En 1952, un químico de la Universidad de Chicago llamado Stanley Miller y su asesor, Harold Urey, llevaron a cabo un famoso experimento.
Sus resultados, publicados al año siguiente, proporcionaron la primera evidencia de que las moléculas orgánicas complejas necesarias para el sumergimiento de la vida (abiogénesis) podrían formarse utilizando precursores orgánicos más simples, fundando esencialmente el campo de la química prebiótica.
Ahora, un equipo de científicos españoles e italianos ha recreado ese experimento seminal y ha descubierto un factor contribuyente que Miller y Urey pasaron por alto.
Según un nuevo artículo publicado en la revista Scientific Reports, los minerales en el vidrio de borosilicato utilizado para hacer los tubos y matraces para el experimento aceleran la velocidad a la que se forman las moléculas orgánicas.
En 1924 y 1929, respectivamente, Alexander Oparin y J.B.S. Haldane había planteado la hipótesis de que las condiciones en nuestra Tierra primitiva habrían favorecido el tipo de reacciones químicas que podrían sintetizar moléculas orgánicas complejas a partir de precursores inorgánicos simples, a veces conocida como la hipótesis de la “sopa primordial”.
Los aminoácidos se formaron primero, convirtiéndose en los bloques de construcción que, cuando se combinan, formaban polímeros más complejos.
El comienzo del experimento
Miller instaló un aparato para probar esa hipótesis simulando lo que los científicos en ese momento creían que podría haber sido la atmosfera original de la Tierra. Selló metano, amoniaco e hidrogeno dentro de un matraz de vidrio de borosilicato estéril de 5 litros, conectado a un segundo matraz de 500ml lleno hasta la mitad con agua.
Luego, Miller calentó el agua, produciendo vapor, que a su vez paso al matraz más grande lleno de productos químicos, creando una atmosfera mini primordial. También se dispararon chispas eléctricas continuas entre dos electrodos para simular la iluminación.
Luego, la “atmosfera” se enfrió, lo que provoco que el vapor se condensara nuevamente en agua. El agua goteó hacia una trampa en la parte inferior del aparato.
Esa solución se volvió rosa después de un día y rojo oscuro después de una semana. En ese momento, Miller retiró el matraz de ebullición y añadió hidróxido de bario y acido sulfúrico para detener la reacción.
Después de evaporar la solución para eliminar las impurezas, Miller probó lo que quedaba mediante cromatografía en papel. Toda la vida conocida consta de solo 20 aminoácidos. El experimento de Miller produjo cinco aminoácidos, aunque estaba menos seguro de los resultados de dos de ellos.
Cuando Miller mostró sus resultados a Urey, este último sugirió que se debería publicar un artículo lo antes posible. (Urey era senior, pero se negó generosamente a ser incluido como coautor, no sea que esto lleve a que Miller obtenga poco o ningún crédito por el trabajo).
El artículo apareció en 1953 en la revista Science. “Con solo encender la chispa en un experimento prebiótico básico se obtendrán 11 de 20 aminoácidos”, dijo Miller en una entrevista de 1996. El aparato original se exhibe en el Museo de Naturaleza y Ciencia de Denver desde 2013.
Miller murió en 2007, Poco antes de su muerte, uno de sus estudiantes, Jeffrey Bada, ahora en la Universidad de San Diego, heredó todo el equipo original de su mentor. Esto incluyó varias cajas llenas de viales de residuos secos del experimento original. Esas muestras de 1952 se volvieron a analizar el año siguiente en realidad produjo incluso más compuestos (25) de los que se habían informado en ese momento.
Miller también había realizado experimentos adicionales que simulaban condiciones similares a las de una erupción volcánica rica en vapor de agua, que implicaba rociar vapor desde una boquilla en la descarga de chispa.
Bada y varios colegas también volvieron a analizar las muestras originales de esos experimentos y encontraron que este entorno producía 22 aminoácidos, cinco aminas y varias moléculas hidroxiladas. Así que los experimentos fueron incluso más exitosos que lo que se dieron cuenta Miller y Urey.
Nuevos descubrimientos en torno a la creación de la vida por científicos españoles
Ha habido muchos, muchos más experimentos sobre abiogénesis en las décadas siguientes, pero el coautor Joaquín Criado Reyes de la Universidad de Granada en España y sus colaboradores pensaron que se había pasado por alto un factor potencial: el papel del vidrio de borosilicato que comprendía los matraces y tubos que había utilizado Miller.
