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traducci�n de
Adela Kaufmann � �
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por Arthur Garfield Dove. Donaci�n de Katherine S. Dreier a la Colecci�n Soci�t� Anonyme
Galer�a de arte de la Universidad de Yale �
entre biolog�a y qu�mica, el comienzo de la vida en la Tierra es un horizonte de sucesos desde el cual luchamos por ver m�s all�... � � � �C�mo se origin� la vida?�Los cient�ficos han estado estudiando la cuesti�n durante d�cadas y han desarrollado m�todos ingeniosos para intentar averiguarlo. � Incluso han incluido la teor�a m�s poderosa de la biolog�a, la evoluci�n darwiniana, en la b�squeda.�Pero todav�a no tienen una respuesta completa.�Lo que han encontrado es el callej�n sin salida te�ricamente m�s f�rtil del mundo.
Cuando trabajan hacia atr�s, viajan a trav�s del registro f�sil y a trav�s de las ramas de las relaciones gen�ticas entre especies. � Tambi�n buscan rastros geoqu�micos que marcan la presencia de vida en el pasado distante.�En alg�n lugar al final de la l�nea se encuentra el antepasado m�s antiguo de la vida. � Este antepasado ha adquirido un nombre:
Tambi�n tiene una naturaleza hipot�tica y un lugar en el orden biol�gico de las cosas:
Aunque los cient�ficos, como el bi�logo molecular�William Martin�de la Universidad Heinrich Heine en D�sseldorf, y su equipo, han podido�inferir�alguna parte del perfil gen�tico de LUCA, no tienen un retrato completo. � Tampoco pueden ver m�s all� de LUCA:
En �ltima instancia, LUCA es�el sistema vivo�que los cient�ficos identifican para decir que, al menos una vez, en alg�n lugar, espont�neamente, la vida comenz� en la Tierra. � Para enfatizar que cualquier vida anterior a LUCA es actualmente incognoscible, los cient�ficos llaman a LUCA un�horizonte de sucesos filogen�ticos.�
M�s all� de este umbral, la velocidad de escape supera la velocidad de la luz.�Dado que nada puede viajar a trav�s del espacio m�s r�pido que la velocidad de la luz, no hay forma de presenciar ning�n evento que tenga lugar all�.� � Lo mismo ocurre con LUCA:
Dado que no hay ning�n registro de an�lisis filogen�tico en el que trabajar antes de LUCA, los cient�ficos no pueden seguir el registro biol�gico all�. � � � � �Hacia d�nde ir desde aqu�? � No obstante, es en cara a los l�mites filogen�ticos que los cient�ficos est�n mirando en el pasado profundo, y que teorizan nuevamente los hipot�ticos comienzos. � En la d�cada de 1920, por ejemplo, el bioqu�mico sovi�tico�Aleksandr Oparin�y el cient�fico brit�nico-indio�J.B.S. Haldane�comenzaron de forma independiente a desarrollar modelos te�ricos de los or�genes qu�micos de la vida, y se preguntaron c�mo�pudo�haber surgido la�vida�de la materia de la Tierra primitiva. � En la d�cada de 1950, los qu�micos estadounidenses�Stanley Miller�y�Harold Urey�comenzaron a probar esas hip�tesis en el laboratorio al intentar demostrar que, con sustancias qu�micas b�sicas de la Tierra primitiva, pod�an generar biomol�culas simples.
