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Artículo de Antonio Lazcano y Jeffrey Bada para la revista Science sobre el histórico experimento de recreación de las condiciones que dieron origen a la vida en nuestro planeta.

Este artículo ha sido traducido por Miguel Artime, que también compró los derechos para su traducción al español y publicación en nuestra web a la revista Science, donando la traducción y los derechos a Astroseti.org

La versión original es en inglés, pero esta versión ha sido revisada y aprobada personalmente por Antonio Lazcano, coautor del artículo. Aún así esta no es una traducción oficial de la revista Science por lo que recomendamos la nota legal al final del artículo en caso de duda.

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Sopa Prebiótica

Nueva visita al Experimento de Miller

Por Jeffrey L. Bada y Antonio Lazcano

“¿No es la vida maravillosa?” cantaban Alma Cogan y Les Howard en su hoy casi olvidado éxito de 1953. Ese mismo año, el 15 de Mayo, Stanley L. Miller hizo aumentar las esperanzas de lograr el entendimiento acerca del origen de la vida cuando Science publicó su trabajo sobre la síntesis de aminoácidos bajo condiciones emuladoras de la atmósfera primitiva de la Tierra (1). Miller había aplicado una descarga eléctrica sobre una mezcla de metano (CH₄), amoniaco (NH₃), agua (H₂O), e hidrógeno (H₂) – que en aquella época era considerada la composición atmosférica de la Tierra primigenia. Sorprendentemente, el producto resultante no fue una mezcla aleatoria de moléculas orgánicas, sino un número relativamente pequeño de componentes bioquímicamente significativos, tales como: aminoácidos, hidroxiácidos y urea. Con la publicación de estos espectaculares resultados comenzaba la era moderna en el estudio del origen de la vida.

Desde finales del Siglo XIX, la creencia en un origen natural de la vida se había ido generalizando. Habitualmente se aceptaba que las propiedades que definían la vida podían entenderse a través de una caracterización físico-química del “protoplasma”, término utilizado para describir el coloide viscoso y translúcido encontrado en el interior de todas las células vivas (2).Expresiones como “glóbulos primordiales protoplasmáticos” eran empleados no sólo por los científicos, sino también por personajes de ficción, desde el Pooh-Bah de Gilbert y Sullivan en El Mikado(1885) hasta Adrian Leverkühn, el etéreo e imaginario personaje de Thomas Mann en Doctor Fausto (1947). Pero muy pocos se atrevieron a ser explícitos, ni siquiera en las novelas. Preguntado acerca del origen de la vida, un químico en la novela de Dorothy L. Sayers titulada Los Documentos en el Caso (1930) comenta que “parece posible la existencia de una evolución partiendo de elementos inorgánicos u orgánicos a través de los coloides. No podemos decir mucho más, y no hemos logrado – hasta el momento – reproducirla en el laboratorio”.
Algunos ardían en deseos de completar el proceso al detalle. Con el cambio de siglo, muchos científicos favorecieron la idea de unos seres primitivos dotados con metabolismos parecidos a los de las plantas (autótrofos), lo que les permitía usar el anhídrido carbónico (CO₂) como fuente de suministro de su carbono celular. Sin embargo, algunos científicos – incluyendo a A. I. Oparin, J. B. S. Haldane, C. B. Lipman, y R. B. Harvey — tenían ideas diferentes (3). La propuesta de mayor éxito, y la más conocida, fue la de Oparin, quien, partiendo de análisis darvinistas, propuso una serie de sucesos, empezando por la síntesis y acumulación de compuestos orgánicos y acabando con las formas de vida primitivas, cuyo mantenimiento y reproducción dependía de fuentes externas de carbono reducido.

La suposición de un origen abiótico de los componentes orgánicos se apoyaba en sólidos pilares. En 1828, F.Wöhler informó sobre la primera síntesis química de una sencilla molécula orgánica (la urea) partiendo de materiales inicialmente inorgánicos (cianato de plata y cloruro de amonio).


