4 de agosto de 2008

(Bio) - Química cósmica

(Bio) - Química cósmica

Una larga historia de la vida


¿Panespermia o creación espontánea?
En el principio...
Comienzan tiempos más fríos
Nubes moleculares
Las primeras estrellas
Granito de Sílice
Carbono


El destino - ¿Del granito al cometa?
Comienzo de la vida
El experimento Miller
Un poco de química
Un hogar adecuado
¿Estamos solo?

A los que se ocupan de la historia de la vida, se les presentan varias interrogantes:

1.- ¿Cómo comenzó la vida en la tierra?
2.- ¿Fue esto un suceso único, o se repetirá millones de veces en el universo?
3.- ¿La evolución hasta la aparición del hombre, es casual o una consecuencia del constante desarrollo del universo?
4.- ¿Nosotros nos seguiremos desarrollando y algún día iremos a conquistar el universo, o estamos condenados a desaparecer?

Trataremos ahora de encontrar una respuesta a la primera pregunta. En relación a la segunda, para la búsqueda seria sobre señales de vida extraterrestre, se están realizando esfuerzos a nivel mundial ya durante años, (Ver más adelante Proyecto SETI) si es que habrá repuestas, eso lo dirá el futuro. En caso que si, estará respondida también la tercera pregunta. Una solución a la cuarta pregunta no nos es posible dar. Preguntemos nos, entonces, como comenzó la vida.
Existen dos teorías básicas:
La primera dice, que la vida ya existió, en el universo desde siempre y esta es la tal llamada Hipótesis Panespermia. La otra posibilidad es descrita mediante la Creación Espontánea, según la cual la vida se formó de materia inerte. Aquí posiblemente jugaron un papel importante cometas y meteoritos, pero sobre a esto nos referiremos más adelante. La denominación panespermia proviene del científico sueco Svante Arrhenius, quién introdujo este concepto en 1908. Según esto, la vida habría llegado a la tierra, en forma de gérmenes en granos de polvo.
Hace ya 500 años Anaxágoras, el filósofo griego, expresó su idea, que gérmenes de animales y plantas se encuentran en todo el cosmos y que en presencia de condiciones favorables pueden desarrollarse.
Gérmenes de este tipo pueden vagar por el espacio de diferentes maneras: Según Arrhenius, son impulsados por la presión de radiación de las estrellas (se habla aquí de la tal llamada Radiación-panespermia). Según la Litopanespermia, que fue nombrada por Lord Kelvin y Hermann Helmholz en 1870, los gérmenes de vida se distribuyen por meteoritos. Ciertamente, para ambas hipótesis existen dificultades casi insolubles:
La presión de la radiación es extremadamente reducida, desde la creación del universo, los gérmenes apenas podrían haber avanzado unos pocos miles de años luz. Demasiado poco para “fecundar” a nuestra galaxia, sin hablar del resto del universo. La Litopanespermia muestra otra dificultad, si los meteoritos ingresan en la atmósfera de la tierra, se queman hasta un peso de algunos gramos. Si tienen una masa de más de una tonelada (lo que en la edad primigenia de nuestro planeta, seguramente no fue una rareza), son destruidos totalmente, por la liberación de la energía cinética. Sólo en el ámbito de masas de algunos kilos, los meteoritos únicamente se calientan en sus capas exteriores, el interior queda intacto, donde las capas orgánicas exteriores incluso actúan como un escudo térmico. Parecido como en los actuales Space – Shuttles. Pequeñísimos granos de menos de 5 µm descienden lentamente sobre la tierra sin dañarse.
Pero aún hay más problemas respecto a la hipótesis de la panespermia. ¡Las condiciones en el espacio externo son extremadamente hostiles a la vida! Por un lado junto al vacío casi absoluto, existe una temperatura de -273 °C (= 0 K). En otros lugares, al contrario, en las calientes nubes de gas y polvo, los gérmenes deben soportar temperaturas de millones de K. a esto se agrega un bombardeo de rayos ultra-violetas, rayos X o rayos gamma o con partículas súper rápidas como protones y partículas α (núcleos de helio). Pero existe una salida para este dilema, la Panespermía dirigida.Según esto, inteligencias extraterrestres pueden haber visitado, hace millones de años la Tierra, y haberla vacunada en forma dirigida con gérmenes, para ver como se desarrolla el planeta. También, ellos pudieron haber traído la vida en forma accidental, sin querer, simplemente dejando sus desperdicios contaminados con gérmenes…

















A más tardar, aquí nos damos cuenta de los problemas y las contradicciones de la hipótesis de la panespermia. ¡Si esto fuera cierto entonces la vida debe haber existido desde siempre! Y nos encontramos nuevamente frente a lo inexplicable, como, cuando y en que lugar se originó la vida. Pero si la vida existe desde siempre, entonces también debe haber existido desde siempre el universo, con esto sería un universo sin desarrollo. Esto se contradice con todas nuestras observaciones y conocimientos. Nosotros sabemos que vivimos en un cosmos que está en continuo desarrollo, que “nació” hace 15 mil millones de años. La hipótesis de panespermia, pierde su importancia, si se quiere llegar a la verdadera causa de la formación de la vida. Por esto discutiremos ahora la teoría de la Creación Espontánea, observar la Larga Historia de la Vida.

