Abiogénesis

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Ciencia

La abiogénesis es el proceso natural por el cual la vida surge de materia no viva, como los compuestos orgánicos simples.[1][2][3] Se ha propuesto la abiogénesis en varios casos como el origen natural de la vida en la Tierra. Una de las hipótesis actuales más populares involucra la reactividad química alrededor de los respiraderos hidrotermales.[4][5]

Se ha propuesto que la vida en la Tierra existió hace aproximadamente 3.000 millones de años[6], aunque se ha propuesto que la abiogénesis se produjo entre hace 4.400 millones de años y 2.700 millones de años.[7] También se ha creado hipótesis en la Tierra, la vida ha sido ampliamente reconocida, algunos científicos han exacerbado el origen de la vida fuera de la Tierra, defendiendo la hipótesis de la panspermia.[8]

La investigación sobre el origen de la vida[9] incluye muchas ciencias: biología, química, astronomía, geología y meteorología, entre otras ciencias.[10]

La vida

Es necesario definir qué es la vida per se antes de actuar frente al origen de la vida. Al comienzo de la biología, esta pregunta se explica con frecuencia y no todos los biólogos aceptan responder. Al ser una característica exclusiva de los seres vivos, es más fácil mencionar las propiedades vivientes de los seres que definir la vida misma.

Todas las criaturas vivientes comparten un conjunto de características:

  • Capacidad reproductiva: El ser vivo tiene la capacidad de hacer copias de sí mismo. Con respecto a la materia no viva, los seres vivos garantizan su conservación a través de las generaciones.
  • Actividad metabólica: Los seres vivos transforman sus moléculas de su entorno a través de vías metabólicas. Aparentemente están cambiando en relación con la materia no viva, que crece y se desarrolla como resultado del metabolismo.
  • Sensibilidad y emoción: Cada ser vivo responde a toda la kinata que recibe del ambiente.
  • Propia organización bioquímica: A saber, estar compuesto de moléculas orgánicas (proteínas, ácidos nucléicos, carbohidratos y lípidos, etc.), y tienen vías similares metabólicas (hidratos de carbono, lípidos y protidos en catabolismo, el funcionamiento de ácido nucleico, síntesis de proteínas...).

Además de estas cuatro características clásicas, hay otra que se adapta muy bien a la materia viva: el orden de complejidad de la información. Este concepto significa que los organismos vivos tienen una alta complejidad molecular en comparación con los organismos no vivos, pero esta estructura compleja tiene un orden extraordinario.

Para una mejor comprensión de un ejemplo, examinemos la estructura molecular de un virus y una piedra. Sin lugar a dudas, el primero tiene una mayor complejidad molecular que el segundo, y al mismo tiempo, mucho más ordenado. Por ejemplo, si describimos la estructura del virus de la poliomielitis , la descripción molecular será casi idéntica a la del otro virus que causa la poliomielitis. Pero si describimos una piedra, es casi imposible encontrar una piedra con la misma estructura molecular. Los seres vivos, por lo tanto, son sistemas altamente ordenados en relación con la materia no viva.

El principio de la termodinámica 2 determina que el universo de entropía está creciendo. En otras palabras, la mayoría de los sistemas están desordenados con el tiempo. Debido a que los seres vivos son sistemas muy ordenados, parecen ser contrarios a la Ley 2 de la termodinámica. Pero ese no es el caso: los seres vivos son estructuras organizadas porque perturban el entorno de quienes viven.[11][12][13][14][15][16][17][18]

Atmósfera primitiva

Las teorías recientes sugieren que la composición de la atmósfera primitiva de la Tierra hace cuatro mil millones (4 · 109) años era muy diferente de la atmósfera actual.