El experimento de Miller-Urey sugiri� que los experimentales podr�an generar algunas de las condiciones de la vida temprana en el laboratorio. � Sin embargo, el esfuerzo estuvo plagado de dificultades.�
Desde entonces, nadie ha elaborado la vida de forma espont�nea a partir de las sustancias qu�micas elementales de la sopa primordial de la Tierra, y el n�mero de posibles mundos te�ricos en los que la vida comenz� solo ha proliferado. � � Para cualquiera que est� mirando, podr�a parecer que necesitar�amos un conjunto de universos paralelos para probar todas las alternativas. � Cualquiera sea el camino que los cient�ficos hayan tomado para buscar los or�genes de la vida, la mayor�a recurre a las ideas de�Charles Darwin, en su libro�Sobre el origen de las especies�(1859), para ayudarlos a responder preguntas cruciales en el campo. � Aunque Darwin no pens� que la ciencia de su �poca pudiera explicar los or�genes de la vida directamente, muchas de sus ideas se convirtieron en parte integral del avance del campo. � El metaf�rico �rbol de la vida de Darwin, por ejemplo, describe el descenso de especies a lo largo del tiempo evolutivo e inici� la b�squeda filogen�tica de LUCA. � La observaci�n de Darwin en�El origen de las especies de�que �probablemente todos los seres org�nicos que han vivido en esta Tierra han descendido de alguna forma primordial, en la que se inspir� la vida por primera vez�' llev� a sus contempor�neos a abrazar la idea de que la vida en la Tierra tiene un origen �nico. � Su especulaci�n, en su�carta�al bot�nico�J.D.Hooker�en 1871, de que la vida podr�a haberse formado en alg�n 'peque�o estanque c�lido con todo tipo de amon�aco y sales fosf�ricas: luz, calor [y] electricidad', gener� una gran cantidad de experimentos explorando la sopa primordial de la vida. � � Los cient�ficos han llegado profundamente en el pasado evolutivo solo para extenderse mucho m�s all�... � � M�s significativamente, la selecci�n natural darwiniana ha ayudado a los investigadores a desarrollar hip�tesis para pensar sobre el proceso por el cual los qu�micos se organizan en formas vivas. � La selecci�n natural, el proceso que da forma a la evoluci�n, nos dice que, a medida que las poblaciones se reproducen y cambian, las especies que mejor se adaptan a su entorno sobreviven.�Muchos investigadores piensan que la selecci�n natural tambi�n puede explicar el proceso por el cual la materia inanimada comienza a organizarse en formas vivientes. � Si surgen nuevas especies por selecci�n natural, entonces podr�a haber precursores qu�micos prebi�ticos que se vuelven capaces de evolucionar; tal vez la evoluci�n marca el comienzo de la vida. � Usar la teor�a de Darwin para cerrar la brecha entre la qu�mica y la biolog�a implica "pensar en la evoluci�n qu�mica de una manera nueva", dice�Chris Kempes, bi�logo f�sico te�rico del Instituto Santa Fe. � El hecho de que los investigadores contempor�neos est�n teniendo este pensamiento revela cu�n vers�til es la teor�a de la evoluci�n. � Sorprendentemente, en 1994, la NASA adopt� una definici�n darwiniana para guiar la b�squeda de vida en el Universo:
A medida que los cient�ficos han ampliado el alcance te�rico de la evoluci�n darwiniana, algunos se han preguntado si debemos ir m�s all�. � Para Kempes, la evoluci�n es una ley invaluable para investigar los or�genes de la vida, pero puede que no sea todo lo que necesitamos:
Para�Jeremy England, f�sico de Georgia Tech en Atlanta, la evoluci�n darwiniana explica la transformaci�n de la vida en la Tierra, pero har�amos bien en adoptar una teor�a m�s universal para comprender por qu� la materia se organiza espont�neamente en la vida. � De hecho, los cient�ficos que abordan el dif�cil problema de los or�genes de la vida se han adentrado en el pasado evolutivo solo para extenderse mucho m�s all�.� � En el proceso, han comenzado a ver la vida de formas nuevas y sorprendentes. � � � � �Es�la vida f�cil o dif�cil? � La pregunta contiene una paradoja en el estudio de los or�genes de la vida que ha estado con nosotros desde el momento en que Darwin reaviv� inadvertidamente la b�squeda. � A finales del siglo XIX, la vida parec�a algo f�cil. � Parec�a surgir por todas partes, especialmente de materia en descomposici�n.�Los gusanos en la carne o los ratones en el grano suger�an que la generaci�n espont�nea de vida no era rara ni singular. � Ingrese al contempor�neo de Darwin, el bi�logo franc�s�Louis Pasteur, quien ten�a la intenci�n de demostrar que esta opini�n estaba equivocada.