En el principio…

Nuestra historia no comienza con el Big-bang. El Big-bang no fue un suceso porque, para describirlo se necesita espacio y tiempo, el espacio-tiempo habitual para nosotros, aún no existía. No sabemos nada referente a este “no-suceso”, es posible que este comienzo haya sido totalmente distinto, como está descrito en el universo Ecpirótico, por lo tanto nuestra historia comienza a 10^-43 s después del Big-bang, cuando el universo tenía un tamaño de 10^-35 m y una temperatura de 10^32 K. Todas las fuerzas naturales (Reacciones de intercambio) están fundidas en una sola (“Gran unificación”), es totalmente simétrico. Su expansión es tan reducida, que está por debajo de la indeterminación cuántica de Heisenberg, saliendo recién en 10^-35 s del ámbito cuántico. En este período, el cosmos está formado por una sopa original de fotones, quarks y antiquarks, bosones W y Z (que son 100 veces más pesados que un protón) y los súper pesados bosones X con una masa 10^15 veces mayor que la de un protón. Con la expansión, el universo se sigue enfriando y los bosones X ya no pueden ser generados, en cambio aparecen otros bosones en la escena, Bosones de Higgs, partículas aún no comprobadas, que le ayudan a la materia para obtener su masa.
Con la disminución de la temperatura se produce un traspaso de fase de un universo simétrico a uno con una simetría quebrada, las anteriores interacciones unidas se separan entre si. Como ejemplo: Se puede imaginar el agua sub-enfriada. A pesar de una temperatura bajo 0°C, aún esta en estado líquido. De golpe puede cristalizarse formando hielo, donde se libera calor. Algo parecido lo hacen los bosones de Higgs, que aún después de 10-32 s, después del Big-bang, pueden estar sub-enfriados y orientarse en una determinada forma. En el lapso de 10^-35 y 10^-32 s, por cierto, aún no se libera energía, y justamente esto acciona la expansión exponencial del cosmos, se inicia la fase inflacionaria, que ensancha al universo por el factor 1050.
Después de 10^-32 s se libera la energía de transferencia de fase, “el calor de cristalización”, con lo cual se crea una enorme
cantidad de nuevas partículas, fotones, quarks y antiquarks. E inmediatamente comienza la gran batalla en el universo, porque las partículas y las antipartículas se aniquilan entre si, formando fotones. Pero los quarks están en ventaja, aventajan numéricamente a los antiquarks por el factor de un milmillonésimo. De estos quarks, que sobrevivieron hasta 1 s después del Big-bang, se compone toda la materia del cosmos, y naturalmente también nosotros. El universo tiene ahora una temperatura de apenas 10 mil millones [K], y una densa sopa de protones, neutrones, electrones y fotones comienzan con reacciones nucleares durante unos 10 s, que transforman, aproximadamente el 25 % de la materia, en núcleos de Helio y un porcentaje menor en Litio.

Comienzan tiempos más fríos.-

Durante un largo lapso, 300 000 años, se mantuvo esta situación. No sucede (casi) nada durante esa época. Pero ahora el universo se ha enfriado a 5 000 [K] y los electrones se pueden combinar con los protones y los núcleos de Helio y formar los primeros átomos de Hidrógeno y Helio. Los fotones ya no reaccionan constantemente con estas partículas y el cosmos se hace transparente. En los próximos 100 millones de años vuelve la “calma”, el universo se enfría hasta los 200 [K].
¿Y esto fue todo?
La vista, hasta ahora, más profunda hacia el pasado nos muestra este cuadro, que fue tomado por el telescopio Boomerang en 1998, en el campo de las ondas milimétricas, desde un globo estratosférico. Nosotros vemos estructuras del plasma caliente que llenó al cosmos a la edad de, más o menos, 300 000 años, como fluctuaciones de la temperatura,
Con la gentil autorización del Proyecto BOOMERANG.






¡Claro que no! El universo no fue totalmente parejo, desde su época cuántica todavía existieron sutiles interferencias, fluctuaciones de la densidad de la materia, lo que conlleva como efecto final, que en lapsos de tiempo muy largos se junta la materia en estructuras. Esta lleva, ya en la edad “juvenil” de 100 000 a 1 millón de años, a la formación de protogalaxias. Aquí comienzan las nubes de Hidrógeno atómico (Había junto al Helio sólo Hidrógeno como parte principal de la materia) a juntarse bajo su propia gravedad, donde se calientan hasta 1000 [K.]

Nubes de moléculas.-

Ahora los átomos de H pueden unirse a moléculas de Hidrógeno H2, y tan sorprendente como podría parecer, estas moléculas enfrían las zonas densas de la nube. Ellos colisionan con los átomos de Hidrógeno aún presentes, y la aquí liberada energía gravitatoria es irradiada en forma de fotones infrarrojos. La nube de hidrógeno se enfría hasta los 200 K y se forman conglomerados, que se mantienen juntos por la gravedad.
Nubes de moléculas con la denominación Barnard 68 en la constelación de la serpiente son tan densas, que absorben toda la luz de las estrellas que se encuentran detrás. Además contienen muchas moléculas de elementos más pesados y polvo, esto enfría a las nubes en forma mucho más efectiva - ellas sólo tienen una temperatura de 10 K. ¡Este mecanismo de enfriamiento tiene serias consecuencia para su posterior desarrollo! Porque, si con el aumento de la densidad de la nube, empieza a aumentar la temperatura y con esto también la presión, nunca podría continuar el colapso, por lo que no podría haber estrellas en el cosmos. Pero hay otro aspecto esencial.
Con la gentil autorización de FORS Team, 8,2 – metros VLT Antu, ESO.