En particular, era una atmósfera reductora sin oxígeno (que solo se produjo hace 3 x 109 años) que contenía una gran cantidad de nitrógeno. Bajo las condiciones de alta energía de ese tiempo (altas temperaturas, radiación UV, descarga eléctrica) se produjeron reacciones químicas, que posiblemente condujeron a la formación de precursores de organismos vivos. Oparin llama a este proceso abiogénico o prebiótico la evolución orgánica. Así, en la atmósfera primitiva, se formaron derivados de hidrocarburos poliméricos bajo la acción de la luz UV del agua, metano, amoniaco, sulfuro de hidrógeno y monóxido de carbono. El cianuro de hidrógeno también fue importante para la síntesis de biomoléculas. En condiciones de suelo primitivo simulado, tres productos intermedios de HCN (cianoacetileno, nitrilo, cianamida) con aldehídos, El amoníaco y el agua interactúan y forman diversos compuestos orgánicos, en particular aminoácidos, pirimidinas, purinas y porfirinas. En experimentos modelo, Miller sintetizó 14 de los 20 aminoácidos proteinogénicos exponiendo una atmósfera primitiva simulada a descargas eléctricas. Por Oró et al. demostraron la formación de adenina y guanina por polimerización térmica de cianuro de amonio en solución acuosa. Además, en experimentos de atmósfera primitiva simulada, el formaldehído se forma espontáneamente. Al calentar con carbonato de calcio, el formaldehído produce varios azúcares, allanando el camino para la formación de nucleósidos y nucleótidos. En experimentos modelo, Miller sintetizó 14 de los 20 aminoácidos proteinogénicos exponiendo una atmósfera primitiva simulada a descargas eléctricas. Por Oró et al. demostraron la formación de adenina y guanina por polimerización térmica de cianuro de amonio en solución acuosa. Además, en experimentos de atmósfera primitiva simulada, el formaldehído se forma espontáneamente. Al calentar con carbonato de calcio, el formaldehído produce varios azúcares, allanando el camino para la formación de nucleósidos y nucleótidos. En experimentos modelo, Miller sintetizó 14 de los 20 aminoácidos proteinogénicos exponiendo una atmósfera primitiva simulada a descargas eléctricas. Por Oró et al. demostraron la formación de adenina y guanina por polimerización térmica de cianuro de amonio en solución acuosa. Además, en experimentos de atmósfera primitiva simulada, el formaldehído se forma espontáneamente. Al calentar con carbonato de calcio, el formaldehído produce varios azúcares, allanando el camino para la formación de nucleósidos y nucleótidos. Además, en experimentos de atmósfera primitiva simulada, el formaldehído se forma espontáneamente. Al calentar con carbonato de calcio, el formaldehído produce varios azúcares, allanando el camino para la formación de nucleósidos y nucleótidos. Además, en experimentos de atmósfera primitiva simulada, el formaldehído se forma espontáneamente. Al calentar con carbonato de calcio, el formaldehído produce varios azúcares, allanando el camino para la formación de nucleósidos y nucleótidos.

Se cree que los polipéptidos se forman por autocondensación de aminoácidos y polinucleótidos producidos por abióticos por autocondensación de nucleótidos producidos de forma abiótica. Tales condensaciones pueden ser promovidas por varios mecanismos. En particular, se sabe que los polifosfatos o los ésteres de polifosfato actúan como agentes deshidratantes en la formación de péptidos a partir de aminoácidos cuando se calientan o se exponen a la luz UV. Dichos polifosfatos, que son buenos precursores de ATP, podrían producirse mediante la acción de cianoacetileno o cianoguanidina o bajo la influencia de altas temperaturas (por ejemplo, en la vecindad de volcanes) de minerales de fosfato. Para el surgimiento de una forma de vida real, La cual, dotada del indispensable acoplamiento entre los ácidos nucleicos y la síntesis de proteínas, es capaz de evolucionar y evolucionar, el material prebiótico tuvo que subdividirse en unidades discretas. Por lo tanto, se cree que el siguiente paso significativo en la evolución de las formas de vida fue la formación de células organizadas internamente. En este sentido, se concede especial importancia a la formación de estructuras precelulares como los coacervados de Oparin y las microesferas Fox. Es muy probable que las membranas prebióticas se formaran por la agregación de lípidos prebióticos. que el siguiente paso significativo en la evolución de las formas de vida fue la formación de células organizadas internamente. En este sentido, se concede especial importancia a la formación de estructuras precelulares como los coacervados de Oparin y las microesferas Fox. Es muy probable que las membranas prebióticas se formaran por la agregación de lípidos prebióticos. que el siguiente paso significativo en la evolución de las formas de vida fue la formación de células organizadas internamente. En este sentido, se concede especial importancia a la formación de estructuras precelulares como los coacervados de Oparin y las microesferas Fox. Es muy probable que las membranas prebióticas se formaran por la agregación de lípidos prebióticos.