Hitos en la síntesis orgánica en conjunción con las teorías del origen de la vida.
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Tras la gran labor efectuada durante el siglo XIX en la investigación de la síntesis de componentes orgánicos sencillos (ver figura superior), W. Löb consiguió sintetizar químicamente aminoácidos simples, tales como la glicina, exponiendo formamidos húmedos a descargas eléctricas silenciosas y a luz ultravioleta (4).

Estos esfuerzos, encaminados a producir componentes orgánicos simples partiendo de sencillos reactivos, preconizaron el amanecer de la química orgánica prebiótica. Sin embargo, no hay ningún indicio que mostrase que los científicos que llevaron a cabo estos estudios estuvieran interesados en el cómo se inició la vida en la Tierra, o en el cómo se produjo la síntesis de componentes orgánicos bajo posibles condiciones prebióticas. Esto no es sorprendente, ya que la síntesis abiótica de componentes orgánicos no estaba considerada como un prerrequisito necesario para la aparición de la vida.

A partir de la década de los 50, los químicos se lanzaron de lleno en pos del origen de la vida. Movido por su interés en la biología evolutiva, Melvin Calvin intentó simular la síntesis de componentes orgánicos, bajo las condiciones de la Tierra primitiva, empleando fuentes de radiación altamente energéticas. Él y su equipo tuvieron un éxito limitado: la irradiación de soluciones de CO₂ ,a través del ciclotrón de 60 pulgadas existente en el Laboratorio Crocker, solo les condujo al ácido fórmico, aunque en cantidades bastante apreciables (5). La publicación de Miller, dos años después, demostró que se podían producir componentes de importancia bioquímica, en cantidades muy apreciables, partiendo de una mezcla de gases reducidos.

El origen del experimento de Miller se puede retrotraer hasta 1950, cuando el galardonado con el premio Nóbel Harold C. Urey (que había estudiado el origen del sistema solar y los sucesos químicos asociados a este proceso) comenzó a considerar la aparición de la vida en el contexto de su propuesta de una atmósfera terrestre altamente reducida. Urey presentó sus ideas en un conferencia dada en la Universidad de Chicago en 1951, y la refrendó más tarde con la publicación de un trabajo sobre la atmósfera primitiva de la Tierra en el Proceedings of the National Academy of Sciences (6).

Casi un año y medio después de la conferencia de Urey, un estudiante recién graduado del Departamento de Química y que había asistido a la charla, le planteó a Urey la posibilidad de realizar un experimento en síntesis prebiótica empleando una mezcla de gases reducidos. Tras vencer la resistencia inicial de Urey, ambos diseñaron tres aparatos encaminados a simular el sistema océano-atmósfera de la Tierra primigenia (3). En el primer experimento emplearon vapor de agua producido por calentamiento para simular la evaporación de los océanos; a medida que se mezclaba con metano, amoniaco e hidrógeno, la mezcla imitaba a una atmósfera primitiva saturada en vapor de agua, que después sería sometida a una descarga eléctrica (ver figura inferior). En el segundo experimento aplicaron una presión mayor, lo cual generó una neblina de agua caliente similar a las emisiones ricas en vapor de agua que se dispersan a la atmósfera en las erupciones volcánicas; mientras que en el tercero emplearon lo que se conoce como “descargas silenciosas” en lugar de chispas.

Aparato utilizado en el experimento original de Miller

Miller inició sus experimentos en el otoño de 1952. En comparación con las herramientas analíticas contemporáneas, el método de la cromatografía en papel usado en aquella época era rudimentario. Aún así, tras apenas dos días de electrificar la mezcla gaseosa, Miller detectó glicina en el matraz que contenía el agua. Cuando repitió el experimento, esta vez aplicando chispas durante una semana, el interior del matraz electrificado se cubrió de pronto de un material aceitoso y el agua se tiñó de un color amarillo amarronado. El análisis cromatográfico del agua de la redoma mostraba una intensa mancha de glicina; también se detectaron algunos otros aminoácidos. Los experimentos con el segundo aparato producían distribuciones y cantidades similares de aminoácidos y otros componentes orgánicos, mientras que el tercer aparato con las descargas silenciosas mostraban cantidades globales más bajas y muchos menos aminoácidos (principalmente sarcosina y glicina).