El astrofísico inglés James Jeans (1877 hasta 1948), ha calculado, que la masa de una nube, para que pueda colapsar bajo su propia gravedad, depende de la temperatura T y de la presión existente en la nube p:


Significan rG = radio límite y mG = masa límite de una nube. Según este Criterio de Jean, una nube colapsa al sobrepasar estos valores límites.
Con las frías nubes de moléculas a 10 K de nuestra vía láctea, basta una masa de del tamaño del sol, para incitar una contracción. Las nubes “calientes” de Hidrógeno primordiales (originales) necesitan una masa de 1000 veces la masa solar, debido a la mayor temperatura ¿Qué significa todo esto?

Las primeras estrellas.-

El mal enfriamiento de las nubes de Hidrógeno puro hace, que se acumulan masas más grandes. Con el aumento de la densidad colisiona una molécula de Hidrógeno H2 con otro átomo de H, antes de que le fuera posible emitir un fotón infrarrojo. Esto aumenta la energía de movilidad de las partículas y con esto la temperatura – se retarda una contracción. De todas estas exposiciones se deduce, que las primeras estrellas deben haber sido muy masivas. Ya a 100 hasta 250 millones de años después del Big-Bang, ilumina esta primera generación de estrellas el cosmos, eran verdaderos colosos de más de 100 hasta mil veces la masa solar. Con esto también eran reactores súper rápidos, en cuyos centros se fusionaron los primeros elementos pesados del universo (el astrónomo designa a todos los elementos más pesados que el Hidrógeno y Helio como metales, lo que químicamente y físicamente es un absurdo. Pero también aquí se aplica este concepto). Estas estrellas deben haber liberado mucha energía, sólo su temperatura superficial debe haber sido de unos 100 000 K. Por esto no iluminaron realmente al universo, su energía era liberada principalmente en el ámbito de la luz UV, y con seguridad habrá ionizado todo el Hidrógeno y Helio.
La esperanza de vida de las primeras estrellas, por naturaleza, no podía ser muy grande. Ellas procedían en forma tan derrochadoras con sus reservas de combustible, que ya después de 3 millones de años impulsaban los primeros metales al espacio con explosiones inimaginables.
Como este resto de una supernova, Casiopeia A, hace miles de millones de años, un sin numero de estrellas, han devuelto, elementos pesados generados, al cosmos después de una vida relativamente corta. Aquí explotó una estrella hace 10 000 años. Los colores rojos, de los restos de gases desgarrados, indican la presencia de azufre, azules indican la presencia de Oxígeno.
Con la gentil autorización de R. Fesen (Dartmouth) and J. Morse (CASA, U. Colorado), Hubble Heritage Team, NASA.


Devueltos al medio interestelar, estos metales, que ahora también aparecían en forma de finos granos de polvo, podían enfriar mucho mejor las grandes nubes de moléculas de la siguiente generación. Por esto sólo podían formarse estrellas con masas relativamente pobres, pero que ahora eran más longevas.
Algunas de las primeras estrellas gigantes colapsaron, en su final, a hoyos negros de los cuales fácilmente varios pudieron haberse fusionados. Así se formaron los gérmenes de los hoyos negros súper masivos en los centros de las galaxias, cuya enorme actividad aún nos fascina hoy, en forma de Quásares

Hoy en día todo el universo esta lleno de incubadoras químicas – las estrellas. Hemos visto en “Transformación de Energía en las Estrellas”, como estas inmensas esferas de gas, fusionan en sus centros todos los elementos hasta llegar al Hierro, a partir del elemento más simple el Hidrógeno, que se compone de sólo un protón y un electrón. Como producto “colateral” calienta a sus entornos e irradian su luz hacia el espacio. Estrellas muy masivas expiran en grandes explosiones de súpernovas, donde producen elementos más pesados que el Hierro y que son devueltos a la materia interestelar. Además cada estrella produce un viento estelar más o menos fuerte, según su masa y estado de desarrollo, que enriquece al espacio interestelar con diferentes materias.

Granitos de Sílice.-

En las cercanías de las estrellas y en sus atmósferas exteriores existen condiciones, que permiten que elementos se junten en combinaciones. Agua (H2O); Monóxido de Carbono (CO); Metano (CH4); Cianuro (CN) o Amoníaco (NH3), son sólo unos pocos ejemplos. En las grandes nubes de moléculas se encuentran hasta 90 diferentes combinaciones, la mayoría de ellos corresponden a compuestos orgánicos (Compuestos del Carbono). Un rol importante en la síntesis de las combinaciones, lo juegan estrellas viejas, que han alcanzado el estado de gigantes rojas. Ellas arrojan granitos de silicatos de un tamañote sólo 1/10 micrómetros hacia el espacio. Estos comienzan ahora un largo viaje y tienen cientos de millones de años de tiempo, para reaccionar químicamente. ¡Son los laboratorios más pequeños del universo! ¿Pero como podría funcionar algo así?


