Apuntes científicos desde el MIT

En 1953 el químico Stanley Miller realizó uno de los experimentos más famosos de la historia de la ciencia. Diseñó un aparato de vidrio donde intentó recrear las condiciones de la Tierra primigenia para ver si aparecía algo cercano a la vida. Mezcló agua con metano, amoniaco e hidrógeno (los gases que supuestamente contenía la atmósfera), y aplicó descargas eléctricas para simular la gran cantidad de rayos que caían sobre su superficie en esos momentos.
A las pocas horas el matraz ya contenía varios aminoácidos diferentes, las moléculas que constituyen las proteínas. El hallazgo fue sorprendente, porque reflejaba la tremenda facilidad con que se podían formar moléculas orgánicas complejas a partir de otras mucho más sencillas, y daba una gran esperanza a la comprensión científica del origen de la vida en la Tierra. El experimento reforzaba la hipótesis de que todo empezó en una sopa prebiótica, una especie de balsas en las laderas de los volcanes donde poco a poco se iban formando moléculas, recombinándose, y aumentando de complejidad hasta generar algo que pudo metabolizar energía del exterior, mantener una estructura estable, y hacer copias de si mismo.
55 años después los geólogos saben que la composición atmosférica en los albores de la Tierra era muy diferente a la que utilizó Miller en su experimento, y esa idea de caldo primigenio en pequeños lagos superficiales también está siendo descartada por escenarios más propensos a mantener una actividad química que pudiera dar lugar a las primeras estructuras celulares, como el interior de la Tierra, los fondos oceánicos… El experimento de Miller mantiene un indiscutible gran valor conceptual, siempre será un referente para todos los investigadores en el campo de la química prebiótica, pero como pista válida para perseguir las primeras etapas del verdadero origen de la vida perdió toda su vigencia.
Hasta el curioso hallazgo publicado la semana pasada en Science.

Lo viales extraviados de Miller
Stanley Miller falleció en Mayo del 2007, y sus pertenencias científicas quedaron en manos de Jeffrey Bada, uno de sus últimos colaboradores. Revisando su viejo laboratorio Bada encontró una caja llena de botecitos y etiquetada como “Experimentos de 1953-54”. Contrastando con las libretas originales de Miller, Bada comprobó que esos viales contenían muestras del famoso experimento, pero también de dos versiones más que había realizado alterando ligeramente las condiciones iniciales. En una de esas versiones Miller había inyectado vapor de agua directamente en el lugar donde mezclaba los gases con las descargas eléctricas, algo que en ese momento no tenía gran importancia, pero que ahora recobraba interés, porque las erupciones volcánicas de la Tierra primigenia sí podían emitir gases como los que Miller había utilizado y formar nubes a su alrededor cuya composición sí estaría acorde con las condiciones de su experimento.
Miller había analizado dichas muestras, pero no con los espectrómetros tan sensibles que existen actualmente. El verano pasado Jeffrey Bada y otro científico llamado Adam Jonson volvieron a analizar las muestras y descubrieron hasta 22 aminoácidos en esa versión ignorada por Miller, el doble de los que había anunciado anteriormente. Además, 20 de ellos coinciden con los que constituyen las proteínas de los seres vivos.
Es decir, el experimento publicado por Miller había perdido validez porque las condiciones que utilizó no era fieles a la atmósfera primitiva, pero sin él saberlo había realizado otro que sí reproducía bien cómo podían ser las nubes cercanas a los volcanes, y además contenía muchos más aminoácidos de los que él había podido detectar.

Los autores del artículo de Science con concluyen que este descubrimiento refuerza la hipótesis ya existente de que los entornos de volcanes son buenos candidatos para haber cocinado las primeras formas de vida.

Representa eso el origen de la vida???
Para nada. La verdad, esta nueva investigación parece más una anécdota curiosa a añadir al famosos experimento de Miller que una pista muy trascendente sobre cómo pudo empezar la vida. Sobre todo porque si algo refuerza es la idea de que los aminoácidos y otras moléculas orgánicas se pueden formar con tanta facilidad, que si no lo hicieron en unas condiciones lo hicieron en otras. O en varias a la vez. No parece que esta generación de los primeros aminoácidos, lípidos o ácidos nucleicos sea un factor relevante, seguro que la Tierra estaba llena de ellos. El gran reto a solucionar en la comprensión científica del origen de la vida es saber cómo estas moléculas llegaron a constituir proteínas que tuvieran capacidad catalítica, o ácidos nucleicos que codificaran información, en qué orden, y cómo pudieron llegar a ensamblarse en algo tan complejo como es una célula. Aquí es donde se encuentran las investigaciones más apasionantes.
¿Qué fue antes, el gen o la proteína? ¿o lo primero es la estructura, una membrana lipídica que facilite un espacio cerrado donde se combinen tales moléculas?
¿Es más importante el metabolismo (un ciclo químico que permita el intercambio de energía) o la información (genes)? Mucho antes de la llegada del ADN, ¿hubo un mundo previo de ARN, molécula que también puede codificar información y al mismo tiempo capacidad catalítica?
Estas son las verdaderas preguntas a resolver si queremos comprender el misterio del origen de la vida. El experimento que se llevaría el gran premio sería aquel que, en lugar de meter metano, hidrógeno, amoníaco en un matraz y comprobar que se forman aminoácidos o nucleótidos, pusiera nucleótidos, lípidos, aminoácidos… y le saliera un pedazo de proteína catalizando reacciones orgánicas dentro de una protocélula. Esto sí que sería espectacular. Pero no tan descabellado! porque por sorprendente que parezca, la vida en la Tierra se originó muy pronto tras la formación del planeta. Incluso según algunos la generación de vida no es un proceso tan complicado. Todavía recuerdo un seminario en nuestro Fellowship del MIT de Charles Marshall , biólogo evolutivo cuando nos dijo algo parecido a “la formación de las primeras bacterias no es el paso más insólito de la evolución. A los pocos millones de años ya había seres unicelulares sobre la Tierra, probablemente la vida apareció y desapareció varias veces hasta que un cierto tipo prosperó. Y seguro que hay formas de vida simples en otros planetas. En cambio, costó 2.000 millones de años que esos microorganismos se agruparan formando seres pluricelulares. Éste es el paso verdaderamente significativo, inesperado, y quizás único.”

