La Tierra se formó hace unos 4600 millones de años, y durante varios cientos de millones de años la superficie del planeta estuvo casi con toda seguridad demasiado caliente y fuertemente bombardeada por cometas y asteroides como para ser hospitalaria con cualquier tipo de forma de vida. Unos mil millones de años después, la vida no sólo existía, sino que dejaba constancia de su presencia en forma de tapetes microbianos fosilizados.
¿Qué ocurrió entonces? ¿Cómo surgió la vida a partir de la no-vida en el transcurso de unos 500 millones de años?
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1. La chispa de un rayo
Las condiciones atmosféricas en la época en que apareció la vida eran muy distintas de las actuales, señala Jim Cleaves, catedrático del departamento de Química de la Universidad Howard en Washington (EE. UU.) y coautor de Breve historia de la creación: La ciencia y la búsqueda del origen de la vida.
En la década de 1950, explica, el químico Harold Urey, ganador del Premio Nobel, observó que en la mayoría de las atmósferas del sistema solar predominan el nitrógeno y el metano; Urey razonó que la Tierra primitiva también tenía este tipo de atmósfera y que la presencia de vida la transformó en una más rica en oxígeno. Urey también propuso que esta atmósfera primitiva “podría ser muy eficiente en la fabricación de compuestos orgánicos, que podrían ser el precursor de la vida”, explica Cleaves.
Encargó a su estudiante de investigación Stanley Miller que desarrollara un experimento para poner a prueba esta teoría. El experimento Miller-Urey creó un sistema cerrado en el que el agua se calentaba y se combinaba con moléculas de hidrógeno, metano y amoníaco. A continuación, se aplicaba electricidad (para representar un rayo) y se enfriaba para que la mezcla se condensara y volviera a caer en el agua, como la lluvia.
Los resultados fueron sorprendentes.
Al cabo de una semana, el “océano” experimental había adquirido un color marrón rojizo debido a la combinación de las moléculas para crear aminoácidos, los componentes básicos de la vida.
Investigaciones posteriores han demostrado que la atmósfera primitiva del planeta era algo diferente del experimento creado por Miller, y que los principales componentes eran el nitrógeno y el dióxido de carbono, con hidrógeno y metano presentes en cantidades menores.
Sin embargo, los principios propugnados por Miller siguen siendo válidos en líneas generales, ya que los rayos se combinaron con impactos de asteroides y radiación ultravioleta del Sol para crear cianuro de hidrógeno, que luego reaccionó con el hierro aportado por el agua de la corteza terrestre para formar sustancias químicas como azúcares. Estas sustancias químicas pueden haberse combinado para crear cadenas de ácido ribonucleico, o ARN, un componente clave de la vida que almacena información; en algún momento, las moléculas de ARN empezaron a replicarse y la vida fue posible.
¿Cómo se convirtieron estas moléculas de ARN en complejas estructuras celulares rodeadas de membranas protectoras?
La clave puede estar en los coacervados (gotas que contienen proteínas y ácidos nucleicos y que son capaces de unir sus componentes de forma muy parecida a como lo hacen las células, pero sin el uso de membranas); varios investigadores han planteado la hipótesis de que dichas gotas actuaron como protocélulas que concentraron el ARN primitivo y otros compuestos orgánicos.
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2. Traídos a la Tierra por el espacio
Según otra teoría, los aminoácidos, así como otros componentes básicos de la vida, como el carbono y el agua, podrían haber llegado a la Tierra desde el espacio. Se ha descubierto que los cometas y meteoritos contienen algunos de los componentes orgánicos de la vida, y que su bombardeo de la Tierra pudo aumentar la disponibilidad de aminoácidos.
Según el Premio Nobel de Química Jack Szostak, de la Universidad de Chicago (EE. UU.), que dirige la iniciativa interdisciplinaria Orígenes de la Vida, es casi seguro que los impactos de asteroides y cometas fueron parte integrante.
Señala que una atmósfera primitiva de nitrógeno y dióxido de carbono habría sido menos propicia para algunas de las reacciones químicas propuestas que tuvieron lugar en el brebaje de Miller de hidrógeno, metano y amoníaco; pero, explica, un impacto de tamaño moderado puede crear hidrógeno y metano atmosféricos de forma transitoria, permitiendo una sacudida temporal de condiciones creadoras de compuestos.
“Es como tener tu pastel y comértelo”, explica.
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3. Escondida en los océanos de la Tierra
Otra teoría postula que la vida puede haber comenzado en las profundidades del océano, alrededor de respiraderos hidrotermales en el fondo marino, pero Szostak descarta esta hipótesis.
“Si nos fijamos en la química que nos lleva desde los materiales de partida simples hasta los nucleótidos y el ARN, hay múltiples pasos que requieren la radiación UV del Sol para impulsar las reacciones”, explica. “La energía del Sol es, con diferencia, la mayor fuente de energía, incluso en el planeta primitivo. Así que, si hay múltiples pasos químicos que requieren UV, no puede estar en el océano profundo”.
Sin embargo, es casi seguro que la vida comenzó en el agua.
“Se necesita un disolvente para que se produzcan las reacciones químicas”, señala Cleaves. “Se necesita un líquido. Y cuando empiezas a hablar de líquidos, sólo unos pocos son estables en las condiciones de la superficie planetaria. Incluso en el sistema solar primitivo, resulta que el agua es el más abundante”.
Szostak argumenta que, mucho más probable que la vida comenzara en las profundidades oceánicas es que se estableciera “en la superficie, probablemente en estanques poco profundos o en un entorno del tipo de aguas termales: el tipo de entorno que es muy común alrededor de lugares de impacto o regiones volcánicas”. De hecho, es muy posible que la extensa actividad volcánica también contribuyera a que la vida se estableciera, entre otras cosas generando enormes cantidades de rayos localizados.
Es posible que, aunque toda la vida actual en la Tierra comparta un ancestro común universal, una forma de vida microbiana desconocida que presumiblemente desapareció hace mucho tiempo, la vida misma haya comenzado en múltiples ocasiones diferentes a través de varias vías distintas, sólo para ser extinguida por impactos cometarios o simplemente para no ganar tracción, hasta que se estableció la molécula basada en ARN que es el ancestro de todos nosotros.
