Por Sara Imari Walker
publicado n/a La naturaleza
Entre los grandes enigmas científicos de nuestro tiempo está la cuestión de cómo surgió la vida a partir de la materia inanimada. Ya hace dos años, en 1920, los bioquímicos Alexander Oparin y JBS Haldane estudiaron por separado las propiedades de las gotas ricas en moléculas orgánicas que existirían en una «sopa prebiótica» en la Tierra primitiva. Sus hipótesis asumen que los compost orgánicos experimentan reacciones que conducen a moléculas más complejas y, eventualmente, a las primeras formas de vida.
O que faltaba un tiempo, como falta todavía hoy, era una teoría concreta para la física de qué es la vida: una teoría comprobable contra el experimento, y que probablemente debería ser más universal que la química da vida en la Tierra.
En 1944, Erwin Schrödinger trató de establecer las bases conceptuales de tal teoría en su libro ¿Qué es la vida? Sin embargo, adjunto los días de la hoja, los investigadores pensaron en las respuestas que estarían presentes numa físico desconocido. Nadie le dio más importancia a estas preguntas que el biofísico Stuart Kauffman.
En las décadas de 1980 y 1990, Kauffman, un investigador de sistemas complejos, desarrolló su muy influyente teoría sobre los orígenes de la vida, basada en moléculas que se reproducen solo colectivamente, llamada Conjuntos autocatalíticos. Postuló que una sopa química de polímeros es lo suficientemente diversa, tales grupos emergen espontáneamente durante una transición de fase; este es un cambio significativo en el estado o función, similar a un cambio de sólido a líquido. Los conjuntos se catalizan entre sí, formando todos sus miembros moleculares. Se inspiró en dos avances en matemáticas de redes de Paul Erdős y Alfred Rényi, que demostraron cómo se producen transiciones de fase en redes aleatorias a medida que aumenta la conectividad.
Su intuición está motivada por el hecho de que se llama el mundo no ergódico, o el mundo de dos objetos más complejos que los átomos, que, cuando comienzan a interactuar para formar moléculas, tienen una cantidad increíblemente grande de estados posibles. Sea un número de proteínas diferentes, que se pueden ensamblar con 200 aminoácidos de compresión e igual a 20200. De hecho, el código genético universal utiliza solo 20 aminoácidos diferentes sin proceso de ensamblaje durante la traducción.
Kauffman amplía así su teoría al introducir el concepto de encapsulación, donde los procesos están vinculados de tal manera que cada uno conduce o está cerca de un ciclo fechado. Él postula que los ensamblajes autocatalíticos (ARN y péptidos) encapsulados en una esfera de moléculas lipídicas podrían formar protocélulas autorreproductoras y especula que estas protocélulas podrían evolucionar. Del mismo modo, cada nueva innovación biológica genera un nuevo nicho funcional, promoviendo aún más la innovación. Asimismo, no es posible predecir lo que existirá, porque aquí la biología dependerá de lo que ha visto antes, pero también depende de otras cosas que existen ahora, con un conjunto creciente de cosas que serán posibles de alguna manera.
Concluyó provocativamente que no hay matemática que pueda descreer de la diversidad y abundancia de vida en evolución, ya que no conocemos las variables relevantes hasta que emergen. Argumenta que bajo la mejor de las suposiciones, cualquier «ley de vida» que aparezca revelará solo distribuciones estadísticas de aspectos de la evolución.
Kauffman argumenta que el surgimiento de la vida puede basarse en la física, pero no derivarse de ella.
Si la biología no puede reducirse a la física, ¿estaría más allá de la física? Este es un momento interesante para trabajar en los orígenes de la vida: hay un intenso debate sobre si la física actual es apropiada o si se necesitan nuevos principios. ¿Una comprensión profunda de la vida finalmente verá una comprensión de cómo la forma y la función surgen como dos corrientes de información? ¿Se entenderá la vida sólo como un proceso a escala planetaria, fundamentalmente ligado a las ciencias de dos exoplanetas? ¿O la teoría de la fusión y el experimento conducirán a nuevos enfoques para crear vida artificial? Estos enfoques se están desarrollando como parte de un esfuerzo internacional, que se fundó en la conferencia de 2015 «Rediseñando los orígenes de la vida».
Adentro, sin alem
Estoy de acuerdo con Kauffman en que la vida no puede explicarse por nuestras leyes físicas actuales, pero discuto su argumento de que la explicación está más allá de la física.
La física se ha desarrollado mucho más allá de la simple descripción de lo muy grande (cosmología); muy pequeño (sistemas cuánticos); e da la escala humana (estudiada por Galileu y Newton). Está surgiendo un trabajo interesante del estudio de la complejidad en áreas como la economía, la electrónica, la física del clima, las ciencias sociales y la termodinámica de no equilibrio.
Estos avances interdisciplinarios sugieren que la física misma no debería definirse únicamente por sistemas en los que no creía en el pasado, sino simplemente como una forma de ver el mundo, que valora las descripciones más abstractas, fundamentales y unificadoras de la realidad, dos átomos. En el universo. Dentro de este rango se encuentra la complejidad biológica y tecnológica, tanto de los fenómenos humanos como de las ciudades.
La búsqueda de la existencia de una física de la vida requiere que consideremos que todas las instancias de la vida pueden, en su núcleo, ser parte del mismo fenómeno fundamental; Por el contrario, la «vida» no es una propiedad objetiva, sino un conjunto de casos particulares. Esta visión unificada parece estar en línea con lo que busca Kauffman. Pero sugiere que una explicación puede requerir una nueva física.
Una fuerza de estadísticas
La línea unificadora que explica la vida podría ser algo estadístico, como propuso Kauffman, y aún así tener propiedades «similares a leyes». Al final, algunas leyes de la física son de naturaleza estadística, como la segunda ley de la termodinámica.
Sin embargo, los enfoques convencionales sobre los orígenes de la vida, como el mundo del ARN y otros modelos genéticos, no pueden enmarcarse de esta manera. De hecho, hacen muchas suposiciones no universales basadas en propiedades que pueden ser exclusivas de la química de la vida en la Tierra, como que el ARN es necesario para los orígenes de la vida.
Los campos emergentes de la «química desordenada» y los enfoques de la vida artificial, hasta la búsqueda de orígenes, comienzan con mezclas químicas de abajo hacia arriba con suposiciones mínimas sobre cómo podría ser la vida emergente. (El químico Lee Cronin, por ejemplo, está experimentando con el autoensamblaje y la autoorganización en moléculas grandes, como los óxidos metálicos). En este sentido, el campo intenta proporcionar un enfoque conjunto y puede abrir nuevos caminos para el desarrollo de teorías sobre principios universales que vinculan la materia con la vida no orgánica, o que pueden inspirar el siguiente salto conceptual.
De cualquier manera, Kauffman hace las preguntas sobre lo que necesitamos para resolver el misterio que da vida a sus orígenes. Y aún queda mucho trabajo por hacer para que las futuras generaciones puedan responderlas.