Sin embargo, la ruta directa de los compuestos abióticos de alta masa molecular de la tierra primitiva a los primeros organismos vivos reales es en gran parte inexplicable porque es experimentalmente muy difícil de estudiar. Hay esencialmente dos hipótesis sobre el origen de los protobiontes, la hipótesis metabólica o proteica y la hipótesis del ácido genético o genético. En la hipótesis de la proteína, se da prioridad al papel de las proteínas en la evolución prebiótica. De este modo, las protocélulas replicativas unidas a la membrana que contienen proteinoides catalíticamente activos posteriormente adquieren un sistema de codificación y se convierten en células vivas primitivas. En la hipótesis del gen, los ácidos nucleicos tienen prioridad. Esta hipótesis, propuesta originalmente por H. Muller en 1929, afirma que la vida tiene sus orígenes en la formación prebiótica de genes, Ese código para todo el metabolismo y la autorreplicación. Los aminoácidos necesarios fueron adquiridos en colisiones aleatorias. El desarrollo adicional de esta hipótesis se hizo posible después de la elucidación de la estructura química del material genético, por Watson y Crick y otros.[19]

Evolución y abiogénesis

A menudo, en la controversia creación/evolución se plantea cómo la evolución no explica el origen de la vida. Pongamos algo en claro: la abiogénesis y la evolución son dos cosas completamente diferentes. La teoría de la evolución no dice absolutamente nada sobre el origen de la vida. Simplemente describe los procesos que tienen lugar una vez que la vida ha comenzado. También puede haber múltiples vías para producir la "vida" natural, dependiendo, por supuesto, de la definición de vida. Esto es algo que Ben Stein es aparentemente ignoran voluntariamente.

Una objeción a la distinción es que es un objetivo que se mueve, pero esto solo sería cierto si la evolución en algún momento intentara explicar el origen de la vida y luego la gente se alejara de ella. Este no es el caso en absoluto. La teoría evolutiva comenzó con la observación de la mutabilidad de las especies: una propiedad que solo existe después de la abiogénesis, de hecho, las definiciones posteriores de "vida" a menudo han utilizado la capacidad de evolucionar como un componente clave. Esto, por supuesto, se conoce desde hace algún tiempo, ya que los animales y los cultivos se han criado selectivamente durante miles de años. Más tarde, la idea fue refinada por Charles Darwin en forma de selección natural., donde la naturaleza proporciona los criterios de selección para impulsar la evolución. En ningún momento la evolución, ni la selección natural, se trata de explicar el origen de la vida, del mismo modo que no fallamos en la química por no explicar de dónde provienen los átomos: explica cómo se comportan las sustancias una vez que existen, no cómo surgieron.

Una objeción es que explicar el origen de la vida es una extensión natural de lo que la evolución tiene que explicar. Para ser justos, esto es cierto, y las teorías que rodean a la abiogénesis a menudo utilizan la selección natural como un punto de partida sobre cómo las moléculas organizadas podrían desarrollarse más (lo que hace que estos grupos de moléculas estén "vivos" según la definición mencionada anteriormente). Pero si la evolución y la selección natural pueden explicar esta etapa en el desarrollo de la vida es irrelevante para las criaturas vivas post-abiogénesis. Una analogía común a la falacia de rechazar la evolución debido a que no explica el origen de la vida es que la gravedad. No explica el origen de la vida. Las analogías tienen un gran desafío porque dejan a las personas asumiendo que la vida existe siempre que se sepa de otra manera.

Abiogénesis y el creacionismo

Ciertos creacionistas señalan correctamente que la abiogénesis debe haber tenido lugar en algún momento para comenzar el proceso evolutivo. Luego intentan usar esta misma premisa para "refutar" la teoría de la evolución, afirmando que Louis Pasteur la había refutado de manera totalmente concluyente.[20] Sin embargo, sólo demostró que no es una ocurrencia típica de la actualidad, incluso para los organismos vivos más simples, y que las formas de vida complejas como los ratones no surgen completamente formadas de cosas como la tela y el grano.

A los creacionistas también les gusta intentar refutar la abiogénesis señalando ambientes prebióticos donde no ocurre, como en su argumento de la mantequilla de maní, destacando así su confusión sobre la abiogénesis con la generación espontánea. Sin embargo, el entorno más adecuado ha sido objeto de investigación activa, como el de Günter Wächtershäuser con su hipótesis de un mundo de hierro-azufre de respiraderos hidrotermales.

Otra afirmación creacionista que hace a menudo es que la evolución es abiogénesis; cosa que no es sino la ignorancia misma de la terminología científica. La evolución es el cambio gradual de los alelos genéticos en una población determinada a lo largo del tiempo[21], mientras que la abiogénesis es el comienzo de la vida misma. Los creacionistas pueden proyectar su creencia en creaciones separadas en los biólogos de la corriente principal.