Ayer empezó el segundo semestre en el MIT, y el miércoles pasado lo hizo Harvard. Durante la primera semana los estudiantes pueden atender a las clases sin necesidad de matricularse. Lo harán después, sólo de aquellas asignaturas que les hayan convencido.
En mi caso, que asisto como oyente, este proceso llamado “course shopping” dura todo el curso. El día de hoy indica que los martes serán intensos, muy pero que muy intensos.
Algunas veces siento una ligera frustración. Me gustaría tener más tiempo para escribir en mayor detalle sobre algunos temas. Además, cada día anoto varias “(B)” en mi libreta que no acaban llegando al (B)log. Una cosa sí quita la otra.
Hoy me revelo. Sacrifico profundidad para hacer honor al nombre de este espacio y trasladaros algunos “apuntes” de mi supermartes científico particular:

“El origen de la vida”
Empieza el día a las 8:30 con la asignatura “Un mundo microbiano”, en la que un equipo de tres profesores se alternarán para hablarnos desde sus perfiles diferentes (Ciencias de la Tierra, microbiología y medicina) sobre el crucial papel de los microorganismos en la historia geológica del planeta, el equilibrio ecológico, medioambiente, clima, aplicaciones tecnológicas y salud mundial.
Hoy hemos empezado por el riguroso principio: el origen de la vida. Mentiría si os dijera que la sesión ha sido espectacular. Hemos revisado qué elementos se requieren para que pueda crearse la vida (1- un desequilibrio termodinámico que sirva de fuente de energía, 2- unas condiciones en las que los enlaces covalentes sean estables y puedan formarse moléculas “grandes”, 3- líquido, 4- una estructura molecular que soporte la evolución). También hemos recordado a Oparin y Stanley Miller para hablar de evolución química y la síntesis de los primeros ladrillos de la vida. Pero no hemos abordado todavía en el gran interrogante: cómo se ensamblan estos compuestos prebióticos hasta formar algo tan complejo como una célula.
Me ha parecido interesante el análisis de la controversia sobre la fecha en que apareció la primera forma de vida. Pensaba que estaba establecido que fue hace 3.800 millones de años, muy poco después de que la Tierra se enfriara. Pero se ve que no todos los expertos están de acuerdo con la hipótesis del “origen rápido”.

“El trascendental error de Heisenberg”
En 7 minutos mi atención se dirige a la creación de una bomba atómica. De 10 a 11:30 tiene lugar la clase del genial Peter Galison , autor del libro “Einstein’s clock’s, Poincare’ Maps”. El programa de la asignatura “Historia de la física del siglo XX” plantea un recorrido desde las revoluciones que supusieron la relatividad y el nacimiento de la cuántica, hasta las actuales controversias entre defensores y detractores de la teoría de cuerdas. Se analizará cómo la física ha transformado el mundo desde el punto de vista filosófico, tecnológico y social.
Hoy Galison ha hablado de la bomba atómica que intentó construir el ejército nazi. Cuando a finales de los años 30 científicos alemanes confirmaron experimentalmente que se podían fisionar átomos de uranio bombardeando neutrones, y que en este proceso se liberaba una cantidad abismal de energía, empezó la investigación para crear armamento nuclear. El principal implicado fue Werner Heisenberg , uno de los mejores físicos del siglo XX y que sin embargo cometió un error decisivo que pudo cambiar la historia: Calculó que la masa crítica para construir una bomba atómica era de toneladas, cuando en realidad varios kilogramos eran suficientes. Este error inexplicable en un físico de su calibre hizo que el ejército alemán desestimara construir la bomba. Algunos piensan (Galison no) que lo hizo adrede.
Uno de los episodios más citados en este momento crítico de la historia es la visita que Heisenberg realizó en Dinamarca a su extraordinario amigo y cofundador de la cuántica Niels Bohr. Nadie conoce todos los detalles del encuentro, pero nunca más volvieron a dirigirse la palabra. La obra Copenhague narra parte de la discusión que mantuvieron sobre la creación de una bomba atómica por parte del ejército nazi.