Uno de estos granitos nos cuenta, aún hoy, sobre el comienzo de nuestro sistema solar. Solo 1/0 del tamaño de un pelo humano, se compone esta partícula de silicatos y transporta combinaciones de carbono consigo. Este granito fue cazado por un avión U2 que voló a una altura extrema. La misión STARDUST (Polvo de estrellas) de la NASA, atravesará en el año 2004, la cola del cometa Wild 2 y en 2006 traerá a la tierra, una gran cantidad de muestras de polvo interplanetario.
Con la gentil autorización de la NASA





Antes de que los granitos de Sílice dejan definitivamente el ámbito de la estrella, se cubren con una capa de hielo de una mezcla de agua, metano y amoníaco congelada, combinaciones que se encuentran en las cercanías de las estrellas. Ahora comienza su largo viaje, y durante tiempos eternos no sucede nada. Pero en algún momento, nuestro granito se acerca a otra estrella y es confrontado con los rayos UV. Con la energía, así recibida, se pueden fragmentar las moléculas formando los tal llamados radicales, grupos de moléculas con capacidad de reaccionar, como por ejemplo: OH, CH3 o NH2. Expuesto nuevamente al frío del espacio, son bastante inactivos, pero durante los largos tiempos de su viaje, pueden avanzar lentamente a la superficie o chocar con otras partículas dentro de una nube de moléculas. Se calienta y los radicales reaccionan entre ellos. CH3 y el NH2 forman ahora el Metilamino, CH3NH2, el OH reacciona con el CH3 formando Metanol (Alcohol metílico) CH3OH ¡Nuestro micro laboratorio efectuó su primera síntesis!
Pero nuevamente, nuestro granito de Sílice está expuesto al frío del espacio, las reacciones se congelan. Pero en algún momento, después de eones es calentado nuevamente por algún suceso, las reacciones vuelven a activarse y al final el minúsculo granito está cubierto de una colorida mezcla de las más diversas combinaciones inorgánicas y orgánicas. Podemos encontrar formaldehído, H2CO, ácido cianhídrico HCN, combinaciones de fósforo (Más adelante de gran importancia para la unión del ADN)) como CP o CN y muchos otros más. Incluso se ha logrado demostrar que la mayor parte del Carbono en el universo, se encuentra atado a hidrocarburos aromáticos policíclicos, moléculas ya bastante grandes.

Carbono.-

El Carbono con sus 4 electrones exteriores está predestinado a la formación de moléculas de cadenas largas o anilladas, que se pueden constituir de miles de átomos. El Carbono es la base de la química orgánica (“viva”, en comparación a la “sin vida” la inorgánica) y esto, porque ningún elemento tiene la capacidad de integrar una cantidad tan enorme de combinaciones. Hoy en día, conocemos más de cien mil de combinaciones orgánicas, que junto al (más común) el Hidrógeno (H) también puede contener Oxígeno (O), Nitrógeno (N), Fósforo (P), Azufre (S) y muchos otros. Algunos nombres seguramente le son conocidos: amino ácidos, proteínas, vitaminas, ácido desoxiribonucleico (ADN), hemoglobina (una combinación de Hierro) clorofila (el verde de las plantas); se podrían mencionar miles de otros de origen natural. Innumerables combinaciones orgánicas sintetizadas hermosean, mantienen o alargan nuestra vida en forma de colores, productos sintéticos, medicamentos. ¡Sería exagerado, si dentro del marco de esta página, describir esta diversidad en forma más detallada!


Muchas veces se describe en la literatura de ciencia ficción, al igual como se discuta en círculos científicos, que la vida también puede basarse en una compleja química del Silicio.
Quizás en combinación con Amoníaco (NH4OH), después del agua el segundo mejor disolvente. Pero hay que considerar, que el Silicio no está ni cerca en la condición de formar complejas combinaciones como el Carbono. Menciónese el ADN (Esquema adjunto) como portador de la información genética, sin la cual una continuación o multiplicación de individuos, sería casi inimaginable. El Silicio no puede construir estructuras tan complejas y menos aún con la diversidad casi incalculable como lo hace el Carbono. Es impensable que la vida más “primitiva” unicelular sea formada por Silicio.
















El Destino - ¿Del granito al cometa?

Nuestro granito ya ha realizado un viaje de cientos de millones de años. Es posible que llegue a una nube de gas o polvo, en la cual ya se encuentran miles de millones de otros granitos de Sílice de todas las partes de la galaxia. En el centro de esta nube ya se ha formado una protoestrella, la cual se encuentra rodeada de un disco de polvo protoplanetario. Nuestro granito, como millones de otros, este quizás sea absorbido por un cometa y con esto será un verdadero germen de inoculación




Algún día este cometa cae sobre un planeta y junto con su carga de agua, trae una enormidad de compuestos orgánicos finalizados, a la superficie del planeta. La fase prebiótica del planeta se ha iniciado. Con el correr del tiempo, el planeta atrae cada vez más cometas. Se pudo calcular que en la fase primigenia de nuestro planeta, toda el agua fue traída por estas “pelotas de nieve sucias”, como también se les llama a los cometas.