�Para hacerlo, Pasteur aisl� medios org�nicos est�riles para mostrar que nada vivo emerge de ellos.�A su vez, hizo que pareciera que la vida era algo extremadamente dif�cil, casi parec�a imposible. � El efecto fue disuadir a muchos de sus contempor�neos de investigar por completo la cuesti�n de los or�genes de la vida. � Sin embargo, si, como cre�an cada vez m�s los contempor�neos de Darwin, la vida no siempre existi� en la Tierra, entonces ten�a que surgir espont�neamente al menos una vez. � �Pero c�mo?� � A mediados de los siglo20, mientras que Miller y Urey trataban de la vida divina de la sopa qu�mica, una figura de un universo te�rico diferente se enamor� del desaf�o. � Este fue el f�sico�Erwin Schr�dinger, quien ayud� a trasladar la investigaci�n sobre los or�genes de la vida de la sopa a la gen�tica molecular. � En su�art�culo�'Qu� es la Vida?'�(1944), Schr�dinger explic� que estaba fascinado por la vida porque parec�a actuar de manera distinta a "cualquier pieza de materia" que estudian los f�sicos y qu�micos. � No es que la vida no est� sujeta a las leyes de la f�sica, su material se rige por las mismas leyes que todo lo dem�s. Es que la vida parece sorprendente a la luz de las leyes de la f�sica.� � En los sistemas f�sicos cerrados, la entrop�a aumenta con el tiempo:
En los sistemas vivos, algo diferente es cierto:
� La noci�n de Shannon de informaci�n como medida de sorpresa ha ayudado a los investigadores a teorizar el surgimiento de la vida... � � Adem�s de considerar la idea de que podr�amos necesitar otra ley o un concepto como la entrop�a negativa para explicar los seres vivos, Schr�dinger pens� que se podr�a encontrar una explicaci�n al determinar c�mo la vida se perpet�a a s� misma por replicaci�n. � La forma en que las estructuras se forman, se copian a s� mismas, cambian y transmiten esos cambios para producir estructuras cada vez m�s complejas, podr�a explicarse entendiendo como lo que �l llam� la "sustancia hereditaria". � Pensaba que lo que m�s necesitaba comprensi�n era la,
Algo parecido a esta estructura, sugiri�, podr�a ser el mecanismo de la herencia y la fuente de la capacidad de la vida para perpetuar el orden y la complejidad. � Mientras avanzaba la b�squeda de la sustancia hereditaria, otra figura ofreci� una segunda idea te�rica clave. � Este fue el matem�tico�Claude Shannon, el fundador de la teor�a de la informaci�n.�En su�art�culo�fundamental�'Una teor�a matem�tica de la comunicaci�n' (1948), Shannon busc� explicar la estructura b�sica de la comunicaci�n y demostrar c�mo la informaci�n se puede codificar y transmitir en forma binaria.� � Para Shannon, la informaci�n es una medida de incertidumbre o sorpresa. � Podr�amos pensar que la informaci�n es simplemente el material de la comunicaci�n, pero, desde la perspectiva de Shannon, la informaci�n era comunicaci�n sobre la incertidumbre: cuanta m�s incertidumbre o sorpresa, m�s informaci�n recibimos. � En la medida en que la informaci�n sea un sistema de codificaci�n y decodificaci�n, por supuesto, se encuentra en el n�cleo de la gen�tica molecular. � Pero m�s recientemente, la noci�n de Shannon de la informaci�n como una medida de incertidumbre o sorpresa ha ayudado a los investigadores a teorizar el surgimiento de la vida, la gran sorpresa que tanto desconcert� a Schr�dinger. � El principio hereditario de Schr�dinger inspir� a�James Watson�y�Francis Crick�quienes, con la ayuda de los�datos y la investigaci�n�de la qu�mica�Rosalind Franklin, descubrieron la estructura de doble h�lice del ADN. � Como se�alan en las l�neas finales de su�art�culo�hist�rico�'Estructura molecular de los �cidos nucleicos: una estructura para el �cido nucleico desoxirriboso' (1953), el ADN podr�a considerarse como un mecanismo de copia clave para toda la vida. � Mientras escriben: "No se nos ha escapado que el emparejamiento espec�fico que hemos postulado sugiere de inmediato un posible mecanismo de copia del material gen�tico". � Poco m�s de un mes despu�s, publicaron un segundo�art�culo, titulado "Implicaciones gen�ticas de la estructura del �cido desoxirribonucleico" (1953). � All� comentan que el material hereditario parece tambi�n transmitir informaci�n.� � En sus palabras:
Watson y Crick no se tomaron del todo en serio gran parte del pensamiento computacional o cibern�tico sobre la informaci�n que animaba el mundo te�rico de Shannon,�comenta�el zo�logo e historiador de la ciencia�Matthew Cobb. � Pero parec�an compartir la sensaci�n de que la informaci�n era clave para comprender cualquier sistema de codificaci�n y decodificaci�n. � El descubrimiento de�Watson y Crick fue, por supuesto, profundamente significativo para la biolog�a evolutiva en general y para la biolog�a molecular en particular. � � � � Pero, �cu�l fue su importancia para la investigaci�n sobre los or�genes de la vida? � Con un mecanismo de replicaci�n, los cient�ficos comenzaron a explorar la idea de que la vida temprana, si no la primera vida, comenzaba con el inicio de la replicaci�n.� � Sin embargo, hab�a un problema:
Una vez que se forma, el ADN transporta la informaci�n necesaria para producir prote�nas que realizan gran parte del trabajo funcional de la vida, desde estructurar las c�lulas hasta transmitir se�ales entre �rganos. � El ADN tambi�n se basa en tipos espec�ficos de prote�nas llamadas enzimas, para catalizar reacciones que le permiten copiarse a s� mismo.�Pero las prote�nas no estaban presentes en la Tierra primitiva y requieren ADN para su producci�n. � Si ni el ADN ni las prote�nas auto replicantes fueron lo primero, �qu� mol�culas iniciaron el proceso de replicaci�n? � En la d�cada de 1960, los cient�ficos comenzaron a considerar que un candidato para este proceso podr�a ser el �cido ribonucleico o ARN.�En los organismos vivos, el ARN ayuda al ADN a convertir su informaci�n en productos funcionales que son posibles gracias a las prote�nas. � Durante muchos a�os, el ARN se conoci� simplemente como el mensajero que transcrib�a la informaci�n en el ADN para que su c�digo pudiera traducirse en prote�nas funcionales. � Sin embargo, los primeros experimentos con ARN comenzaron a sugerir que, a diferencia del ADN, el ARN podr�a realizar no una sino dos funciones esenciales para la replicaci�n.�Los cient�ficos sab�an que, como el ADN, el ARN pod�a transportar informaci�n;�lo que empezaron a ver es que, al igual que las enzimas, tambi�n podr�a catalizar reacciones qu�micas. � En la d�cada de 1980, el bi�logo molecular�Sidney Altman�y el qu�mico�Thomas Cech con sus respectivos equipos de investigadores, hicieron un avance en este sentido: de forma independiente,�demostraron�que las mol�culas de ARN pueden actuar como enzimas que catalizan reacciones. � No mucho despu�s del descubrimiento de esta propiedad catal�tica del ARN, los cient�ficos comenzaron a abrazar m�s ampliamente la idea del 'mundo del ARN', un mundo en el que el ARN era una forma de vida temprana, capaz de catalizar la replicaci�n de su propia informaci�n. � Sin embargo, el mundo del ARN se vio acosado por una serie de problemas.�
En los �ltimos a�os, el mundo del ARN se ha encontrado, por tanto, con algunas teor�as rivales sobre los primeros replicadores de la Tierra.� � En 2017, por ejemplo, los cient�ficos�Elizaveta Guseva,�Ken A. Dill�y�Ronald N. Zuckermann�propusieron�una teor�a de que las mol�culas similares a prote�nas podr�an haber sido los primeros replicadores. � Los desaf�os al mundo del ARN son solo una indicaci�n de que los cient�ficos est�n lejos de un consenso sobre los or�genes qu�micos de la vida. � De hecho, la falta de consenso parece estar impulsando a los cient�ficos a regresar a comienzos hipot�ticos y desarrollar nuevas hip�tesis radicales.� � � Otros han comenzado a pensar m�s sist�mica, termodin�micamente, universalmente sobre c�mo surgi� la vida... � � Un intento de teorizar de nuevo los or�genes de la vida entr� en foco hace unos 20 a�os, cuando el f�sico�Freeman Dyson�propuso en su�libro Origins of Life�(1999) que desarrollemos una hip�tesis de dos or�genes para explicar los dos procesos esenciales para la vida temprana:
Dyson adapt� el innovador trabajo de la microbi�loga�Lynn Margulis, quien�descubri��que la vida celular temprana combina al menos dos organismos diferentes para formar la c�lula nucleada. � Para Dyson, el mundo de la sopa primordial experimental inaugurado por Miller y Urey podr�a ayudar a los cient�ficos a comprender el metabolismo temprano. � El mundo del ARN ofreci� una posible visi�n del proceso de replicaci�n:
�l compar� el primero con el hardware de la computadora y el segundo con el software: el hardware, argument�, debe ser lo primero, pero ambos son esenciales para la m�quina.