Probabilidad de la abiogénesis

La probabilidad de que ocurra la abiogénesis en una situación dada parece importante, tanto para evaluar si es probable que la abiogénesis sea el origen de la vida, como para evaluar la probabilidad de vida extraterrestre . Las estimaciones ingenuas de probabilidad que se centran en la probabilidad de que los químicos u organismos individuales sugieran que la abiogénesis es muy improbable: la posibilidad de que se cree una proteína específica de 300 aminoácidos a partir de un conjunto de átomos puede ser de 1 entre 2.04 X 10 elevado a la 390. Sin embargo, esto ignora el hecho de que el proceso fue casi ciertamente más gradual que eso, y no está buscando la probabilidad de una proteína específica, sino la de cualquier proteína que pueda llamarse viva.[22] El mismo problema surge con el uso de los creacionistas del argumento de Hoyle y Wickramasinghe de que la probabilidad de que todos los químicos de una bacteria hayan surgido por casualidad es de alrededor de 10 elevado a la 40,000; nadie sugiere que las bacterias aparecieran por casualidad sin un precursor más simple.[23][24] La estimación de la probabilidad real de la abiogénesis requiere un conocimiento no sólo de las condiciones precisas del mundo en el momento del origen de la vida, y el camino químico preciso seguido, sino la suma total de las probabilidades de todos los caminos posibles que podrían producir vida. Cualquier estimación también debe considerar el número de planetas que sostienen la vida en el universo, ya que estamos aquí porque la abiogénesis se produjo en un mundo, posiblemente uno de miles de millones de candidatos. Por lo tanto, es increíblemente difícil, quizás imposible, calcular con precisión la probabilidad de vida.[24]

Los creacionistas suelen utilizar la improbabilidad de la abiogénesis como una refutación de la abiogénesis basándose en una aplicación incorrecta de la Ley de Borel. Las intuiciones sobre la improbabilidad ignoran la dificultad de estimar las probabilidades y el fracaso de nuestras intuiciones para manejar la gran cantidad de moléculas y los vastos marcos de tiempo disponibles. El número de átomos en la Tierra se ha estimado en alrededor de 10 elevado a 51, mientras que puede haber alrededor de 10 a la 47 en los océanos del mundo (en su mayoría átomos de hidrógeno pequeños), aunque ninguna cifra representa la cantidad de átomos disponibles para que ocurra la abiogénesis.[25][26] Del mismo modo, aunque no está claro exactamente qué partes de la historia de la Tierra fueron más propicias, la vida tuvo cientos (si no miles) de millones de años, y durante gran parte de ese tiempo las condiciones fueron muy diferentes a las de hoy. Esto explica por qué nadie ha visto la abiogénesis en un laboratorio o en un frasco de mantequilla de maní.

¿Proteínas o ADN?

Muchos creacionistas reclaman contra la abiogénesis que el ADN necesita ciertas proteínas para poder formarse y que, a su vez, las proteínas necesitan ADN para formarse. Este reclamo afirma que, como ninguno podría haberse formado naturalmente sin el otro, sería necesario una intervención divina.[27]

Lo que los creacionistas no comprenden con esto es que el ADN podría haber evolucionado de forma gradual desde un replicador más simple. Por ejemplo, podríamos elegir el ARN, el cual puede catalizar su propia duplicación y, en consecuencia, no necesita proteínas.[28][29] El propio ARN podría haber tenido precursores mucho más simples: Por ejemplo, los ácidos nucléicos peptídicos.[30] Una desoxirribozima puede tanto catalizar su propia replicación como su función para escindir el ARN, todo esto sin enzima protéica alguna.[31]

Críticas al experimento Urey-Miller

Los experimentos Urey-Miller han generado una gran controversia entre los creacionistas, y han sido extremadamente criticados por varios motivos.

Una de las críticas dice que el experimento de Stanley Miller produjo sólo cuatro de los veinte aminoácidos a partir de los cuales se construyen las proteínas, y los experimentos posteriores aún no han producido los veinte aminoácidos en condiciones plausibles.[32] El problema con esta crítica radica en que los experimentos de Miller produjeron trece de los veinte aminoácidos utilizados en la vida.[33] Otros pueden haberse formado mediante mecanismos diferentes. Por ejemplo, pueden haberse formado en el espacio y haber sido llevados a la Tierra en meteoros.[34] En todo caso, no se sabe qué aminoácidos son los necesarios para la vida primitiva. Podría ser que los aminoácidos que se forman fácilmente fueran suficientes y que la vida luego evolucionara para producir y confiar en otros.