Notaron que la atmosfera simulada de Miller era altamente alcalina, lo que debería hacer que la sílice se disolviera. “Por lo tanto, podría esperarse que al entrar en contacto el agua alcalina con a la pared interna del matraz de borosilicato, incluso este vidrio reforzado se disolverá ligeramente, liberando sílice y trazas de otros óxidos metálicos” escribieron los autores.
Para probar su hipótesis, Criado Reyes recreó tres versiones del experimento de Miller – Urey, en su mayoría utilizando los mismos productos químicos y equipos. Una versión uso los mismos matraces de borosilicato que había usado Miller; otra versión uso un matraz de teflón; y por último la tercera versión utilizó un matraz de teflón con trozos de borosilicato sumergidos en el agua.
Los resultados: se formaron muchos menos compuestos orgánicos en los experimentos utilizando solo los matraces de teflón. Como escribió el geólogo David Bressan en un artículo:
“Milley y Urey utilizaron equipos hechos de vidrio de borosilicato, ya que este tipo especial de material resistente al calor se usa comúnmente en laboratorios químicos de todo el mundo. Pero el nuevo experimento muestra como materiales similares pueden haber jugado un papel importante en el origen de la vida en la Tierra Mas del 90 por ciento de la corteza terrestre está formada por silicatos, minerales compuestos predominantemente de dióxido de silicio.
La meteorización de los minerales de silicato por la corrosiva atmosfera y el agua puede haber proporcionado las condiciones adecuadas para el ensamblaje de los primeros componentes básicos de la vida en la Tierra.
Este hallazgo apoyó la hipótesis original de los autores. La corrosión en la superficie de vidrio (debido al agua caliente y caustica que circula a través de él) juega un papel clave, ya que libera moléculas de dióxido de silicio en la solución.
Esto, a su vez, actúa como un catalizador para acelerar las reacciones químicas entre los átomos de nitrógeno, carbono e hidrogeno que finalmente crean moléculas orgánicas. Además, encontraron que la corrosión en el vidrio también forma millones de pequeños hoyos.
Los autores creen que esos pozos podrían servir como pequeñas cámaras de reacción, acelerando también la velocidad a la que se forman las moléculas orgánicas en el experimento.
Estos resultados son consistentes con sugerencias recientes de que fue la combinación de una atmosfera reducida, tormentas eléctricas, superficies rocosas ricas en silicatos y agua líquida lo que condujo al origen de la vida. “Miller recreo en sus experimentos la atmosfera y las aguas de la Tierra Primitiva”.
Otros experimentos realizados antes y después de Milley-Urey
A partir del descubrimiento realizado se inspiraron muchos otros. En 1961, Joan Oro descubrió que la base de nucleótidos adenina se podía fabricar a partir de cianuro de hidrogeno y amoniaco en una solución acuosa. Su experimento produjo una gran cantidad de adenina, cuyas moléculas se formaron a partir de 5 moléculas de HCN. Además, muchos aminoácidos se forman a partir de HCN y amoniaco en estas condiciones.
Los experimentos llevados a cabo posteriormente demostraron que las otras bases nucleicas de ARN y ADN podrían obtenerse mediante química prebiótica simulada con una atmosfera reductora.
También hubo experimentos similares de descargas eléctricas relacionadas con el origen de la vida contemporánea con Milley – Urey. Un artículo titulado “Looking Back Two Billion Years” describe el trabajo de Wollman M. MacNevin en la Universidad Estatal de Ohio, antes de que se publicara el artículo de Miller Science en mayo de 1953. MacNevin pasaba chispas de 100,000 voltios a través del metano y el vapor de agua y producía “solidos resinosos” que eran “demasiado complejos para el análisis”.
El artículo describe otros experimentos terrestres primitivos que está realizando MacNevin. No está claro si alguna vez se ha publicado alguno de estos resultados en la literatura científica primaria.
KA Wilde presento un artículo a Science el 15 de diciembre de 1952, antes de que Miller lo enviara a la misma revista el 10 de febrero de 1953. El artículo de Wilde se publicó el 10 de julio de 1953. Wilde uso voltajes de hasta solo 600 V en una mezcla binaria de dióxido de carbono (CO2) y agua en un sistema de flujo.
Observó solo las pequeñas cantidades de reducción de dióxido de carbono a monóxido de carbono, y ningún otro producto de reducción significativo o compuestos de carbono recién formados. Sin duda, una serie de configuraciones que podrían cambiar las teorías sobre el origen de la vida que aún hay que resolver.
