Hace cincuenta años, el experimento de la sopa “primigenia” ocupaba la primera página de los diarios. Agua hirviente en una atmósfera de amoníaco, hidrógeno y metano, descargas eléctricas simulando los rayos: con la ayuda de un montaje tan simple, un joven de 23 años, Stanley Miller, había demostrado que las moléculas esenciales de la vida se forman espontáneamente en las condiciones supuestas de la Tierra primitiva. Siempre activo, nos ha recibido en Valencia con motivo de un homenaje que le ha ofrecido la universidad de esta ciudad el pasado mes de junio.
¿Cuándo tuvo la idea de consagrarse a investigar los orígenes de la vida?
No recuerdo un momento concreto. Fue algo progresivo. La primera vez que escuché hablar de esta clase de investigaciones fue en 1951. Yo estudiaba entonces en la universidad de Chicago, que contaba en aquella época con unos cuantos profesores prestigiosos, como por ejemplo Enrico Fermi¹ o Harold Urey², que habían recibido el premio Nobel en los años treinta. Como todos, yo asistía al seminario que se celebraba todos los lunes. Un día, Harold Urey pronunció una conferencia sobre los orígenes del Sistema Solar. Según él, durante su formación, la Tierra debía tener una atmósfera compuesta principalmente de hidrógeno, de metano, de amoníaco y de agua. Sugirió que una mezcla de este tipo debía ser bastante favorable para la síntesis de moléculas orgánicas, y que valdría la pena probar el experimento. Esta conferencia me impresionó, pero no pensé en seguida que sería justamente yo quien lo haría.
¿Y cómo empezó a trabajar con Urey?
Mi primer proyecto de investigación lo dirigió Edward Teller³, uno de los que concibieron la bomba atómica, que acababa de llegar a Chicago después de haber pasado una parte de la guerra en el laboratorio militar de Los Álamos, en California. Yo me ocupaba del origen de los elementos químicos en el universo. Pero en 1952 Teller volvió a California para desarrollar el laboratorio militar de Livermore y la bomba de hidrógeno. Tuve que encontrar otro director de investigación para hacer mi tesis. Y elegí a Harold Urey. Fui a verlo y le dije que me gustaría mucho probar el experimento que él había propuesto en su conferencia. Pero él tenía dudas: pensaba que no obtendría bastantes resultados para hacer una tesis. Como insistí, decidimos que ensayaría durante seis meses. Si no obtenía ningún resultado en este tiempo, abandonaría y haría cualquier otra investigación más convencional. Por ejemplo, analizaría la composición elemental de minerales, o alguna otra cosa parecida. Pero el experimento funcionó durante aquellos meses.
Urey no fue el primero que propuso este escenario. Quince años antes, Alexander Oparin, un ruso, publicó un libro sobre la materia. ¿Lo había leído antes de ir a ver a Urey?
No. Solamente después, cuando empecé a trabajar en el tema. Fui a buscarlo a la biblioteca y lo leí.
¿Por qué nadie había probado a poner en práctica las propuestas de Oparin?
En aquella época, la química de los orígenes de la vida no interesaba a demasiada gente. Y encima había obstáculos técnicos. No había bastante con sintetizar moléculas orgánicas a base de introducir chispas dentro de una mezcla gaseosa. Todavía se tenía que saber precisamente qué era lo que se sintetizaba de aquella manera, y en qué proporciones. Y justamente, el principal interés de mis resultados no fue que consiguiera sintetizar moléculas orgánicas, sino que, en cantidades apreciables, solamente sinteticé unas cuantas, en concreto la glicina y las formas a y b de la alamina, que justamente son indispensables para la vida tal y como nosotros la conocemos. Ahora bien, las técnicas que permitían demostrarlo no estaban demasiado desarrolladas. Por ejemplo, la cromatografía sobre papel, que utilicé para separar e identificar estos aminoácidos que iban formándose, no se había ultimado hasta una decena de años antes.
Urey había redactado la lista de ingredientes de la atmósfera primitiva, pero ¿cómo estableció usted las proporciones de los diferentes gases?
Fui probando, siguiendo la receta que propuso Urey. Sin duda tuve bastante suerte de obtener resultados tan pronto.
