En un artículo publicado aquí, describí los desafíos termodinámicos que enfrenta cualquier teoría puramente materialista sobre el origen de la vida. Ahora abordaré una de las afirmaciones más populares y malinterpretadas: que la primera célula surgió mediante un proceso que exhibía la propiedad conocida como autoorganización.
Como mencioné en el artículo anterior, los investigadores del origen de la vida suelen argumentar que esta surgió en un entorno alejado del equilibrio, a menudo denominado sistema disipativo fuera del equilibrio. En tales sistemas, la energía y/o la masa entran y salen constantemente, y este flujo genera espontáneamente «orden», como los patrones de convección en el agua hirviendo, el embudo de un tornado o los patrones de ondas en la reacción de Belousov-Zhabotinsky. Se sostiene que un proceso de autoorganización análogo podría haber creado el orden presente en la primera célula. Tales afirmaciones parecen razonables a primera vista, pero se desmoronan por completo cuando se examinan en detalle las diferencias entre el orden por autoorganización y el orden celular. Por el contrario, el origen de la vida requirió una maquinaria celular compleja y fuentes de información preexistentes.
La razón principal de las diferencias entre el orden por autoorganización y el orden celular es que las tendencias dominantes en los sistemas fuera del equilibrio actúan en sentido opuesto a lo que se requiere tanto para el origen como para el mantenimiento de la vida. En primer lugar, todos los experimentos realistas sobre la génesis de los componentes básicos de la vida producen la mayoría de las moléculas necesarias en concentraciones muy bajas, o bien no las producen en absoluto. Además, estas moléculas aparecen mezcladas con contaminantes que obstaculizarían las etapas posteriores de la formación celular. La naturaleza habría necesitado concentrar y purificar espontáneamente los precursores de la vida; sin embargo, la tendencia natural habría sido que estos se dispersaran y se mezclaran con otras sustancias químicas, especialmente en entornos como el fondo oceánico.
La concentración de algunos precursores de la vida podría haberse producido en una poza en proceso de evaporación, pero el problema de la contaminación se habría agravado considerablemente, ya que los contaminantes habrían superado con creces a los precursores. Es más, las etapas siguientes de la formación celular habrían requerido que las sustancias químicas concentradas se disolvieran nuevamente en una masa de agua mayor, dado que los distintos precursores habrían tenido que formarse en lugares diferentes y bajo condiciones iniciales marcadamente distintas. Para obtener más detalles sobre estos problemas, consulte el libro de Robert Shapiro: Orígenes o la obra clásica The Mystery of Life’s Origins (El misterio del origen de la vida).
Además, muchos de los componentes fundamentales de la vida se presentan en versiones tanto dextrógiras como levógiras, que son imágenes especulares entre sí. En todos los experimentos realistas, ambas formas se producen en proporciones iguales, pero la vida solo puede utilizar una de ellas: en la vida actual, aminoácidos levógiros y azúcares dextrógiros. El origen de la vida habría requerido que una de las formas se volviera progresivamente dominante; sin embargo, la naturaleza tendería a llevar una mezcla de ambas formas hacia porcentajes iguales, es decir, en la dirección opuesta. Como desafío relacionado pero de carácter más general, todas las reacciones químicas espontáneas evolucionan en sentido descendente, hacia un estado de menor energía libre. No obstante, una gran parte de las reacciones necesarias para el origen y el mantenimiento de la vida evolucionan en sentido ascendente, hacia una mayor energía libre. Incluso aquellas que siguen una trayectoria descendente suelen producirse con demasiada lentitud para resultar útiles. En cualquier escenario, la naturaleza habría tenido que invertir la mayoría de sus tendencias naturales durante períodos prolongados. Los científicos nunca han observado un fenómeno de este tipo en ningún momento de la historia del universo.
Estos desafíos, considerados en conjunto, ayudan a aclarar las diferencias drásticas entre los dos tipos de orden:
- Los procesos de autoorganización crean orden (por ejemplo, una nube en forma de embudo) a nivel macroscópico (visible), pero generan entropía a nivel microscópico. Por el contrario, la vida requiere que la entropía disminuya a escala celular.
- Los patrones de autoorganización son impulsados por procesos que tienden hacia una menor energía libre. Muchos procesos que generan orden celular, en cambio, tienden hacia una mayor energía libre.
- El orden autoorganizado es dinámico: la materia está en movimiento y los patrones cambian con el tiempo. El orden celular es estático: las moléculas se encuentran en configuraciones fijas, como la secuencia de nucleótidos en el ADN o la estructura de la maquinaria celular.
- El orden autoorganizado está regido por leyes naturales. El orden en las células representa una complejidad específica: las moléculas adoptan disposiciones altamente improbables que no son producto de procesos naturales, sino que están organizadas para alcanzar objetivos funcionales.
Estas diferencias demuestran que los procesos de autoorganización no podrían haber generado el orden presente en la primera célula. Por el contrario, el orden celular requería una maquinaria molecular capaz de procesar energía proveniente de fuentes externas y almacenarla en depósitos de fácil acceso. Asimismo, se necesitaba información para dirigir el uso de dicha energía hacia la organización y el mantenimiento adecuados de la célula.