Una vez que Miller mostró sus impresionantes resultados a Urey, ambos decidieron remitirlos a Science. Urey declinó el ofrecimiento de Miller para figurar como coautor del informe ya que de otra manera Miller habría recibido escaso, o ningún, crédito. Sabiendo que un estudiante recién graduado tendría dificultades y sufriría retardos al tratar de publicar un documento como este, Urey contactó con las oficinas de la editorial de Science para explicarles la importancia del trabajo y pedirles que el documento fuese publicado a la mayor brevedad. Urey prosiguió mencionando los resultados del experimento en sus conferencias, lo cual les reportó una considerable atención por parte de los medios de información.

El manuscrito se envió a Science a principios de febrero de 1953. Pasaron varias semanas sin recibir contestación. Acrecentándose su impaciencia, Urey escribió el 27 de febrero a Howard Meyerhoff, presidente del consejo editorial de la AAAS, para quejarse de la falta de avances (7). Entonces, el 8 de marzo de 1953, el New York Times publicó un corto artículo titulado “Mirando hacia atrás 2.000 millones de años” en el que informaba acerca de varios experimentos, llevados a cabo en la Universidad del Estado de Ohio por W. M. MacNevin y sus colaboradores, en los que se emulaba la Tierra primitiva, y que incluía experimentos con descargas y metano en los cuales se produjeron “residuos sólidos demasiado complejos de analizar”. Al día siguiente Miller envió a Urey una copia del recorte con una nota que decía: “No tengo claro lo que deberíamos hacer ahora, ya que su trabajo es, en esencia, mi tesis. Además, a día de hoy aún no he recibido la aprobación de Science, y en la carta que le enviaron a vd. Meyerhoff decía que había enviado mi texto a revisión”.

Enfurecido por estas nuevas, Urey hizo que Miller recuperase su trabajo y lo envió al Journal of the American Chemical Society. Irónica y simultáneamente, (el 11 de marzo) Meyerhoff, evidentemente frustrado por las acciones de Urey, escribió a Miller diciéndole que quería publicar su artículo en las páginas iniciales, y que deseaba que Miller – y no Urey – tomase la decisión final acerca del manuscrito. Miller inmediatamente aceptó el ofrecimiento de Meyerhoff, el documento pudo ser recuperado del Journal of the American Chemical Society y devuelto a Science, tras lo cual fue publicado el 15 de mayo de 1953.

El 15 de diciembre de 1952, bastante antes de que el trabajo de Miller fuese remitido a Science, K. Wilde y sus colaboradores habían enviado a la misma publicación, un texto acerca de la infructuosa síntesis de componentes orgánicos mediante conducción eléctrica en CO₂ y agua. En dicho documento informaban sobre la ausencia de productos interesantes, tales como formaldehídos, obtenidos por reducción por encima del nivel de una parte por millón. Este resultado apoyaba la suposición de Miller y Urey acerca de la necesidad de condiciones reductoras para que tuviese lugar, de forma efectiva, la síntesis de compuestos orgánicos.

El trabajo de Miller fue publicado apenas unas semanas después de que Watson y Crick reportasen su modelo del ADN en forma de doble hélice. El enlace entre el nacimiento de estos dos campos comenzó a desarrollarse unos pocos años más tarde, cuando Juan Oró demostró la notable facilidad con la que la adenina, una de las bases nucleicas presentes en ADN y ARN, podía ser producida a través de la oligomerización del cianuro de hidrógeno (8). Finalmente, todo ello culminaría en la sugerencias independientes, por parte de Carl Woese, Leslie Orgen y Francis Crick a finales de 1960, y Walter Gilbert en 1986, de un “mundo de ARN”.