Un cierto número de geólogos piensan hoy que la atmósfera de la tierra primitiva no contenía metano, sino más bien óxido o dióxido de carbono. ¿Eso pone en duda el interés de sus resultados de 1953?
Rehice –y no solamente lo hice yo– el mismo tipo de experimento modificando la composición de la atmósfera. Si de verdad hay mucho hidrógeno, en una atmósfera que contiene óxido o dióxido de carbono se puede formar glicina con un rendimiento próximo al obtenido con el metano. Pero nuestros experimentos muestran que no se obtienen otros aminoácidos. Además, los rendimientos caen muy rápidamente cuando la concentración de hidrógeno es igual o inferior a la de óxido o dióxido de carbono. Continúo convencido de que había metano en la atmósfera primitiva. Espero que alguien me demuestre lo contrario.
¿Esperaba fabricar otra cosa en vez de los aminoácidos?
No sabía realmente qué me encontraría. Las proteínas, que intervienen en todos los mecanismos de la vida tal y como la conocemos son largas cadenas de aminoácidos. Lo primero que había que investigar era si los aminoácidos se habían formado bajo las condiciones del experimento.
Pero las moléculas biológicas contienen otros tipos de agrupamientos químicos, otros “ladrillos elementales”. ¿Pensaba usted en aquel momento que sería posible sintetizarlas todas sin utilizar ningún material biológico?
No lo sabía. En el año 1953 eso parecía un objetivo muy lejano, pero posible. Hoy, yo diría que sí, que es realmente posible.
¿Por qué está tan seguro de eso?
Cincuenta años después, otros equipos han mostrado cómo fabricar muchas otras moléculas o agrupamientos químicos bajo condiciones abióticas, es decir, sin recurrir a ninguna molécula biológica al principio. Por ejemplo, se sabe sintetizar de esta manera la purina y la pirimidina, que forman parte de la composición del DNA. En 1961, Joan Oró sintetizó la adenina, una de las bases del código genético, que se ha encontrado en el DNA y el RNA, a partir de ácido cianhídrico. Después trabajamos juntos y sintetizamos la guanina, otra base del DNA y del RNA, siempre prescindiendo de moléculas biológicas. Pero no tengo ni idea de qué hacer para sintetizarlo todo.
¿Cuáles son los principales de estos ladrillos que todavía no se ha conseguido producir bajo condiciones abióticas?
Sería algo largo hacer una lista completa. Pero, por mencionar ejemplos sencillos, no se ha encontrado una síntesis que me parezca satisfactoria para ciertos aminoácidos que se encuentran en nuestras proteínas, como por ejemplo la arginina, la lisina o la histidina. Una cosa que, cuanto menos, resulta problemática también es la manera como los ladrillos se adhieren para formar macromoléculas. Hoy, los mecanismos de síntesis de proteínas en células se basan en la existencia previa de otras proteínas, de enzimas, y de moléculas que llevan el código genético. Confieso que no tengo ni idea de cómo empezó todo esto.
En 1953, puso agua a hervir, es decir, que lanzó descargas a una mezcla gaseosa caliente. Pero acto seguido sugirió que la vida debió de aparecer en un medio más bien frío. ¿Por qué?
Porque los constituyentes elementales del DNA, en particular, no son lo bastante estables a alta temperatura. A 100 °C, la ribosa se destruye completamente en pocas horas. Y las “bases”, como por ejemplo la citosina, la adenina o la guanina, desaparecen en unos pocos días, o a lo sumo en pocos años. Estas duraciones son demasiado breves para que las moléculas se puedan acumular en suficiente cantidad antes de empezar las reacciones de polimerización4.
«En una sopa primitiva parcialmente congelada, habría, por tanto, una acumulación y una concentración de moléculas orgánicas, y estas son las condiciones favorables para que reaccionen entre ellas»
También ha escrito que en una sopa primitiva parcialmente helada sería más fácil concentrar los constituyentes orgánicos.
Sí, cuando congelas una mezcla de agua y de moléculas orgánicas, el hielo que se forma primero es más puro que el líquido. Es un fenómeno del mismo tipo que el que se produce durante la destilación: se concentran progresivamente las moléculas orgánicas en el líquido restante. En una sopa primitiva parcialmente congelada, habría, por tanto, una acumulación y una concentración de moléculas orgánicas, y estas son las condiciones favorables para que reaccionen entre ellas.
