BLOGS
Ciencias mixtas Ciencias mixtas

Los secretos de las ciencias para
los que también son de letras

¿Es la aparición de la vida incompatible con las leyes de la física?

Voy a despedir temporalmente este blog hasta después de las vacaciones con dos historias que superficialmente no tienen ninguna relación entre sí, pero que en el fondo ilustran una misma y vieja pregunta: ¿cómo surge la vida a partir de la no-vida, o lo complejo a partir de lo simple? Hoy explico el contexto, al que seguirán las dos historias en los próximos días.

Recreación de la Tierra temprana. Imagen de NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab.

Recreación de la Tierra temprana. Imagen de NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab.

Tal vez a muchos sorprenda que el término Big Bang, que designa la teoría cosmológica prevalente hoy, lo inventó alguien que no creía en él. En 1949, el astrónomo británico Fred Hoyle lo pronunció durante una entrevista para la BBC con una intención casi paródica. Fallecido en 2001, Hoyle fue un tipo siempre polémico a causa de muchas de sus visiones, que desafiaban las teorías científicas más aceptadas.

Uno de los campos en los que Hoyle sostuvo una opinión heterodoxa fue el origen de la vida en la Tierra. El astrónomo fue uno de los principales proponentes de la panspermia, la idea de que la biología fue sembrada en este planeta por la colisión de objetos espaciales. Hoyle consideraba imposible que la vida hubiera nacido espontáneamente a partir de la no-vida, lo que se conoce como abiogénesis. Según sus cálculos, la posibilidad de que por puro azar surgiera el conjunto mínimo de enzimas para poner en funcionamiento la célula más simple era de una entre 10 elevado a 40.000 (uno dividido entre un uno seguido de 40.000 ceros). En una de sus frases más famosas, Hoyle dijo que la probabilidad de aparición de una célula a partir de sus componentes químicos básicos era similar a la de que un tornado atraviese el patio de una chatarrería y ensamble un Boeing 747 a partir de la chatarra.

Lo cierto es que las dudas de Hoyle tenían algo de fundamento. En el siglo XIX se acuñó un término llamado entropía, cuyo significado se expresó en una de las leyes fundamentales de la naturaleza, la Segunda Ley de la Termodinámica. La entropía ha recibido distintas definiciones a lo largo del tiempo. Popularmente se entiende como el grado de desorden de un sistema, una traducción lógica de su significado físico. En una de sus acepciones, la entropía mide la cantidad de energía inútil disipada en forma de calor por un sistema, por ejemplo una máquina.

La Segunda Ley afirma que la entropía de un sistema aislado siempre aumenta. El universo, como sistema aislado, camina en una dirección temporal, que es la misma que lo dirige hacia su máximo nivel de entropía. La Segunda Ley es el motivo, por ejemplo, de que una máquina de movimiento perpetuo sea algo incompatible con la física. Y también es la razón por la cual es imposible emplear el agua como combustible; el agua no puede quemarse porque ya está quemada: es hidrógeno oxidado, un residuo biológico final.

Desde que se definió por primera vez la entropía, surgió la pregunta sobre cómo aplicar el concepto a los sistemas biológicos, un tipo particular de máquinas. En 1875, el físico Ludwig Boltzmann hizo notar que la lucha de los organismos biológicos por la vida es en realidad una lucha por la “entropía negativa”, es decir, la generación de un nivel superior de orden, gracias a la disponibilidad de la energía que se transfiere desde el Sol a la Tierra, desde un cuerpo caliente a otro frío. El también físico Erwin Schrödinger, el del famoso gato, definió una paradoja que hoy se conoce por su nombre: la Segunda Ley de la Termodinámica dicta que los sistemas aislados aumentan su grado de desorden; y sin embargo, los sistemas vivos logran justo lo contrario, acrecentar su nivel de organización. Tanto si nos fijamos en los organismos individuales como en la abiogénesis o en la evolución biológica, todo parece transcurrir en sentido contrario al que se esperaría según la Segunda Ley. ¿Cómo es posible?

