De lo Inerte a lo Viviente

Descripción de la imagen: La materia se aglomera, se autoorganiza químicamente y se complejiza sin cesar al ritmo de los enlaces electromagnéticos. Parece que la vida es una forma particular de la materia a la vez indefinible e impredecible. ¿Su tenacidad no es la prueba de que está presente en todo el Universo, esperando pacientemente un entorno favorable para continuar su camino hacia la complejidad? No hay realmente una frontera clara entre lo inerte y lo viviente; la materia utiliza el principio de mínima acción para construir lo viviente. La imagen se lee entre los dos signos de interrogación, serpenteando desde la parte inferior izquierda hasta la parte superior derecha. El signo de interrogación en la parte inferior izquierda representa el big bang, luego vienen los quarks, los nucleones, los átomos, las moléculas con los aminoácidos, luego las proteínas, la albúmina, la célula, las arqueobacterias y bacterias, los microorganismos, los mamíferos, la conciencia y el futuro. Fuente de la imagen: Astronoo.

Los Mismos Bloques Elementales

Con todos los objetos del universo compartimos los mismos bloques elementales, las mismas partículas, el mismo polvo de estrellas. Las partículas que nos componen se han ensamblado en aminoácidos, en conglomerados de átomos, en monómeros, en polímeros, en macromoléculas, en proteínas que son la base del funcionamiento celular de los organismos vivientes.

Las estructuras y conformaciones de estas proteínas determinarán sus funciones. A partir de nuestros conocimientos actuales, ¿hay una definición conceptual de la vida? Parece que no, sin embargo, esta pregunta es fundamental; todos tienen la impresión de saber qué es la vida, pero nadie sabe realmente responderla, ni los biólogos, ni los médicos, ni los bioquímicos, ni los físicos, ni los exobiólogos y mucho menos los filósofos. Aún más sorprendente, no les gusta nada esta pregunta porque detrás del término vida hay una resonancia metafísica.

Es muy difícil definir un concepto fundamental como la vida, el tiempo o la materia. Hablemos entonces de lo viviente que observamos en la Tierra. ¿Cuál es la definición actual de lo viviente o de la materia viva? Una vez más, los expertos no dan una definición conceptual indiscutible, sino que enumeran una serie de propiedades que definen lo viviente. A menudo, estas definiciones contienen el término "vida" y, por lo tanto, presuponen la idea o la existencia de la vida. En otras palabras, no son definiciones de lo viviente, sino metáforas de lo viviente.

Ejemplos de definiciones de la vida o de lo viviente:

• La vida es el modo de existencia de los cuerpos vivos.
• Los seres vivos incluyen todos los organismos que pueblan nuestro planeta y que están dotados de vida.
• La vida es un proceso químico del cual surgen los organismos vivos.
• Un organismo se dice vivo cuando intercambia materia y energía con su entorno manteniendo su autonomía, cuando se reproduce y evoluciona por selección natural.
• Según la NASA, es viviente todo sistema delimitado espacialmente por una membrana semipermeable de su propia fabricación y capaz de auto-mantenerse, así como de reproducirse fabricando sus propios constituyentes, a partir de energía y/o a partir de elementos externos.

En estas definiciones, se entiende que la vida sería un sistema autoorganizado, un misterioso mecanismo vinculado a la materia. Pero esto muestra que aún no sabemos cuál es la naturaleza exacta de la vida y dónde se encuentra la división entre lo viviente y lo no viviente.

¿Cuál es el Mecanismo que Crea las Condiciones para que la Vida Comience?

En comparación con los objetos inanimados, un ser vivo es un sistema químico que forma su propia sustancia a partir de lo que extrae del entorno. La materia viva se procurará por sí misma la energía que necesita para auto-replicarse; ahí radica el misterio.

Lo viviente y lo no viviente están hechos de la misma materia, la materia que creó las estrellas, las galaxias, las nebulosas y los planetas. En la Tierra, la transición de la materia inanimada a la vida probablemente ocurrió en el agua, hace aproximadamente 4 mil millones de años, cuando las primeras moléculas orgánicas se reprodujeron. Rápidamente, apareció una vida proto-bacteriana, menos de mil millones de años después de la formación de la Tierra. Una proto-bacteria ya es una etapa avanzada de la vida porque en este organismo muy simple, todas las funciones revelan una complejidad notable, especialmente la de la replicación.

La observación de la vida en la Tierra nos muestra la capacidad de la materia para escalar gradualmente, por azar, los peldaños de la complejidad. Pero, ¿dónde se encuentra el punto de ruptura entre lo viviente y lo no viviente? En otras palabras, ¿cuál es el ensamblaje de moléculas que permite el inicio de la vida?

El carbono se produce por nucleosíntesis (fusión de 3 núcleos de helio) en el núcleo de estrellas masivas y luego se libera en el espacio cuando explotan. Nuestra química comenzó con una pequeña estructura molecular construida sobre un esqueleto de átomos de carbono, los aminoácidos.