Con la gentil autorización de Don Davis y NASA

Sin embargo, cuerpos grandes como los cometas, que fácilmente pueden alcanzar un diámetro de 1 000 Km., se destruyen totalmente con el impacto, de manera que las moléculas orgánicas un pueden “sobre vivir” al impacto. Meteoritos más pequeños con una masa de algunos gramos se queman en la atmósfera, en los de mayor tamaño sólo las capas exteriores son expuestas a altas temperaturas, de forma que la “carga” interior se mantiene indemne. Polvo fino (Micro meteoritos), como nuestro granito, que también se puede encontrar en la cola del cometa (La tierra cruza varias veces durante un año estas colas, que podemos ver como lluvia de meteoritos) desciende lentamente hacia la superficie de la tierra sin dañarse. También así pudo haber llegado nuestro granito a la Tierra. De esta manera, en la edad temprana de nuestro planeta, su superficie pudo haber sido vacunada con millones de toneladas o más, de material orgánica. El planeta, mientras tanto, se ha enfriado lo suficiente para que el agua pudiera condensarse en océanos.

Cometas, como el Hale- Bopp, tuvieron influencia decisiva sobre el desarrollo de la vida. Con seguridad tuvieron un gran aporte, suministrando, ya sólo por su cola,
a la superficie de nuestro planeta, materia orgánica. Con gran certeza también trajeron toda el agua a la tierra. También en épocas posteriores, cuando la vida ya había avanzado grandemente, estas bombas cósmicas influenciaron en el desarrollo.



Con la gentil autorización de W. Pacholka y NASA

El comienzo la vida.-

Durante esta fase de enfriamiento hubo verdaderos diluvios, la atmósfera estaba saturada con humedad, como en una lavandería. En las gotas de lluvia se disuelve la mayor parte del dióxido de carbono de la atmósfera, que más tarde, con el Calcio de la superficie forma compuestos calcáreos insolubles. Con este lavado al planeta se le evita un efecto de invernadero mortal, como lo conocemos en Venus.
En medio de este escenario, el cometa descarga su carga cósmica, ya sea por un impacto directo o en forma de meteoritos o micro meteoritos. Junto a esta inoculación del planeta con estas materias orgánicas, actúa quizás otro mecanismo. En la húmeda y temperada, atmósfera primigenia, hay Metano, Amoníaco e Hidrógeno, en presencia de fuertes tormentas eléctricas. Hace más o menos unos 50 años se ha creado una atmósfera de este tipo en el laboratorio, que fue expuesta a descargas eléctricas (Stanley Millar, vea más adelante); formándose rápidamente distintas combinaciones orgánicas, entre otras cosas amino ácidos, componentes proteicos. En los mares, quizás también en lagos, ríos e incluso en pozas de agua, donde existe una temperatura constante e incluso protección contra una atmósfera salvaje, se produce ahora el milagro. Moléculas orgánicas se juntan, para formar estructuras y uniones más grandes que comienzan auto reproducirse. Han pasado apenas 700 millones de años desde que se formó el planeta (Un período de tiempo cósmico extremadamente corto) y ya comienza la conquista del planeta de parte de organismos y bacterias unicelulares. La vida comienza con su desarrollo imperecedero. Debemos reconocer que hasta hoy no sabemos nada al respecto que condiciones insuflaban a las distintas moléculas, lo que llamamos vida.


Meteoritos de distintos tamaños, formas y composiciones nos cuentan aún hoy de la bioquímica cósmica. Aproximadamente el 5% de todos los meteoritos encontrados, que unidos son todos testigos de la formación del sistema solar y son los tal llamados Condritos ( C = Carbono, H = Hidrógeno, O = Oxígeno, N = Nitrógeno), como este con la designación HaH 259. En su interior, ya en el siglo 19, se pudo determinar la presencia de carbohidratos.
Ver: http://www.saharamet.com/

Una serie de compuestos también se pueden encontrar en micro meteoritos. En estos testigos del tiempo, se pudo demostrar la presencia de compuestos aromáticos hexagonales; pentagonales hidrogenados; radicales como el COOH. En total se han encontrado en meteoritos, hasta ahora, 74 aminoácidos; 87 compuestos aromáticos; 140 alifáticos; 5 bases del ADN como también grafito, diamante, Silicatos, etc.
Con la gentil autorización del “Cold Regions Research and Engineering Laboratory.














Con la gentil autorización de Cold Regions Research and Engineering Laboratory


El experimento Millar.-

Stanley Millar realizó el siguiente experimento en 1953:

En un reactor lleno con Metano, Amoníaco e Hidrógeno se adicionó vapor de agua, y se expuso esta supuesta atmósfera original, a un tensión eléctrica de 60 000 V. En una trampa de enfriamiento se recogieron los productos obtenidos y después de algunos días se analizó la mezcla obtenida. Entre otras cosas encontró:

Diversos ácidos carbónicos 13,0%
Glicina 1,05 %
Alanina 0,85 %
Ácido glutámico Trazas
Ácido aspárico Trazas
Valina Trazas
Y otros compuestos.
Según esta atmósfera original se obtuvo una serie de amino ácidos, hidratos de carbono, ácidos grasos, etc. Con esto quedó claro que de simples moléculas inorgánicas se pueden producir compuestos orgánicos complejos, que sí tienen un rol importante en la formación de vida.
Experimentos más recientes bajo condiciones similares realizadas por Carl Sagan, estaban dirigidos a simular la atmósfera del satélite de Saturno, Titán, porque esta contiene algunos complejos orgánicos. Junto al Nitrógeno, como componente principal, se encuentra en esa atmósfera ácido cianhídrico (HCN, de cinco de estas moléculas se puede sintetizar guanina y adenina, dos bases de la Purina, que sirven como escalones en la doble helicoidal), además algunos % de Metano y trazas de Etano, Propano, Acetileno, Metilacetileno, Acetileno Cianhídrico, acetileno dicianhídrico, CO y CO2.
En sus ensayos, Sagan encontró 59 distintas sustancias, entre ellos 27 Nitrilos como polienos, carbohidratos aromáticos poli cíclicos y aminoácidos.
Otros trabajos de laboratorio realizó Francois Raulin (Paris). Según sus deducciones la química prebiótica se podría clasificar en dos etapas:
1.- En una atmósfera primitiva compuesta de Metano, Nitrógeno y vapor de agua, se forman fácilmente, por la influencia de rayos ultra violeta y descargas eléctricas (Rayos), moléculas orgánicas reactivas como los Nitrilos (RCN, R = Radical, cualquier grupo reactivo) y Aldehídos (RCHO).
2.- En el agua de los océanos, en lagos o pozas, estas sustancias reaccionan hasta formar aminoácidos, bases de Purina y azúcar.

Un poco de Química.-

Los aminoácidos se pueden formar, por ejemplo, de un aldehído, amoníaco y ácido cianhídrico:

Aldehyd = Aldehido
Cyanidrin = Cianidrina
Aminonitril = Aminonitrilo
Aminosäure = Áminoacido
Estas reacciones encuentran su uso técnico en la tal llamada Síntesis Strecker. Aminoácidos con la estructura general H2N-RCH-COOH bajo la entrega de agua forman proteínas:

(n)H2N-RCH-COOH ---> (n) -HN-RCH-CO-HN-RCH-CO- + (n) H2O

De estos aminoácidos sólo 20 diferentes tienen una aplicación en la vida terrestre. Al contrario de esto, en los meteoritos se pudo demostrar la presencia de 90 aminoácidos, de los cuales 8 están en “servicio” terrenal.
Bases con contenido de Nitrógeno se basan en una polimerización de nitrilos (R – CN) en solución acuosa. Aquí del HCN se pueden formar las bases de purina la Adenina y la Guanina, mientras que del acetileno cianhídrico HC2 – CN se pueden formar Pirimidinaminasas como la Citosina, Uracilo y Tiamina.


Azúcares pueden ser formados a partir de los aldehídos. Así desde los formaldehídos HCHO (Un compuesto que se pueden observar en las grandes nubes de polvo y gas) presentes en el “Caldo originario” se pueden formar Ribosa y la desoxirribosa
.

Ya en 1861 (Butlerow) o bién 1886 (Loew) lograron sintetizar desde una solución de Hidróxido de Calcio con Paraformaldehido, o bién, formaldehido, sin mayores recursos y a temperatura del ambiente, un “compuesto dulzón” . Los azúcares más simples son los monosacáridos, pentosas como la Ribosa, Glucosa o Fructosa. A la izquierda se muestra la estructura de la molécula de la (D (-))Ribosa. Si se reemplazan uno más grupos OH por H, entomces se habla de Desoxi azúcares, como la desoxirribosa, que es partícipe en la formación del Ácido desoxiribonucleico.