La respuesta es muy obvia, pero no sus implicaciones; tanto no lo son que el asunto de la entropía en los sistemas biológicos ha mantenido ocupados a los biofísicos durante más de un siglo. En cuanto a la respuesta obvia, está claro que la vida no es un sistema aislado; solo hay que añadir el entorno y el Sol como fuente de energía para que el balance total de entropía sea positivo, como dicta la ley. Como ya entrevió Boltzmann y explicó Schrödinger, los organismos se alimentan de “entropía negativa”, un concepto que luego fue reemplazado por el de energía libre; una planta cosecha la energía solar para construir, por ejemplo, moléculas de glucosa. Pero para conseguir un mayor grado de orden interno, todo organismo aumenta el desorden de su entorno, en forma de materia desorganizada (residuos) y disipación de energía no aprovechable (calor).

Con todo, algo es innegable, y es que la síntesis de una molécula de glucosa es un proceso termodinámicamente antinatural, ya que requiere saltar una barrera energética para que las cosas funcionen en sentido contrario a como lo harían de acuerdo estrictamente a las leyes de la física. Sin embargo, la experiencia nos muestra que esto sucede todos los días a nuestro alrededor y de forma natural en los sistemas biológicos, y los científicos lo han construido, deconstruido, replicado, experimentado y medido.

Pero ¿qué ocurre con la abiogénesis?

El problema de la abiogénesis es que no estábamos ahí para observar cómo se producía. Y desde luego, esto no es una obviedad. Nunca jamás llegaremos a conocer con certeza cómo y dónde surgió la vida en nuestro planeta. Pero experimentalmente podemos simular las condiciones de la Tierra prebiótica y sentarnos a observar si ocurre algo similar a lo que pudo suceder hace unos 4.000 millones de años.

A lo largo del siglo XX y lo que llevamos del XXI, innumerables experimentos se han acercado a la demostración de cómo la vida puede surgir a partir de la no-vida; en particular, el experimento de Miller-Urey, en 1952, fue crucial para demostrar que la abiogénesis era naturalmente posible. El argumento de Hoyle sobre el tornado y el 747 se desmonta por el hecho de que todos los pasos, tanto en los organismos individuales como en la evolución biológica, son casi infinitesimales; es decir, que toda complejidad es reducible a la suma de incrementos diminutos. Y si es así para la aparición de todas las innovaciones evolutivas (incluyendo casos clásicos como el ojo), también lo es para la abiogénesis: la vida fue el producto final de una serie increíblemente extensa de pequeños procesos que a su vez se dieron en innumerables formas de ensayo y error, de las cuales la mayoría fueron errores. La Tierra tuvo tiempo de sobra para eso.

Ahora bien, es cierto que continúa siendo imprescindible superar una barrera energética para mover las cosas en sentido contrario a lo que la física haría por sí sola; así pues, cualquier intento de explicar el origen de la vida debe cumplir este requisito. Mañana contaré la primera de las historias de este cierre de temporada, un fascinante experimento que no solo sostiene la posibilidad de la abiogénesis, sino que sitúa el origen de la vida en un ambiente completamente insospechado: el desierto.

12 comentarios

  1. Dice ser por supuesto

    Por esto la ciencia no es popular: Solo con decir lo del agua, una obviedad, te enfrentas a una inmensa mayoría de gente que esta absolutamente convencida que hay un motor que funciona con agua como si fuera gasolina y que los gobiernos y las petroleras lo tienen escondido.

    29 julio 2015 | 09:39

  2. Dice ser Solomillo

    Dejo aquí tres ideas sueltas. Y deseando ver una segunda parte de tu artículo:
    Se puede sostener que la vida de la Tierra viene de afuera, la panspermia, pero eso es trasladar el problema a otro sitio, no solucionarlo. Si vino en un cometa, habrá que explicar cómo llegó la vida a un cometa.
    Si algo es físicamente imposible, no solo es imposible, sino que no puede ser 🙂 Otra cosa es lo improbable, pero con tiempo suficiente hasta lo improbable puede suceder. También es cierto que nosotros somos un sesgo, es decir, solamente podemos opinar (estando vivos) porque la improbabilidad se dio.
    Para iniciar todo esto de la vida, no necesitamos comenzar con una célula completa, basta con una sola molécula que se replique, automáticamente ‘competirá’ por los recursos con otras moléculas que se replican o no, y el éxito o fracaso, o la aparición de formas más complejas, dependerá de ‘errores’ de replicado, el equivalente biológico de una mutación.