Desde hace unos años, ha dirigido también experimentos en condiciones que recuerdan el pequeño “mar caliente” que sugirió Darwin en 1871. El origen de la vida, pues, no debía ser totalmente frío.
Estos experimentos intentan reproducir más bien las condiciones que rigen en una playa, o en el fondo de un mar que se va secando gradualmente. Concretamente, hemos producido citosina a partir de urea y de cianoacetaldehído. Pero uno de nuestros resultados importantes es que esta síntesis es bastante eficaz a baja temperatura, hacia los 0 °C. Esto confirma mi idea de que la vida apareció a baja temperatura. En todo caso, no apareció en agua hirviente, cerca de volcanes o de fumarolas marinas, como se ha propuesto. Los organismos que viven allí, llamados hipertermófilos, son quizás los ancestros comunes más antiguos de los organismos vivos actuales, como dicen ciertos biólogos. Pero entonces, ¿eso es producto del azar de una selección tardía a lo largo de la evolución? Los primeros organismos vivos no fueron los hipertermófilos.
El año pasado publicó los resultados de un experimento que ha durado 27 años. ¿Qué ha encontrado?
Durante todos estos años he dejado una solución de cianuro de amonio dentro de un congelador, a –78 °C. Cuando analizamos la solución encontramos que las piramidinas y las purinas se habían formado. Es una demostración bastante convincente de la importancia que ha debido de tener el mecanismo de concentración por congelación en la formación de moléculas biológicas sobre la Tierra primitiva. Aunque el ácido cianhídrico sólo estuviera presente en pequeñas concentraciones en el océano primitivo, este mecanismo debió de permitir la formación bastante rápida de estas moléculas tan importantes.
¿Está haciendo algún otro experimento análogo?
No. Estos 27 años han sido una especie de apuesta, y aquello salió bien. Pero fue una prueba aislada.
Usted se ha interesado también por el origen del código genético. ¿Qué piensa de la hipótesis desarrollada desde hace una veintena de años que dice que al principio solamente lo contenía el RNA?
Esto me parece difícilmente conciliable con lo que nosotros sabemos de la química abiótica. El RNA es, como el DNA, una molécula demasiado compleja. No conocemos muy bien la vía de síntesis abiótica de todos sus constituyentes. Y ciertas reacciones necesarias en el momento de la polimerización de cadenas de RNA son notoriamente difíciles de realizar en condiciones abióticas. Además, la ribosa, por ejemplo, es muy inestable. De verdad, no creo que se formaran en ausencia total de vida. Más bien pienso que el código genético estaba contenido, al principio, en moléculas más simples, como por ejemplo los ácidos nucleicos peptídicos.
¿Y eso qué es?
Son también largas cadenas moleculares, pero su esqueleto es un simple péptido, un polímero de aminoácido. Este esqueleto lleva las mismas bases que el RNA. Creo que es una buena alternativa. Tienen una estructura prometedora para ser las primeras macromoléculas abióticas.
¿Justamente, ha encontrado una síntesis abiótica para estos ácidos nucleicos peptídicos?
No, todavía no. Pero ya hemos mostrado cómo obtener los diferentes elementos. Por ejemplo, el derivado de la glicina que forma el esqueleto por polimerización, que ha sido producido a partir de experimentos con descargas eléctricas. Y ya tenemos resultados referidos a la polimerización espontánea.
«La vida puede aparecer en cualquier parte a partir del momento en que los ingredientes apropiados se unen durante el tiempo suficiente y en las condiciones adecuadas»
¿Es que los ácidos nucleicos pueden cumplir las mismas funciones que el RNA?
Tienen capacidad para hacerlo. Por ejemplo, se ligan fácilmente a las cadenas de DNA. Pero todavía no hemos encontrado que se autorrepliquen ni que catalizen la formación de proteínas.
De acuerdo con sus experimentos, parece que la vida necesariamente debió de emerger apenas se reunieron las condiciones químicas necesarias. ¿La aparición de la vida es una simple consecuencia de la evolución química?
