye la vida no tienen nada intrínsecamente especial. Un aminoácido es solamente un conjunto de carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno. Un lípido está principalmente compuesto de hidrógeno y carbono. Los azúcares: carbono, hidrógeno, REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 9 oxígeno. Moléculas simples que nos rodean todo el tiempo, y que se formarían tanto su hubiera vida como si no. Pero hay que montarlos; hay que organizarlos. ¿Cómo se hace? He aquí uno de los grandes misterios del origen de la vida. En algunos casos tenemos un proceso llamado autoensamblaje o autoorganización. Resulta que hay tipos

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especiales de moléculas, especialmente las moléculas de los lípidos, que por naturaleza son alargadas y estrechas, y uno de sus extremos atrae el agua, mientras el otro la repele. Así que cuando están en agua no saben qué hacer... ¿Cómo orientarse? Pero si hay suficiente cantidad de esas moléculas, se alinean unas junto a otras en una bicapa. Unas partes se orientan hacia el medio acuoso: ésas son las partes hidrófilas. Las partes hidrófobas, en cambio, están en el interior, no orientadas al agua. De esta manera se logra una organización espontánea en una estructura parecida a una célula. Lo importante de las membranas es que proporcionan aislamiento, algo fundamental para los organismos vivos actuales. Hay que tener un interior y un exterior: la parte viva y la parte inerte. Esto es lo que hacen las membranas celulares, y se organizan espontáneamente. Así que es una de las maneras de pasar a la siguiente fase de emergencia. REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 10

Robert Hazen: El tercer paso, el tercer paso de emergencia en el origen de la vida, tuvo que ser la creación de algún conjunto de moléculas pudiera hacer copias de sí mismo: la autorreplicación. ¡Es algo fundamental para toda la vida! Y lo que significa es que un grupo de moléculas, al hacer copias de sí mismo, crecerá y crecerá y crecerá abundantemente y básicamente engullirá, utilizará todo lo de su entorno como comida. Algunas moléculas ganan, otras pierden. Y una de las principales preguntas, uno de los debates más importantes sobre el origen de la vida es: ¿cuál es la naturaleza de estas moléculas? La vida consta de dos partes: el metabolismo, la asimilación de energía y átomos y la realización de más moléculas; y luego está la genética, la información que se transmite de una generación a la siguiente, porque la vida es tan complicada que, sin esa información, las cosas se copiarían mal, no funcionarían. También hay dos corrientes de pensamiento aquí. Hay quien dice: «la genética es lo primero, porque la información es tan crucial para la vida que la primera molécula que se replicó a sí misma tuvo que ser una cadena de material genético que contenía la información para copiarse y, a partir de ese tipo de molécula, las cosas fueron aumentando su complejidad con el tiempo». Pero hay gente que no está de acuerdo, y dice: «no, la primera molécula capaz de autorreplicarse tuvo que ser el metabolismo, porque es mucho más fácil tener moléculas de carbono, hidrógeno y oxígeno que realicen copias de sí mismas, aunque sea torpemente; pero luego se producen más y más y más moléculas de ese tipo, y a eso se añade, más adelante en el proceso, quizá muchos millones de años después, el componente genético.

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REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 11 Defender que la genética fue primero o bien que el metabolismo fue primero depende mucho de la formación científica de cada uno. Yo soy geólogo, mineralogista, estudio las rocas y los minerales, y veo estos procesos energéticos (la transmisión de electrones de una partícula a otra), la oxidación, la reducción… se trata de la energía que nuestra vida utiliza hoy en día, y me parece que eso es algo muy central y fundamental en el mundo geoquímico. ¡Por eso me resulta muy fácil imaginar que se pasara de la geoquímica a la bioquímica con el metabolismo primero! Sólo hay que tener moléculas orgánicas que hagan esencialmente lo mismo, que se vuelvan muy hábiles para aprovechar la energía, y sean capaces de autorreplicarse, y la genética se añadirá posteriormente. Es mi prejuicio, ¡pero podría estar totalmente equivocado! Y hay muchísimos científicos brillantes con formación en biología, y… ¡en biología, el ADN y el ARN son los amos! Ha sido así durante medio siglo, así es como pensamos en la vida, por eso se concibe el origen de la vida del mismo modo. Muchos creen que la primera molécula fue esa cadena de ARN. Nadie sabe realmente cómo se sintetizó, eso es mucho más difícil: el ARN es más complicado que el metabolismo; pero, sin embargo, si se pudiera lograr una molécula similar al ARN con replicación celular, eso solucionaría el origen de la vida para la mayoría de la gente. Es un debate fascinante, y creo que lo resolveremos, quizá en los próximos diez, veinte años, porque se realizará un experimento. Alguien logrará obtener ARN en un laboratorio, de un modo prebiótico, o bien alguien logrará una reacción metabólica que se mantenga por sí misma en un laboratorio. Una de estas dos cosas sucederá, y eso nos dirá cómo se originó la vida. REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 12 Robert Hazen: Una de las preguntas más importantes (aunque en realidad se inscribe más en la filosofía que en la ciencia) es si la vida es un imperativo cósmico o no, y en este debate hay dos posturas claras. Alguna gente dice que la vida es tan complicada, tan intricada, y requiere tantas condiciones especiales, que quizá la Tierra es el único planeta con vida de todo el cosmos. Hay probablemente 1020 planetas similares a la Tierra, pero sin embargo quizá estemos en el único con vida. No obstante, hay otra gente, mucha gente como yo que trabaja en este campo, que piensa que la vida es un imperativo cósmico, que la aparición de la vida es solamente un paso más en un proceso de emergencia inevitable: del Big Bang se obtiene hidrógeno, del hidrógeno se obtienen estrellas, de las estrellas se