Otra crítica afirma que los experimentos de Urey-Miller producen sustancias químicas tóxicas, como el cianuro y el formaldehído, pero no aminoácidos.[35] Otro argumento fallido, debido a que el cianuro y el formaldehído son componentes básicos necesarios para los compuestos bioquímicos importantes, y esto incluye a los aminoácidos.[36] En su contexto no son tóxicas. Los experimentos de Urey-Miller, además, producen aminoácidos entre otros compuestos químicos.[37][38]

Abiogénesis artificial

En la década de 1950, varios experimentos de Stanley Miller y Harold Urey verificaron que la formación natural de aminoácidos, componentes de proteínas y otros compuestos orgánicos a partir de materiales inorgánicos era posible en las condiciones atmosféricas de la Tierra Primordial. Las radiaciones UV del Sol lo habrían hecho imposible en tierra. Hoy en día, en general se acepta que la abiogénesis ocurrió no solo en la tierra o en los océanos, sino en una combinación de ambos.

Magia de lípidos

En 1965, Alec Bangham fue el primero en descubrir las propiedades autocatalíticas de los fosfolípidos.[39] Cómo puedes probar este aspecto de la naturaleza y refutar la versión creacionista de la segunda ley:

  1. Consigue un vaso de agua.
  2. Consigue una yema de huevo.
  3. Poner la yema de huevo en el agua.
  4. ????
  5. ¡¡¡LUCRO!!!

Lo que realmente está sucediendo: los lípidos anfipáticos se organizan en función de su interacción con las moléculas de agua. Puede que no sea el ejemplo más extravagante, pero muestra un orden espontáneo. Pier Luigi Luisi ha demostrado que las vesículas hechas de estos lípidos pueden crecer incorporando nuevos lípidos y pueden hacer nuevas vesículas que conducen a una replicación primitiva.

Experimentos sobre abiogénesis

  • En 2001, Louis Allamandola demostró que el material orgánico se puede sintetizar en el espacio profundo utilizando una "cámara de vacío", una gran cantidad de biomoléculas: Nitrilos, éteres, alcoholes, hidrocarburos de tipo anillo y otros.
  • En un experimento complementario, Jennifer Blank del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley informó: "A través de un análisis químico posterior, el equipo descubrió que los aminoácidos iniciales en la mezcla se habían unido para formar péptidos, a partir de los cuales se pueden formar proteínas".[40]
  • En 2010, Craig Venter y sus colegas insertaron un cromosoma totalmente artificial en una célula bacteriana y produjeron la primera forma de vida artificial (también conocida como "dial-a-genome"). [15] Si bien puede parecer una abiogénesis artificial, sin embargo, implicó algunas trampas importantes: el cromosoma artificial se construyó utilizando secuencias genéticas de un organismo existente.
  • A partir de 2011, Lee Cronin, de la Universidad de Glasgow, está intentando iniciar un proceso evolutivo en "células" basadas en polioxometalato.[41]
  • En 2014, un grupo de investigadores logró producir los cuatro componentes del ARN simulando un impacto de asteroide en condiciones primordiales.[42]
  • Un artículo de 2015 mostró que los precursores químicos para la síntesis de aminoácidos, lípidos y nucleótidos, que serían necesarios en una célula primitiva, podrían haber surgido simultáneamente a través de reacciones conducidas por la luz ultravioleta.[43]
  • En 2015, el módulo de aterrizaje Philae descubrió 16 compuestos orgánicos, cuatro de los cuales nunca antes se habían detectado en un cometa, en el cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko. Muchos de los compuestos orgánicos son componentes importantes de la vida.[44][45][46]
  • En 2015, científicos de la NASA que estudiaron el origen de la vida lograron reproducir uracilo, citosina y timina a partir de una muestra de hielo que contenía pirimidina en las condiciones que se encuentran en el espacio.[47][48]
  • Un estudio de 2016 demostró que los componentes básicos de la vida se pueden replicar en los respiraderos de aguas profundas. Estos experimentos han demostrado por primera vez que las moléculas de ARN pueden formarse en chimeneas hidrotermales alcalinas.[49][50]

Referencias y ligas externas

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  9. "Abiogénesis" podría considerarse en varios casos como sinónimo de origen de la vida. Esto se debe a que "abiogénesis" está compuesto del griego "ἀ-βίο-γένεσις" [a-bio-genesis]. Compuesto de "ἀ- / ἀν-", que significa "no", "βίος", que significa vida, y "γένεσις", que significa comienzo o creación. De ahí que abiogénesis se refiera también a la explicación de cómo se creó la vida en la Tierra y cómo evolucionó desde la primera célula.
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