Sí, a mi parecer, sí. Incluso si una parte de azar intervino dentro del proceso, la aparición de la vida era ciertamente inevitable. Pero hoy no estoy en condiciones de demostrarlo formalmente.
«Estoy convencido de que hay vida en otros sitios del universo. No sé a qué debe parecerse, pero seguro que la hay»
¿Y este proceso, se ha podido producir en otro lugar, en otros planetas?
Sí, claro. La vida puede aparecer en cualquier parte, a partir del momento en que los ingredientes apropiados se unen durante el tiempo suficiente y en las condiciones adecuadas. Estoy convencido de que hay vida en otros lugares del universo. No sé a qué debe de parecerse, pero a buen seguro que la hay.
Este año se cumple el cincuentenario de su experimento, pero también del artículo de Crick y Watson sobre la estructura del DNA, y también de la primera decodificación de la estructura de una proteína, la insulina, realizada por Frederick Sanger. ¿Cuando hacía usted su experimento, ya conocía todos estos trabajos?
No, mientras hacía mis experimentos no. Pero cuando se publicaron los artículos de estos dos equipos sí que los leí.
Los tres recibieron el premio Nobel. Y Sanger incluso recibió dos. ¿No está usted algo decepcionado porque todavía no le hayan dado ninguno?
No depende de mí decidir si yo merezco o no un premio Nobel. No es cosa que me preocupe. No estoy ni amargado ni enfadado por no haber sido distinguido.
Cuando empezó con la química prebiótica tenía usted solamente 22 años y ahora tiene 73. ¿No ha pensado nunca en cambiar radicalmente de objeto de estudio?
Oh sí, pensé hacer otros experimentos completamente diferentes, pero siempre he tenido que volver a los orígenes de la vida. No tenía bastante tiempo para hacer todo lo que tenía ganas de hacer en este campo.
¿Hoy en día la investigación sobre los orígenes de la vida todavía podría ser un proyecto de vida para un joven investigador?
Supongo que sí. Hay toda clase de trabajos interesantes que producen resultados en este campo hoy.
«Si un estudiante brillante viniese a verme con una buena idea para un experimento, lo ayudaría sin dudarlo»
¿Pero todavía se pueden hacer experimentos tan espectaculares como el suyo de 1953?
Sin duda, pero no sé cuáles. Si tuviera alguna idea, la pondría en práctica. No es suficiente con que alguien tenga alguna idea buena. Además, si un estudiante brillante viniera a verme con una buena idea para un experimento, lo ayudaría sin dudarlo.
«En estos cincuenta años hemos progresado enormemente, disponemos de muchos elementos más»
¿Piensa que estamos cerca de comprender cómo empezó la vida?
No, todavía estamos lejos de eso, pero no tengo ninguna duda de que algún día lo comprenderemos. En estos cincuenta años hemos progresado enormemente, disponemos de muchos más elementos.
1.Enrico Fermi (1901-1954), físico italiano nacionalizado norteamericano en 1944, es uno de los fundadores de la física nuclear. Particularmente, contribuyó a la construcción de la bomba atómica en los EEUU durante la Segunda Guerra Mundial. (Volver al texto)
2.Harold Urey (1893-1981), químico norteamericano, recibió el premio Nobel de química el año 1934 por el descubrimiento del deuterio, una forma pesada del hidrógeno. (Volver al texto)
3.Edward Teller (1908-2003), americano de origen húngaro, participó en los debates sobre mecánica cuántica. Es conocido sobre todo por su apoyo indefectible a las armas atómicas. (Volver al texto)
4.La polimerización es una especie de reacción química en la que las unidades elementales, los monómeros, se asocian de manera repetitiva para formar cadenas de longitud variable, los polímeros. (Volver al texto)
BIBILIOGRAFÍA
“Avant la vie, des molécules...”, dossier La Recherche, noviembre 2000, 24 pp.
“Günter Wächtershäuser: la première étincelle de la vie”, La Recherche, noviembre 2000, p. 109
Wills, C. i J. Bada, 2001. The spark of life. Perseus.
Raulin-Cerceau, F. [dir.] et al., 2002. Sur les traces du vivant. Le Pommier.