Desde Dyson, otros tambi�n han comenzado a pensar de manera diferente, m�s sist�mica, m�s termodin�micamente, m�s universalmente, sobre c�mo podr�a haber surgido la vida. � David Baum, bot�nico y bi�logo experimental de la Universidad de Wisconsin-Madison, enfatiza que para comprender los or�genes qu�micos de la vida debemos hacer justicia a la inmensa complejidad de los sistemas qu�micos prebi�ticos. � Como �l explica:
En los experimentos sobre los or�genes de la vida dentro del �mbito gen�tico, explica Baum, dos fen�menos son clave. � Primero, hay plantillas:
Este proceso se asemeja a los sistemas de informaci�n y podr�a ser algo que los experimentadores puedan recrear. � El segundo fen�meno es la traducci�n, que implica,
Esto, en comparaci�n,
Si bien Baum tiene cuidado de se�alar nuestros l�mites experimentales actuales, est� lejos de tener esperanzas sobre las perspectivas de estudiar los or�genes de la vida en el laboratorio.�Al final, dice, cualquiera que haga experimentos,
Aun as�, esto no quiere decir que la vida sea algo simple:
A Baum le parece posible que las leyes del Universo generen necesariamente vida, pero las particularidades de c�mo los productos qu�micos se convierten en sistemas vivos siguen siendo impredecibles. � Podr�amos decir que la qu�mica temprana de la vida est� llena de informaci�n sobre Shannon, llena de sorpresas. � El�f�sico England ve las cosas de otra manera.� � Para �l, la vida no es nada sorprendente:
En su hip�tesis, llamada "adaptaci�n impulsada por la disipaci�n", las leyes del Universo generan la estructura ordenada que llamamos vida. � Su teor�a aborda el desaf�o de Schr�dinger de explicar por qu� la vida no sigue el camino de la materia en sistemas cerrados hacia una mayor entrop�a y por qu�, en cambio, se vuelve m�s ordenada y compleja con el tiempo. � Como�explica�England�en una�conferencia�en 2014, y en su pr�ximo�libro, en sistemas que no est�n en equilibrio con una poderosa fuente de energ�a, como el Sol, la materia necesariamente forma estructuras que ayudan a disipar la energ�a. � Para los seres vivos, una de las formas m�s eficientes de organizarse para disipar la energ�a es reproducirse.� � De acuerdo con la teor�a de Inglaterra, las formas de vida aumentan en complejidad no solo porque est�n sujetas a la evoluci�n darwiniana, sino tambi�n, m�s fundamentalmente, porque deben mejorar en la disipaci�n de energ�a. � Seg�n England:
Para otros cient�ficos, como Eric Smith en el Earth-Life Science Institute en Tokio, estudiar los or�genes de la vida significa recurrir a la biosfera en su conjunto, el complejo sistema biol�gico, dice:
Para Smith, el marco evolutivo para la investigaci�n de los or�genes de la vida a menudo lleva a los cient�ficos a centrarse en el origen del organismo.�Esto impide un pensamiento m�s amplio sobre los sistemas vivos. � Para comprender la vida y sus or�genes, sostiene Smith, debemos mirar las estructuras organizativas y qu�micas que sustentan la vida misma. � Mientras tanto, f�sicos como�Sara Walker�de la Universidad Estatal de Arizona dicen que, para entender la vida, necesitamos volver m�s directamente a los primeros principios. � Para Walker, un principio clave que debemos comprender es la informaci�n, y debemos comprenderla de manera mucho m�s generalizada que los primeros genetistas. � Como ella dice:
Por el momento, no entendemos la informaci�n lo suficientemente bien, pero si comenzamos a comprender c�mo la informaci�n interact�a con la materia, estaremos mucho m�s cerca de explicar la vida. � A medida que el marco evolutivo para la investigaci�n de los or�genes de la vida se ha expandido y deshilachado, tambi�n lo ha hecho la definici�n de vida.�Una vez que los cient�ficos comienzan a pensar en la organizaci�n espont�nea de los productos qu�micos prebi�ticos, los l�mites entre vivos y no vivos comienzan a difuminarse. � Para algunos investigadores, como el bi�logo evolutivo�David Krakauer, los desaf�os a la definici�n de vida son bienvenidos. � Seg�n Krakauer, el enfoque en la replicaci�n de formas que llamamos seres vivos nos impide pensar biol�gicamente sobre la fascinante variedad de sistemas emergentes que tenemos ante nosotros, cosas que no dir�amos que est�n vivas.� � � Hamlet est� vivo y virus inform�ticos y redes culturales podr�an, con raz�n, considerarse formas de vida... � � Existe una obsesi�n por los or�genes y la idea de que no se puede divorciar la generalidad del principio del origen del principio, dice Krakauer. � Y eso es un error... � Ser�a como decir que�Johannes Gutenberg invent� la imprenta para replicar la Biblia por lo que solo se puede usar para Biblias.�Pero es �til para muchos tipos de libros. � Del mismo modo, aunque Schr�dinger estaba interesado en una replicaci�n confiable en el contexto de la qu�mica, �qui�n puede decir que el contexto de Gutenberg, la imprenta, no se basa en el mismo principio? � Krakauer cree que los cient�ficos de los or�genes de la vida har�an bien en buscar principios generales de vida y replicaci�n en lugar de centrarse �nicamente en la naturaleza hist�rica del surgimiento de la vida en la Tierra. � En el cierre de '�Qu� es la Vida?', Schr�dinger da un giro sorprendente que parece anticipar esta reconsideraci�n de la vida. � Para hacerlo, se aventura en el reino de la conciencia humana.�En esta secci�n del art�culo, Schr�dinger se remonta a los Upanishads para sugerir que la conciencia individual no es m�s que un lienzo para recolectar recuerdos.�Dice que cuando esos recuerdos se desvanecen, no experimentamos ning�n tipo de muerte. � Incluso si un hipnotizador borrara todos los recuerdos de uno, dice Schr�dinger, uno no perder�a la propia existencia personal. � El contenido de esos recuerdos, adem�s, est� vivo:
Dado que el mundo genera contenido vivo continuo para el lienzo de la conciencia, nunca hay ninguna,
Krakauer comparte muchas de las opiniones de Schr�dinger. � Piensa que hay muchas formas de vida, que Hamlet, por ejemplo, est� vivo y que los virus inform�ticos y las redes culturales tambi�n podr�an considerarse formas de vida.�Tambi�n piensa que todav�a no comprendemos los principios de la vida. � Le pregunt� a Krakauer si pensaba que Schr�dinger, en estas reflexiones finales, era un m�stico o un provocador o algo m�s.�Dijo que Schr�dinger estaba interesado en comprender la conciencia y que no estaba siendo m�stico con sus sugerencias. � Como explic� Krakauer:
En resumen, �l tambi�n buscaba principios de vida m�s amplios. � Cuando miramos el trabajo sobre los or�genes de la vida desde la �poca de Darwin en adelante, vemos que el campo es asombrosamente resistente, quiz�s no muy diferente de los sistemas de vida emergentes que estudia.�Cuando llega a un callej�n sin salida, se vuelve a concebir espont�neamente. � Los marcos te�ricos que animan su investigaci�n han adaptado el pensamiento de Darwin de innumerables formas, y ahora se mueven m�s all� de Darwin hacia nuevos marcos te�ricos. � Estos marcos hacen que prestemos atenci�n a la vida de diferentes formas.
Buscamos signos de vida en los planetas exteriores o en los intersticios de rocas y hielo;�o vemos la vida replic�ndose en los tapices iterativos de la cultura. � Buscamos formas en las que la vida nos sorprenda... � Casi parece como si la vida emergiera precisamente cuando nuestras ideas sobre ella comienza a conformarse con el fen�meno que estamos intentando concebir.� � � � |