Estos azúcares (S) forman con las bases con contenido de Nitrógeno (B) los simientos, los cuales con el ácido Fosfórico H3PO4 (p) forman los tal llamados Nucleotidos con la estructura (pSB). Estos Nucleotidos se unen facilmente en cadenas:
Ahora el camino hacia la doble helicoidal ya no es tan largo del ADN. Aquí están unidas dos cadenas de nucleótidos por pares de bases nitrogenadas, se dice que las bases representan los escalones de la escala. El siguiente recorte del ADN visualiza esto:
Aquí dos cadenas están unidas por pares de bases B B Estos pares sirven como escalones de la escalera de la doble helicoidal.
Es perfectamente posible que se haya producido un desarrollo en la tierra como el arriba descrito. Lo problemático de este modelo, que es muy poco probable que estas reacciones se hayan producido en los mares, porque las grandes masas de agua llevan a una rápida disolución de las concentraciones de los compuestos presentes. Pero, también deben haber existido zonas protegidas como pequeños lagos y pozas de agua, que pudieron encontrarse en cuevas o grutas. Según una nueva hipótesis (Caims – Smith) la química prebiótica, también pudo haberse realizado en suelos arcillosos, donde la arcilla haya actuado como catalizador. Así también se evita, en forma elegante, la hidrólisis, la disgregación de moléculas en iones en soluciones acuosas.
Desde el experimento de Millar sabemos que los “ladrillos” básicos de la vida se pueden “producir” bajo condiciones bastante simples. A esto pertenecen los aminoácidos arriba mencionados; las bases de Purina y Pirimidina como también azúcar que representan las bases ARN y ADN. Sin embargo, Millar, en sus ensayos, partió de presunciones erradas. Para sus experimentos usó Metano, Amoníaco, Hidrógeno y agua. Sin embargo, hoy se cree, que en el comienzo de la tierra, casi no debió haber existido Amoníaco, porque este, debido a la alta irradiación de rayos UV (Debido a la falta de Oxígeno, aún no existía la capa protectora de Ozono, que es formada por el Oxígeno), se hubiera destruido rápidamente. Y el Hidrógeno, como el elemento más liviano, se hubiera diluido en el espacio exterior circundante. Es posible que tampoco existiera mucho metano, más se parecía nuestra atmósfera a la de Venus y Marte, que debido a la ninguna actividad biológica se ha mantenido prácticamente invariable hasta ahora. Con esto, en la atmósfera original, dominaban preferentemente Dióxido de Carbono, Nitrógeno y vapor de agua.
Pero todos los compuestos nombrados también son posibles “confeccionarlos” a partir de moléculas más simples como el ácido cianhídrico, formaldehído y agua, como seguramente fueron traídos a la tierra por meteoritos o cometas. Y aún cuando las arriba nombradas síntesis llegaban hasta el ADN, esto no alcanza para “vivir”. La primera vida debe estar protegido por un envoltorio, una célula, de las influencias exteriores, porque sino las moléculas y las informaciones de herencia genética en ellas contenidas, serían diseminados. Este tipo de membranas se componen de ácidos grasos, para cuya formación se requieren temperaturas de más o menos 450 °C. Nosotros no sabemos como pudieron haberse formado estas. Quizás el comienzo de la vida no se produjo en los mares y lagos, sino en nichos, como por ejemplo, en fuentes térmicas submarinas. Aquí son expulsado gases como el metano, una ventaja también es la alta temperatura (Hoy conocemos bacterias que sólo se encuentran en estos ambientes). Sales minerales podrían tener aquí una acción reductora suficiente como para iniciar una química prebiótica. Posiblemente fueron también los virus los primeros habitantes de la tierra, uniones de sólo un par de miles de moléculas. En todo caso, también dentro de la célula debe estar asegurado el “abastecimiento energético”, lo que se logra mediante las encimas, una subfamilia de las proteínas. Moléculas portadoras de informaciones, como el ácido ribonucleico a el ADN, finalmente transmiten importantes informaciones (Informaciones genéticas) a células hijas. Las moléculas, que hoy conocemos, son demasiadas complicadas, como para que con esto se haya iniciado la vida. Debe haber sido más simple.
La multiplicación de grupos de moléculas con la capacidad de cometer “Errores” (A esto se le llama evolución) pudo haberse producido así:
1.- Las moléculas orgánicas simples, existentes en la atmósfera o arribadas a la tierra por meteoritos o cometas, desarrollaron en el agua, en lugares protegidos, una química prebiótica. Posiblemente actividades volcánicas submarinas hayan tenido un rol importante, o tierras arcillosas actuaron como catalizadores.
2.- A continuación se forma una simple “máquina copiadora” que entrega información a células hijas. Errores llevan a un nuevo desarrollo (Mutaciones). Protegido por arcilla o una primera membrana proteica, se desarrolló un pre mundo ADN.
3.- Se forma el mundo ADN: ácidos ribonucleícos simples, que producen sus propios enzimas (“Ribozima”), se producen por catálisis. Informaciones son almacenadas y transmitidas, la evolución lleva al desarrollo de membranas funcionales, se forman las primeras protocélulas.
4.- Ahora aparecen los primeros micro organismos, Hace aproximadamente unos 2,3 mil millones de años se diversifican en tres diferentes caminos de desarrollo: Arqueobacterias, “Eubacterias” y “Eucariotes” Mas adelante, ramas de las, Eubacterias, Mitocondrias y Cloroplastos, entran en simbiosis con los Eucariotes. Esto llevó a la formación de plantas, animales y hongos, hace más de 0,7 mil millones de años.
Mediante investigaciones intensivas en el campo de nuestra increíble compleja bioquímica, sabemos hoy, que la vida es posible siempre de maneras simples y que cada vez se necesitan moléculas menos complicadas-. Sabemos que las proteínas y los ácidos nucleicos no tenían porque estar presentes desde un principio, para cumplir las funciones de catálisis, o bien, la entrega de informaciones. El ácido ribonucleico puede efectuar ambas funciones y con esto posibilitar la vida en la forma más simple. Con esto hoy ya no tenemos que preguntarnos que fue primero la gallina o el huevo.
En nuestro largo viaje por el tiempo hemos visto, que todos los ingredientes para una bioquímica cósmica son ampliamente abundantes en el universo. Y en todas partes, en cada una de las quizás 500 mil millones (o más) galaxias del universo, surten millares de estrellas un continuo abastecimiento de Carbono, Oxígeno, Nitrógeno y otros elementos, los “insumos”, de los cuales se compone cada microbio y finalmente también nosotros. ¡No somos más que polvo de estrellas! Por esto debería ser posible en cada lugar (adecuado) en el universo, bajo condiciones favorables, se puede desarrollar vida y también inteligencia. Pero desgraciadamente no todo lugar ofrece estas condiciones favorables. ¡Al contrario!