“Experimentos críticos en las ciencias humanas”
Así se titula la asignatura impartida por Rebecca Lemov, autora de “El mundo como un laboratorio ”. Cada semana se repasaremos los experimentos en el área de las ciencias sociales que han supuesto un impacto mayor en la comprensión de nuestra conducta y naturaleza humana.
Entre otros comentamos el de Stanley Milgram, que Sergio citó en un comentario del post “Neurofilosofía Moral”.
Dos individuos se ofrecían voluntarios a participar en un estudio a cambio de una pequeña cantidad económica. Uno hacía un test, y cada vez que se equivocaba, el otro presionaba un botón que le suministraba descargas eléctricas cada vez de mayor intensidad. El que recibía las descargas era un actor, que simulaba sufrimiento, suplicaba clemencia, gritaba… entonces el otro individuo pedía detener el experimento, pero el director le obligaba a continuar. Y lo hacía! Las siguientes imágenes causaron una gran conmoción. Nadie pensaba que personas corrientes serían capaces de llegar tan lejos, infringiendo dolor y comportándose de forma cruel inducidos sólo por las órdenes de un superior. Generaron importantes reflexiones sobre la conducta humana en conflictos bélicos, o nuestra actitud bajo la subordinación.

“Psicología para digerir”
A la 1:30 me cuelo durante media horita a la clase sobre psicología de Steven Pinker, el all-star de la ciencia. El contenido de su asignatura es bastante básico, pero es un virtuoso a la hora transmitir conceptos de forma original, con caricaturas, videos, humor, aparatos, y su glamorosa dialéctica. Abandono la última fila del gran auditorio para ir a la clase sobre bioética de Michael Sandel y Doublas Melton, uno de los mayores expertos mundiales en la investigación sobre células madre.

“Quiero tener un hijo sordo”
De 2 a 3:30 hemos analizado el caso real de una pareja de lesbianas sordas, que en 2002 escogieron el esperma de un donante sordo para tener un hijo que compartiera su limitación. Lo consiguieron . ¿Actuaron de forma ética? ¿Por los daños o por el argumento del diseño? ¿Es incorrecto seleccionar el esperma de alguien brillante? ¿de qué es capaz la ciencia actual? Muchas más preguntas de carácter ético aparecerán en este curso, y algunas os las trasladaré al blog.

"La guerra biológica"
Terminada la clase, volando hacia el MIT. Los martes y jueves de 4 a 6 los Knight Fellows tenemos seminarios privados con científicos que vienen a hablarnos de diferentes temáticas. Esta tarde hemos conversado con Jeanne Guillemin, que lleva 25 años estudiando asuntos referentes a la guerra biológica y ha escrito libros como “Anthrax: la investigación de un brote mortal” y el reciente “Armas biológicas”. Nos ha ofrecido su visión particular sobre las amenazas reales que supone el armamento biológico. Después de las cartas con Anthrax enviadas en 2001, la Iniciativa en Biodefensa del gobierno estadounidense multiplicó su presupuesto hasta los 44 mil millones de dólares (cifra que nos ha dado Guillemin y no he contrastado). Ella opina que es una reacción exagerada, y también se muestra contraria al laboratorio de nivel de bioseguridad 4 (donde estudian los virus más peligrosos que existen) que la Universidad de Boston quiere construir en medio de la ciudad. Para Jeanne Guillemin las amenazas de la guerra biológica tienen gran parte de construcción política, y reflejan “el trabajo sucio de la ciencia”.

Ahora mismo os escribo desde la oficina, en pleno stoop syndrome . Pero a diferencia del día que os definí el stoop syndrome como un estado de alineación mental provocado por la incapacidad de asimilar tal cantidad de conocimiento científico, esta vez estoy un poco consternado por la combinación de peligros y grandezas que hoy me han mostrado sobre esta actividad humana llamada ciencia.

Por suerte dentro de un rato iré a tomar algo al lugar idóneo para repasar de forma inspiradora las enseñanzas de mi supermartes científico: el bar “The Miracle of Science”. Cuando leí su nombre y vi el menú escrito en una pizarra en forma de tabla periódica, supe que sería uno de mis lugares predilectos. Allí puedes encontrarte a una holandesa como Elke Scholten, que se pide un pastis (anís), le dice al camarero que le sirva el hielo aparte, y te exige que prestes atención. Pone el hielo en el anís, lo remueve, y empieza a explicarte su último estudio científico sobre el “Pastís effect”: la explicación química de porqué el anís pasa de transparente a blanco cuando le introduces agua. *
Fantástico! Además, desvelar el misterio molecular de este proceso no le robó sabor alguno al pastís. Al contrario, lo enriqueció a otros niveles. ¡Viva la ciencia!