El impacto del trabajo de Miller no se vio limitado a los círculos académicos. Sus resultados capturaron la imaginación del público, que sentía curiosidad por el uso de descargas eléctricas para formar la sopa prebiótica. La fascinación con los efectos de la electricidad y las chispas sobre sistemas biológicos comenzó en 1780 con los trabajos de L. Galvani con ancas de rana y el descubrimiento de la “electricidad animal”. Finalmente, una impresión imperecedera quedó grabada en la imaginación popular a causa de la obra Frankenstein (1818), de Mary W. Shelley, en la cual Erasmus Darwin obtiene una plaza en la universidad por su defensa de las terapias basadas en descargas eléctricas.

Aunque en 1953, muy pocos imaginaron la posibilidad de ver monstruos de Frankenstein saliendo de las probetas del laboratorio de Miller, la imaginación del público se vio cautivada por el resultado de los experimentos. Tres años después, cuando estos resultados se vieron corroborados por un grupo independiente (9), la metáfora de la “sopa prebiótica” había sido empleada en tiras de cómic, dibujos animados, películas y novelas; y aún sucede. En la novela de Harry Muslich El Procedimiento (1998), uno de los personajes centrales encuentra el desastre en los relucientes salones de Estocolmo cuando prepara el terreno para lograr la síntesis de vida artificial a partir de una sopa primitiva.

Pero ¿es la teoría de la “sopa prebiótica” una explicación razonable a la cuestión del surgir de la vida? Los geólogos contemporáneos tienden a dudar que la atmósfera primitiva tuviera la composición altamente reducida empleada por Miller en 1953. Muchos han sugerido que los componentes orgánicos necesarios para el nacimiento de la vida pudieron haber llegado de fuentes extraterrestres, tales como los meteoritos. Sin embargo, existen evidencias que apuntan a que los aminoácidos y otros monómeros bioquímicos hallados en los meteoritos, fueron sintetizados en sus mundos de origen, a través de reacciones similares a las vistas en el experimento de Miller. En la Tierra primitiva, tal vez existieron medio ambientes reductores localizados, especialmente cerca de afloramientos volcánicos, donde las descargas eléctricas (10) pudieron conducir a la síntesis prebiótica.

A comienzos de la década de los 50, varios grupos experimentaban con la síntesis orgánica bajo condiciones primitivas. Pero únicamente el experimento de Miller, ubicado en la perspectiva Darvinista aportada por las ideas de Oparin, y anclado firmemente en las tradiciones decimonónicas de la química orgánica, transformó de la noche a la mañana el estudio del origen de la vida en un campo respetable de la investigación.

Notas y Referencias

1. S. L. Miller, Science 117, 528 (1953).

2. G. L. Geison, Isis 60, 273 (1969).

3 A. Lazcano, J. L. Bada, Origins Life Evol. Biosph., en prensa.

4. W. Löb, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 46, 684 (1913).

5. W. M. Garrison, D. C. Morrison, J. G. Hamilton, A. A. Benson, M. Calvin, Science 114, 416 (1951).

6. H. C. Urey, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 38, 349 (1952).

7. Un archivo de la correspondencia asociada al manuscrito puede encontrarse en los papeles de Urey en la Colección Especial Mandeville en la Biblioteca Geisel, Universidad de California, San Diego.

8. J. Oró, Nature 191, 1193 (1961).

9. L. Hough, A. F. Rogers, J. Physiol. (London) 132, 28P (1956).

10. R. Anderson et al., Science 148, 1179 (1965).
J. L. Bada trabaja para la Institución Scripps de Oceanografía, de la Universidad de California, San Diego, La Jolla, CA 92093, USA. E-mail: [email protected]
A. Lazcano trabaja en la Facultad de Ciencias, UNAM, Apdo. Postal 70-407, Cd. Universitaria, 04510 México D.F., México. E-mail: [email protected]

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