Los científicos intentan en vano crear vida a partir de moléculas de carbono, en particular el 12C, que es una firma biológica. La otra vía explorada es la arqueología molecular, cuyo objetivo es encontrar las moléculas primordiales fosilizadas, pero las trazas de vida más antiguas (bacterias fosilizadas) se detienen en aproximadamente 3.5 mil millones de años. En los sedimentos más antiguos, los arqueobiólogos han encontrado moléculas orgánicas enriquecidas en 12C que datan de aproximadamente 3.8 mil millones de años.

La vida nos oculta sus secretos, por lo que los científicos se vuelven hacia el espacio y el planeta Marte con la esperanza de encontrar vida en otro lugar. Encontrar un sistema viviente fosilizado lo más simple posible ya es un desafío gigantesco.

¡Lo Viviente Transporta Información Replicable!

Si consideramos el problema desde los bloques primordiales de la materia ordinaria, observamos que la materia original, quarks, nucleones, átomos, se agita con la temperatura (el calor traduce directamente la agitación de las partículas).

A cero absoluto (−273.15 °C), la materia está en un estado de energía mínima, su entropía es nula y esto se traduce en una "inmovilidad total de las partículas," aunque en física cuántica, las partículas siempre poseen una cantidad de movimiento no nula según el principio de incertidumbre de Heisenberg.

Tan pronto como se supera el cero absoluto, las partículas se agitan, se organizan y se ensamblan en átomos puros (es decir, una sola especie química, H, N, Fe...) luego en cuerpos moleculares simples (H2, N2, Fe...) antes de mezclarse por azar con otras especies para formar moléculas simples eléctricamente neutras, agregados atómicos con formas particulares que comparten electrones (enlaces covalentes).

Hasta ahora, la actividad de la materia se comprende relativamente bien y, en esta etapa, la materia no se puede considerar viva; simplemente se ensambla gracias a la fuerza electromagnética según las migraciones en el entorno.

La materia no tiene designio, inteligencia, intención ni proyecto particular. Se deja manipular fácilmente por el entorno y también por el hombre cuando fabrica nanopartículas. Los agregados moleculares, bajo el efecto de la agitación térmica y los saltos aleatorios de los átomos de una posición a una posición vecina, forman compuestos químicos variados y estables.

Cuantos más átomos transporte el entorno, más se ordenará el movimiento fortuito de los átomos y las moléculas. Esto es "orden a partir del desorden" como dijo Erwin Schrödinger (1887 - 1961) en su ensayo de 1944.

Entre todas estas moléculas naturalmente estables, habrá moléculas sólidas con estructuras cristalinas (que no se repiten) y moléculas desordenadas. A partir de un número muy pequeño de átomos, habrá un número casi infinito de posibilidades de ensamblaje. Cada encuentro entre dos átomos dependerá de su electronegatividad, es decir, su capacidad recíproca para crear un enlace electromagnético.

Los compuestos químicos son moléculas de varios elementos químicos diferentes unidos entre sí por enlaces químicos. De vez en cuando, por azar, los compuestos químicos se autoorganizan en enlaces químicos covalentes.

Los ensamblajes entre los átomos son de 3 tipos:

• Enlaces iónicos: estos son enlaces resultantes de la pérdida de uno o más electrones de valencia (electrones de la capa periférica que intervienen en los enlaces químicos) por un átomo y la captura de estos electrones por otro átomo. Este tipo de enlace generalmente se establece entre elementos que presentan una diferencia de electronegatividad muy alta ≥ 1.7 en la escala de Pauling, entre el flúor = 4 y el francio = 0.7).
• Enlaces covalentes: los átomos enlazados aportan cada uno un electrón de valencia para crear un par de electrones compartido entre dos entidades. Los elementos enlazados en este tipo de enlace presentan una diferencia de electronegatividad nula o < 1.7 en la escala de Pauling.
• Enlaces covalentes de coordinación: estos son enlaces covalentes entre dos átomos para los cuales los dos electrones compartidos en el enlace provienen del mismo átomo.

En Resumen

Parece que es a partir de ciertos compuestos químicos construidos sobre un esqueleto de átomos de carbono enrollados en gigantescas estructuras moleculares que la actividad de la materia cambia de naturaleza.

El ensamblaje y la forma de estas estructuras determinarán las funciones químicas que formarán parte de un plan de fabricación (la forma más parsimoniosa y simple de auto-replicarse). Este plan de fabricación posee toda la información que permitirá reconstruir el sistema.

Es a partir de este momento que la vida comienza y el sistema se considera viviente.

Hermann von Helmholtz (1821 − 1894) "Si todos nuestros esfuerzos para provocar el nacimiento de organismos a partir de materia inerte fracasan, me parece que procedemos de manera perfectamente justificada al preguntarnos si la vida tuvo alguna vez un origen, si no es tan antigua como la materia y si sus gérmenes, transportados de un cuerpo celeste a otro, no se desarrollaron donde encontraron un suelo favorable."

N.B.: La electronegatividad de un elemento es una magnitud que caracteriza su capacidad para atraer electrones durante la formación de un enlace químico con otro elemento.