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pasa a la maravillosa tabla periódica: a los elementos. Y de estos elementos surgen los planetas similares a la Tierra, y creo que es casi igual de probable que de los planetas similares a Tierra surja la vida inevitablemente. Robert Hazen: En el campo del origen de la vida, aunque la mayoría de los investigadores pensemos que la vida constituye un imperativo cósmico, tenemos muchos paradigmas distintos, muchas perspectivas distintas. Hay expertos que afirman que la vida seguramente se originó en la superficie de la Tierra, donde llegan los rayos de sol; otros dicen que no, que tuvo que ser en las profundidades, dentro de una zona hidrotermal protegida. Unos dicen que lo primero fue el metabolismo, otros que no, que lo primero fue la genética. REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 13 Se producen todas estas controversias y estos debates prolíficos, y la gente adopta posturas muy tajantes para defender una u otra opción. ¡Pero eso no es ningún fallo! ¡No es un punto débil de la ciencia, sino todo lo contrario! Si lo supiéramos todo, nadie investigaría, porque ya lo sabríamos todo. La ciencia trata sobre lo que no sabemos e intentamos aprender; y tener diferentes puntos de vista y mucho entusiasmo (nuevos experimentos, nuevas formas de reflexión, ideas constantes procedentes de los jóvenes) es lo que hace que la ciencia sea emocionante, y viva, y apasionante; ¡la vuelve una aventura increíble! Aprendemos más y más… cada día sabemos un poco más de lo que sabíamos el día anterior… y nos acercamos a la solución de estos temas. Así que en lugar de ser un punto débil de la ciencia, ¡es un punto fuerte! Robert Hazen: Una de las cosas más maravillosas de la pregunta sobre el origen de la vida es que no se limita sólo a un grupo de científicos. No es solamente una cuestión biológica, aunque la biología es increíblemente importante; ni una mera cuestión geológica, aunque la geoquímica y la mineralogía son partes fundamentales del tema; tampoco es un tema exclusivo de la física, o la química, aunque, ¡Dios mío! ¡Es imposible responder a la pregunta sin atender a ambas! Tiene que ver también con la astronomía, porque si encontramos vida en otra parte eso nos dará mucha información sobre cómo pudo aparecer la vida en la Tierra, y por eso estudiamos Marte y exploramos incluso más allá, alrededor del Sistema Solar, para buscar vida en otros mundos, esto es lo que hacen los astrónomos… de modo que todas estas diferentes disciplinas científicas convergen en un ámbito de estudio dinámico e integrado, ¡pero eso no es todo! También tenemos a los filósofos, a los teólogos, a toda la gente que habla de las repercusiones, de

REDES– 408 Emergencia de La vida Bob Hazen Entrevista editada Maya Busqué 14 lo que significará para nosotros, como seres humanos, si encontramos el origen de la vida, si encontramos esa segunda génesis: un origen independiente de la vida. Sólo conocemos uno. Si encontramos el segundo, entonces la vida está en todas partes, entonces la vida es un imperativo cósmico... y eso cambiará nuestra perspectiva de quiénes somos y cuál puede ser nuestro lugar en el universo. Robert Hazen: En resumidas cuentas, la investigación científica es la aventura continua más importante que tenemos. Cada día aprendemos cosas que no sabíamos el día anterior, nuevas pistas sobre quiénes somos y de dónde procedemos, ¡y todo el mundo puede participar en esta aventura! El origen de la vida no es una cuestión esotérica aislada, sino algo fundamental para la imagen que tenemos de nosotros mismos, para conocer quiénes somos, de dónde venimos… ¡y adónde vamos! Si entendemos el origen de la vida, estaremos más cerca de la respuesta a estas preguntas.

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