    29 julio 2015 | 10:01

  3. Dice ser El_Soberano

    La teoría es bastante bonita. Luego los hechos son que ninguno de los experimentos ha conseguido crear vida de la nada, ni siquiera por casualidad.

    De hecho, una de las teorías más simpáticas del origen de la vida en la tierra es que la vida realmente llegó en un asteroide de hielo, encontró un medio adecuado, y comenzó a reproducirse y adaptarse.

    Lamentablemente mientras no exista un experimento COMPLETO que sea capaz de demostrar que es posible crear vida a partir de “nada”, la teoría de la evolución funciona en el caso recurrente, pero no en el caso base.

    ¿Cuántas protocélulas hacen falta para generar una población capaz de hacer prueba y error?

    El problema de todo esto es que la vida debería ser un accidente que se produjo en millones de ocasiones simultáneas, con tan buena suerte como para que una de esas células tuviera éxito y sobreviviera al medio lo suficiente como para adaptarse por primera vez.

    Mientras no exista el citado experimento sobre el caso base (una célula autoreplicante, da igual lo básica que sea), tenemos tanta “fe” en la ciencia como en el señor de la barba blanca que nos regaña por ser pecadores desde el cielo.

    Es un poco como el origen del universo, y su supuesto ciclo de creación y destrucción (que curiosamente coincide con los dioses hindúes, el Creador, el Protector, y Destructor, también conocidos como Big Bang, Tiempo y Big Crunch). Podemos intuir una explicación que parece científicamente lógica, pero también la generación espontánea fue científicamente lógica en su momento, y aceptada por la ciencia como el origen de la vida.

    Mientras no se mejore la teoría y se demuestre con práctica, hablamos de fe. Pura y dura. Fe científica, sí, pero fe. Algo que queremos creer sin poderlo demostrar.

    En resumen: “Solamente podemos saber que no sabemos nada”. Y añado “Lamentablemente, la mayoría jamás lo sabremos porque nos extinguiremos antes de descubrirlo”

    29 julio 2015 | 10:14

  4. Dice ser Sicólogo Astral

    La ciencia es limitada y reducionista.

    29 julio 2015 | 10:34

  5. Dice ser Uno cualquiera

    Bueno, algunos dicen que la vida como tal es un estado más de la materia, otra ley física más que ahora nos parece anti-natural o contrapuesta a la propia física.

    Por ejemplo, antes decir que la materia ni se crea ni se destruye era una ley física inquebrantable, cuando se descubrió la división del átomo esto dejo de ser así ya que la materia se detruía convirtiéndose en energía.

    29 julio 2015 | 11:37

  6. Dice ser Fr3dY

    Sr. Yanes, le recomiendo la lectura de los libros “La caja negra de Darwin (Darwin’s Black Box)” y “The Edge of Evolution” para que comprenda las dificultades de su afirmación: “El argumento de Hoyle sobre el tornado y el 747 se desmonta por el hecho de que todos los pasos, tanto en los organismos individuales como en la evolución biológica, son casi infinitesimales; es decir, que toda complejidad es reducible a la suma de incrementos diminutos.”

    Saludos

    29 julio 2015 | 12:27

  7. Dice ser Erick Malinowski

    Si el dato de que la probabilidad de vida fuese de 1 en 1 a la 40.000 es verdadero, esto me daría a pensar que la teoría de los multiuniversos infinitos es verdad, una prueba al estilo del “suicidio cuántico”

    29 julio 2015 | 13:06

  8. Dice ser lo inexplicado próximamente en su kiosko, si lo encuentro

    Vamos a ver.
    Si vienen regadores del espacio con las semillas, estamos en lo mismo. La vida viene de fuera, pero de otros cuerpos, no sé, digo yo, otros que también estaban en las condiciones no-vida. A nos er qeu se piense que había un lugar donde las cosas estaban má svida. Un desastre, vamos. O eso o que la Tierra no era en sí tan no-vida como se piensa. Si tenemos gas, materia ígnea, combustión, elecrticidad… lo más normalico es que aparezca vidita. El big.bang no me interesa. Otro juego de prestidigitación humano para intentar comprender un inicio. ¿Qu´ees el tiempo? ¿Existe como pensamos?¿De veras? El tiempo no se frena, ni avanza. Es. ¿Se puede trazar una línea temporal como materia por la que circular, andar y desandar, que no es recordar? Mmmm, el tiempo. ¿Y quién dice que lo que marcamos a presente continuo es tiempo necesario para entender esto en lo que vivimos?