Una analogía sencilla ilustra por qué la maquinaria y la información resultaban esenciales. A menudo, los científicos sostienen que cualquier fuente de energía ancestral podría haber proporcionado la energía libre necesaria para generar vida. Sin embargo, esta afirmación equivale a lo siguiente: una pareja regresa a casa tras unas largas vacaciones y encuentra que sus hijos han dejado la vivienda en un completo desorden —ropa por el suelo, platos sin lavar en el fregadero y papeles esparcidos por todos los escritorios—. La pareja ha escuchado recientemente a un investigador del origen de la vida afirmar que el orden puede surgir «gratuitamente» a partir de cualquier fuente de energía genérica. Basándose en esta idea, rocían sus muebles con gasolina y les prenden fuego, asumiendo que la energía liberada por el incendio organizará su hogar. No obstante, pronto comprenden que la energía sin procesar solo genera un desorden aún mayor.
Ante esta situación, la pareja decide adquirir un robot que funciona con energía solar. Las células solares captan la energía del sol y la transforman en trabajo útil. Sin embargo, para decepción de la pareja, el robot comienza a lanzar objetos en todas direcciones. Al examinar con más detenimiento el manual de instrucciones, se dan cuenta de que necesitan programar el robot con las pautas necesarias para que realice las tareas requeridas y limpie la casa adecuadamente.
Del mismo modo, la célula más simple requería mecanismos —como algún equivalente ancestral de la ATP sintasa o de los cloroplastos— para procesar sustancias químicas básicas o la luz solar. También necesitaba proteínas que contuvieran, en sus secuencias de aminoácidos, la información necesaria para plegarse y formar otras estructuras celulares esenciales, tales como canales en la membrana celular. Asimismo, requería proteínas con las secuencias adecuadas para plegarse en enzimas capaces de impulsar el metabolismo. Una función clave de las enzimas consiste en acoplar reacciones que tienden hacia una menor energía libre (por ejemplo, ATP → ADP + P) con otras reacciones —como la combinación de aminoácidos en largas cadenas— que requieren un aporte energético. La energía liberada por las primeras puede utilizarse para impulsar las segundas, dado que el cambio neto en la energía libre es negativo; de este modo, se supera la barrera de energía libre.
Sin embargo, los mecanismos de procesamiento energético y las proteínas ricas en información no eran suficientes por sí solos. Las proteínas terminan degradándose y no poseen capacidad de autorreplicación; por tanto, se requería maquinaria adicional para producir constantemente nuevas proteínas que reemplazaran a las anteriores. Además, la información contenida en las secuencias de proteínas debía estar almacenada en el ADN mediante un código genético, en el cual cada aminoácido se representa mediante una secuencia de tres nucleótidos —denominada codón—, de forma análoga a como, en el código Morse, las letras se representan mediante puntos y rayas. No obstante, no existe una conexión física identificable entre cada aminoácido y su codón correspondiente; en particular, ningún aminoácido (por ejemplo, la valina) presenta una afinidad significativamente mayor hacia un codón específico (por ejemplo, GTT) que hacia cualquier otro. Ante la ausencia de tal conexión física, resulta difícil explicar, desde una perspectiva puramente materialista, cómo las secuencias de aminoácidos llegaron a codificarse en el ADN. Por consiguiente, la información presente tanto en las proteínas como en el ADN debió codificarse de manera independiente.
Por otra parte, la información almacenada en el ADN se decodifica para dar lugar a proteínas mediante la intervención de ribosomas, ARN de transferencia (ARNt) y enzimas especializadas denominadas aminoacil-ARNt sintetasas (aaRS). Estas enzimas unen los aminoácidos correctos a los ARNt correspondientes, los cuales, a su vez, están asociados a los codones adecuados; por tanto, las aaRS contienen la clave de decodificación en su propia estructura tridimensional. Dado que todos los seres vivos emplean este mismo mecanismo, es casi seguro que la primera célula funcionaba de manera análoga. Sin embargo, no podría existir ninguna conexión entre los procesos de codificación y decodificación, dado que las estructuras de las aaRS (aminoacil-ARNt sintetasas) son el resultado de sus secuencias de aminoácidos, las cuales, a su vez, forman parte de la información codificada en el ADN. Por consiguiente, la decodificación debió de desarrollarse de manera independiente a la codificación, aunque ambas tuvieron que utilizar el mismo código. Además, debieron originarse simultáneamente, ya que cada una carece de utilidad sin la otra.
Todos estos hechos indican que tanto el código como la información contenida en las secuencias de proteínas y ADN preexistían a la célula original. Y, dado que el único lugar donde podrían existir fuera de un soporte físico es en una mente, esto apunta a la existencia de un diseño.
The Origin of Life, Self-Organization, and Information | Science and Culture Today
Crédito de la imagen destacada: Jean Beaufort, via PublicDomainPictures.net.
