El experimento de Miller y el origen de la vida

Tal día como hoy, un 15 de mayo de 1953, un joven químico de 23 años publicó en la revista Science los resultados de un experimento que resultaría crucial para la biología y que abriría paso a un nuevo campo de conocimientos científicos. El joven era Stanley L. Miller, y con su trabajo inauguró la disciplina que hoy conocemos como química prebiótica y nos ofreció la primera pista sobre para entender cómo apareció la vida sobre la Tierra.

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Stanley Miller acababa de licenciarse en Química y se había trasladado a la Universidad de Chicago con la idea de realizar la tesis doctoral. A los pocos meses de iniciar su trabajo, llegó a la Universidad el Premio Nobel de química Harol C. Urey, y Miller asistió a un seminario que impartió sobre el origen de la Tierra y la atmósfera primitiva. La conferencia atrajo de tal manera a Miller que decidió cambiar el tema de su tesis y propuso a Urey la realización de un experimento que nunca antes se había intentado.

Imaginando la Tierra primitiva

En aquella época el bioquímico ruso Alexander I. Oparin había publicado un libro titulado El origen de la vida. En él exponía las ideas de cómo los procesos químicos espontáneos podrían haber conducido a la aparición de las primeras formas de vida, en una progresión gradual y a una escala de tiempo de millones de años. Hace unos 4.000 millones de años, las moléculas inorgánicas de la Tierra primitiva habrían reaccionado para dar lugar a las primeras moléculas orgánicas, de aquí a moléculas más complejas, y finalmente hasta llegar al primer ser vivo.

Oparin imaginaba una Tierra primitiva muy distinta de la actual, antes de que la transformaran los propios seres vivos.

Una de las pistas sobre cómo era esta Tierra primitiva se basaba en los conocimientos existentes en astronomía. Se suponía que tanto la Tierra como el resto de planetas del sistema solar provenían de la misma nube de gas y polvo, por lo que la composición de la atmósfera terrestre pudiera haber sido muy parecida a la poseen planetas como Júpiter y Saturno: así, es probable que contuviera metano, hidrógeno y amoníaco en abundancia. Sería una atmósfera reductora, con muy bajas concentraciones de oxígeno, pues éste fue una aportación posterior, de las primeras bacterias fotosintéticas.

La superficie de Tierra estaría inundada de agua. Y los océanos serían abundantes en moléculas químicas. Oparin imaginaba el océano antiguo como una sopa primordial, rica en moléculas químicas.

Este mundo primigenio sería mucho más convulso que el actual, con una alta actividad volcánica, frecuentes tormentas eléctricas y una intensa intensa radiación solar (no existía la capa de ozono para prevenir la radiación UV). Estos procesos habrían proporcionado la fuente de energía para que pudieran darse reacciones químicas en el océano, que con el tiempo habrían conducido a la aparición de la vida.

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Muchos científicos, entre ellos Urey, compartían estas ideas. Pero eran pura especulación, nadie había intentado probarlas, ni siquiera imaginado que pudieran probarse. Hasta que llegó Miller.

El experimento de Miller: creando moléculas orgánicas

Miller imaginó un experimento un experimento que serviría para corroborar las hipótesis de Urey y Oparin, y convenció a Urey para llevarlo a cabo.

El experimento propuesto consistía en mezclar los gases que se consideraban presentes en la atmósfera terrestre primitiva –metano, amoníaco, hidrógeno y vapor de agua–, y comprobar si al reaccionar entre sí podrían producirse compuestos orgánicos. Tenía que asegurarse de que el proceso tenía lugar en condiciones anaeróbicas (es decir, en ausencia de oxígeno) y que no intervenía ningún elemento vivo que pudiera facilitar las reacciones.

Por ello, ideó un dispositivo cerrado de vidrio con matraces y tubos, donde no pudiera entrar el oxígeno y esterilizó todo el material para eliminar toda forma de vida. En un matraz vertió una pequeña cantidad de agua, representando el océano primitivo. Otro matraz lo llenó con los gases metano, hidrógeno y amoniaco, para hacer las veces de la atmósfera primitiva. Por debajo un condensador permitiría enfriar y licuar las sustancias que se formaran en la atmósfera por las descargas eléctricas producidas por dos electrodos, que simularían los efectos de los rayos.

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Miller puso a funcionar el experimento una noche. Al regresar al laboratorio a la mañana siguiente, el agua del interior del matraz había adquirido un tono amarillo. Tras una semana en funcionamiento, analizó el agua ya de color marrón y encontró que se habían producido una serie de compuestos químicos que no estaban presentes originalmente, entre ellos, cuatro aminoácidos (los compuestos que utilizan todos los seres vivos como material de construcción de las proteínas).

El experimento de Miller demostró que las moléculas orgánicas pueden formarse espontáneamente a partir de moléculas inorgánicas simples, si se dan las condiciones ambientales adecuadas para ello.

Moléculas orgánicas venidas del espacio

Sin embargo, pocos años después los científicos llegaron a la conclusión de que la atmósfera primitiva era menos reductora de la que habían imaginado Urey y Miller, y que podía haber estado compuesta de dióxido de carbono y nitrógeno. Como demostraron nuevos experimentos, en esas condiciones, la síntesis de compuestos orgánicos era insignificante. Era difícil imaginar que la vida pudiera surgir de una sopa tan diluida. Pero entonces llegó una solución a este problema, no de nuevos experimentos realizados en la Tierra sino… del espacio.

En 1969 cayó cerca de Murchison, en Australia, un meteorito formado hace 4.600 millones de años. Cuando se analizó, se descubrió que contenía una variada colección de moléculas orgánicas entre ellas, los aminoácidos y otros compuestos que Miller había sintetizado en su laboratorio. De esta manera, si las condiciones de la Tierra primitiva no eran las adecuadas para la formación de las moléculas orgánicas, pudo ocurrir que fueran objetos extraterrestres los que sazonaran la sopa prebiótica de la Tierra con sustancias químicas suficientes para permitir los primeros atisbos de vida.

El legado de Miller y lo que falta por conocer

Actualmente, los especialistas parecen inclinarse de nuevo por una atmósfera primitiva reductora, más favorable a los resultados de Miller, Así, se acepta que si la atmósfera de nuestro planeta era reductora, lo más probable es que los compuestos imprescindibles para la vida pudieron sintetizarse en la Tierra, mientras que si nuestra atmósfera era oxidante tal vez hubieran sido aportados por meteoritos y núcleos de cometas.

Sea como fuere, tanto si se inició dentro o fuera de nuestro planeta, las numerosas y diversas pruebas han demostrado que los compuestos orgánicos pudieron surgir como resultado de reacciones químicas relativamente sencillas.

Con todo, hay que tener en cuenta que el paso desde tales biomoléculas hasta la vida requiere un largo y complejo camino que trasciende los experimentos convencionales de la química prebiótica, para el cual no tenemos aún la respuesta. Miller nos explicó tan sólo cómo pudo suceder el primer paso. Cómo después estas piezas se ensamblaron en moléculas más complejas que a su vez se organizaron en estructuras capaces de mantenerse y replicarse a sí mismas, sigue siendo un misterio.

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