    29 julio 2015 | 13:28

  9. Dice ser Tobor

    Partimos de la base de que las moléculas autorreplicantes, es decir, el origen de la vida, es un fenómeno “avanzado” que se debió producir en un Universo “maduro”. Pero creo que se podría contemplar la posibilidad de que las primeras moléculas autorreplicantes se creasen a la vez que todo lo demás, al principio. Entonces, la “panspermia” sería un fenómeno habitual y propio del Universo desde siempre, y la vida se desarrollaría allí donde se diesen las condiciones adecuadas para su reproducción y selección por el ambiente.

    29 julio 2015 | 14:11

  10. Dice ser Manolo Escobar

    Porrompompero,… porron, porron, porrompomperoooo…

    29 julio 2015 | 14:12

  11. Dice ser Fisico

    Gratamente sorprendido con el artículo. Bien escrito, bien explicado.

    Si tengo que poner un “pero” es que es imposible que la fisica contradiga la vida. La fisica intenta explicar los procesos de la realidad que nos rodea. Jamas podrá ir en contra de la vida, y si lo hiciera obviamente estaría equivocada (no lo hace).

    En mi opinion, y por lo que he hablado con “colegas”, cada vez toma mas forma la idea de la panspermia, que fue bastante tomada con pinzas en sus inicios. Eso no soluciona nada, como acertadamente proponen en un comentario anterior, solo lo retrasa pero puede ser que el “terreno de juego” en el que empezó el partido no sea el que creemos que es. Eso lo cambiaría todo, por supuesto.

    En cuanto a experimentos para recrear la creación de la vida como el de Miller, creo que el éxito es muy parcial, ya que no daban los principios de la vida como tal, si no un subproducto parecido (hablo de memoria, puedo estar equivocado)

    29 julio 2015 | 21:47

  12. Dice ser Uno mas

    Y un paso mas a los que añaden que si la vida vino de fuera es trasladar el problema, cosa con la que estoy de acuerdo…
    ¿Cual es el origen de todo? ¿que habia antes del Big Bang (teoria que no me termina de convencer)? ¿Habia algo o no habia nada?
    Si no habia nada ¿como llego a generarse algo?
    Si habia algo, a lo mejor estamos mirando las cosas desde una perspectiva erronea y lo raro es que no haya nada…
    Yo llevo un monton de años pensando en estas cosas, como la mayor parte de los mortales supongo… y despues de estar 10 minutos pensandolas me duele la cabeza y me pongo a pensar en lo que realmente importa, nuestra vida diaria e intentar mejorla claro…
    Creo que aunque hemos tenido muchos avances como especie y que nuestro cerebro es una maquina maravillosa (evidentemente no desde el punto de vista de una maquina hecha por humanos)… pienso que es “limitado” y que simplemente nuestro cerebro no puede desarrollar o imaginar ciertas ideas igual que no podemos oir los sonidos que oye un perro, ver el calor como hacen las serpientes, ver las microondas, correr como un guepardo, etc… Tambien a veces pienso que las cosas es verlas desde otras perspectivas y que quiza todavia no hemos encontrado esas perspectivas (como estos dibujos que segun los mires ves un dibujo u otro), tambien porque la sociedad y la educacion nos condicionan para verlo de una manera determinada… A veces salen unas pocas personas que ven otra perspectiva, son los genios, como Einstein, etc… Pero sigo pensando que hay muchas cosas que se nos escapan y nunca sabremos mientras no evolucionemos a mejor…

    31 julio 2015 | 13:07

Los comentarios están cerrados.