La Termodinámica Podría Explicar el Origen de la Vida

25 septiembre 2017  |  MundoCiencia Oficial
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Desde que el hombre posee consciencia, hasta en su estado más primitivo previo a la civilización, ha intentado darle respuesta a la pregunta sobre su origen. En la actualidad esa búsqueda sigue presente, trasladándose ahora al campo de la exploración espacial. ¿La vida en la Tierra o en cualquier otro planeta es sólo producto de una serie de eventos casuales e interconexos? O, ¿es el resultado de leyes físicas capaces de engendrar organismos vivos?

En el año 2013, el biofísico del Instituto de Tecnología de Massachusetts (EE.UU.), Jeremy England, formuló una hipótesis en la cual sostiene que la física puede desencadenar, espontáneamente, reacciones químicas capaces de generar cualidades vivas a partir de entes inanimados.

Ahora, la teoría fue puesta bajo experimentación por England y algunos colegas, arrojando interesantes resultados.

La vida tiene que venir de alguna parte, no siempre hubo organismos biológicos. Los mismos nacieron de componentes químicos inertes, que logran organizarse de alguna manera en compuestos prebióticos, socavando los cimientos para el futuro surgimiento de la vida como la conocemos.

A dicho proceso se le denomina “abiogénesis”, que es cuando organismos biológicos nacen espontáneamente de materia inorgánica. England piensa que la termodinámica podría proporcionar todo un marco teórico sobre cómo se producen este tipo de interacciones. No obstante, el científico aclara que la investigación no está dirigida a encontrar el principio de la vida propiamente tal.

“No diría que investigo el ‘origen de la vida’ “per se”, comentó England a la revista Live Science. “Lo interesante para mí es hallar la prueba del principio, es decir, ¿qué requisitos físicos son necesarios para la aparición de compuestos previos a la vida?”

Un ser vivo u organismo, es un conjunto material de organización compleja, en la que intervienen sistemas de comunicación molecular que lo relacionan internamente y con el medio ambiente en un intercambio de materia y energía de una forma espontánea. Foto: Pixabay.com

Sistemas autoorganizados

Si calentamos algún organismo, las leyes de la física dictan que ese calor se disipará, lo que llevará al ente a equilibrar su temperatura con la del ambiente, como una taza de café que se deja enfriar en el escritorio. La entropía, que es el grado de desorden molecular en un sistema, aumentará al tiempo que el calor intente escapar. No obstante, algunas estructuras físicas tienen la posibilidad de estar desequilibradas lo suficiente como para autoorganizarse, aprovechando mejor una fuente de energía externa. Cuando esto ocurre, se desencadenan una serie de reacciones químicas muy interesantes, las cuales pueden ser sostenibles en el futuro por sí mismas. Con ello el sistema consigue mantener una temperatura distinta a la del entorno, generando así condiciones para nuevos organismos.

England describe este fenómeno como “adaptación disipativa”, el cual cimienta las bases para el nacimiento de la vida en entornos donde, eventualmente, no sería posible. Sin embargo, para que la vida permanezca en el tiempo es necesario un factor decisivo, la reproducción o autorreplicación.

Ahora bien, durante la adaptación disipativa se producen también condiciones propicias para la reproducción, al aumentar la entropía del sistema.

En un estudio publicado por la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, England realizó un experimento para probar esta hipótesis. Consistía en una simulación virtual de un sistema cerrado, impedido de intercambiar temperatura con su entorno, donde además pusieron 25 diferentes elementos químicos. Acto seguido, al empezar a calentar el pequeño espacio, los componentes allí dentro intentaron disipar ese calor, lo que inevitablemente aumentó la entropía.

Los investigadores observaron que los elementos químicos podían optimizar la energía generada por el calor, experimentando intensas reacciones con el fin de autoorganizarse. A su vez, esas reacciones generaban más calor, obedeciendo al segundo principio de la termodinámica. Naturalmente esto hacía que la entropía aumentara, empujando a los químicos a un proceso de autorreplicación.

Se trata de un modelo a pequeña escala, pero que emula muy bien lo que ocurre en la biología. La energía de las células se “quema” por estar en desequilibrio, impulsando los procesos metabólicos que mantienen la vida.

Vida en otros planetas por adaptación disipativa

La posibilidad de que surja vida en otros planetas a partir de “adaptación disipativa” continúa siendo muy incierta. Foto: Pixabay.com

Antes de incursionar en la posibilidad sobre si los sistemas de adaptación disipativa pudiesen darse en otros planetas, cabe acotar en qué medida pueden darse en la Tierra.

“Si cuando alguien dice ‘vida’ se refiere a organismos tan complejos como bacterias o cualquier otro ser compuesto por ADN, mi trabajo aún no determina qué tan fácil o difícil, sería el surgimiento de este tipo de entes en otro lugar del universo”, comentó England.

La presente investigación no identifica con exactitud cómo la biología emerge de sistemas no-biológicos; sino que demuestra la manera en que, bajo ciertas condiciones químicas muy complejas, puede presentarse una sorprendente auto-organización química, la cual propicie el nacimiento de nuevos organismos.

“Este tipo de experimentos arrojan resultados fascinantes acerca de redes y conexiones químicas que no están en equilibrio, pero siguen estando muy lejos de explicar el ‘origen de la vida’ fundamentándose en la física”, dijo a la revista Live Science Michael Lässig, físico estadístico y biólogo cuantitativo de la Universidad de Colonia, en Alemania.

Por su parte, para la física teórica y astrobióloga de la Universidad Estatal de Arizona (EE.UU.), Sara Imari Walker, el hecho de que aparezca una autoorganización natural en un conjunto de productos químicos, no significa, necesariamente, una organización viviente.

“Creo que hay un montón de etapas intermedias que tenemos que atravesar antes de establecer una arquitectura compleja sobre el surgimiento de una célula viva, con capacidad de memoria y herencia”, expresó la astrobióloga.

Afirmar que el trabajo de England es el santo grial del origen de la vida sigue siendo prematuro. Pero expone la capacidad que poseen algunos sistemas físicos para autoorganizarse. De hecho, ahora que los científicos tienen idea de cómo se comportan estas estructuras termodinámicas, podrían identificar sistemas físicos similares que ocurren en la Tierra fuera del laboratorio, concluyó England.

Créditos: Proceedings of the National Academy of Sciences, LiveSciencie, Space.com.

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