Un hogar adecuado.-

Que sistemas de planetas alrededor de otras estrellas no es una rareza, sino más bien la “regla”, lo sabemos hoy día. Casi a diario se encuentran nuevos, aún cuando sólo son del tamaño de Júpiter o más grandes. Pero con seguridad, dentro de los próximos años, encontraremos también planetas del tamaño de la Tierra. Esta es la primera condición que debe ser cumplida, para que se pueda crear la vida, es necesario tener un piso firme debajo de los pies, o sea, un planeta. Para que este se forme, la nube original de la cual se forman las estrellas y los planetas, debe tener un alto contenido de elementos o compuestos formadores de roca. En un planeta gaseoso como Júpiter, las condiciones para que se forme vida, son bastante malas, debe darse una superficie sólida y la presencia de agua. Además, el planeta debe encontrarse dentro de una eco esfera; una órbita que le permite al agua el estado líquido. Si la Tierra tuviera una órbita de un 5% más reducida, entonces toda el agua estaría en forma de gas debido a un efecto de invernadero parecido a Venus.
En lo siguiente, necesitamos una órbita estable, la cual casi no está dada en los sistemas de doble estrellas, bastantes numerosos, o, incluso de varias estrellas. Debido a las constantes interferencias los planetas, en algún momento, caerían sobre sus soles, o, por lo menos no se podrían establecer condiciones climáticas regulares. Debería ser entonces un sistema planetario de un sólo sol, en el cual las órbitas sean bastante circulares. Además la estrella no debería tener una masa de más de dos veces la del Sol, para que su vida sea lo suficientemente larga. Por de bajo de una masa solar de 0,5, habría muy poca luz y calor.
Una luna como satélite del planeta sería favorable, porque actúa en forma estabilizadora sobre la rotación. Por lo menos un gran planeta gaseoso que se haga cargo, con su gran gravedad, cazar cometas, otros fragmentos o cuerpos pequeños, para proteger a nuestro planeta en forma cada vez mejor contra impactos.
¡Ahora debemos observar las circunstancias locales! Un sistema planetario cerca del centro galáctico seguramente no tendría “un minuto de tranquilidad”. Hay que superar órbitas de las estrellas cercanas; un bombardeo constante de rayos UV; rayos X y Gamma de alta energía. Porque un hoyo negro central, que se puede encontrar en casi todas las galaxias, puede, por la captura de un planeta o estrella volverse muy activo y sorprender con repentinas erupciones de radiaciones. Estrellas que chocan entre si, y explosiones de supernovas, que se producen muy a menudo o pulsares que giran a altas velocidades, dificultan toda permanencia en esta zona.

¿Estamos sólo?-

A pesar de todas limitaciones, que tuvimos que hacer para los lugares “aptos para la vida” en el universo y nuestra galaxia, sólo en nuestra galaxia debería existir una chance millonaria para el desarrollo de la vida. En base de estos conocimientos, ciento de miles de científicos y aficionados, en el marco del proyecto SETI, buscan comprobaciones de vida extraterrestre. Al final de estos esfuerzos, ojalá – quizás ya mañana – tendremos el primer contacto con “E,T.”
No se puede descartar completamente de que nosotros seamos los únicos seres inteligentes. Ya que debemos nuestra existencia, muy probablemente a una catástrofe casual, a ser un impacto de un meteorito de hace más o menos 65 millones de años, que dio fin a los dinosaurios que dominaban la tierra. Recién desde entones comenzaron a dominar los mamíferos la situación y que finalmente se desarrollaron hasta el homo sapiens. Catástrofes como esta sucedieron por lo menos tres veces en la historia del la Tierra plena de vida y cada vez hubo grandes cambios en el desarrollo de la fauna y flora ¿Somos entonces un producto de la casualidad, o lleva el desarrollo de la vida “automáticamente” a formas de vida inteligente? No lo sabemos.
Con la gentil autorización de Don Davis, NASA

Como ya se mencionó al inicio, no sabemos nada que produjo la maravilla del Big-Bang. Tampoco sabemos nada, como se produjo, que moléculas orgánicas complejas comenzaron de repente a organizarse, formando estructuras más grandes y a multiplicarse. Nos es totalmente desconocido, como se originó la vida. Se comprobó que ya hace 3,8 mil millones de años habían unicelulares en la tierra. Puede ser que la vida ya existió desde siempre y que llegó a la tierra en forma de esporas o bacterias, por meteoritos. Es posible que extraterrestres hayan visitado la tierra dejando “recuerdos” de un picnic. Pero todo esto es poco verosímil. Interpretaciones como estas son demasiadas simples, al igual que la historia de la creación. ¡Porque hoy sabemos de que existe una evolución! No sólo de la vida, sino también una de todo el cosmos. Originado de una sola fluctuación cuántica, el universo se desarrollo a estructuras cada vez más complejas – a nubes de gases, estrellas, galaxias, acumulaciones de galaxias y súper acumulaciones de galaxias y esta evolución avanza en forma constante. La entropía – el desorden del universo – está en constante aumento. También la vida siguió este camino. De los primeros seres unicelulares se desarrollaron colonias de células, en lo cual cada célula se especializó cada vez más para determinadas tareas, complementándose entre si en forma cada vez mejor (simbiosis). La vida llegó a tener, por mutaciones, estructuras cada vez más complejas, consiguiendo, así, mejores caminos, para la adaptación a condiciones exteriores. En la punta de este desarrollo estamos nosotros, y vemos que debió formarse todo un universo, para que nosotros podamos elevar nuestras miradas hacia el cielo estrellado y tratar de entender como funciona el universo. Esta comprensión alcanzada hasta ahora correspondería a ser relatada en esta “corta”, larga historia de la vida
No sabemos nada referente al “disparo de partida” que hizo formar nuestro universo y la vida ¿Fue así?

Última revisión: 2 de Septiembre de 2002



Traducida al castellano por AAGB, Stgo. Chile. Con la gentil autorización de Werner Kasper, Mittelweg 1, D- 35117 Münchhausen, Abenteuer-Universum (Aventura Universo)
Traducción revisada y corregida el 02.08.2008

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