¿Cómo empezó la vida? Nunca sabremos con certeza cómo era la Tierra hace cuatro mil millones de años, ni el tipo de reacciones que llevaron a la aparición de la vida en ese momento, pero hay otra forma de plantear la pregunta. Si preguntamos «¿cómo puede empezar la vida?» en lugar de «¿cómo empezó la vida?», ese simple cambio de verbos ofrece esperanza. Parece posible que podamos demostrar una serie de pasos obvios hacia el origen de la vida, que quizás conduzcan a una versión sintética de la vida en el laboratorio. Entonces podremos dar una respuesta satisfactoria a la segunda pregunta: ¿Cómo puede comenzar la vida en la Tierra y en otros planetas habitables?
El primer paso hacia la vida implica una pregunta fundamental que podemos responder: ¿De dónde proceden los elementos de la vida? Echa un vistazo a la tabla periódica simplificada que aparece a continuación. ¿Ves los seis elementos en verde? Son los llamados elementos biogénicos.
Si se suman todos los átomos que componen una célula viva, esos seis representan cerca del 99% de la composición elemental de las proteínas, los ácidos nucleicos y las membranas celulares. La vida necesita estos seis elementos, pero sólo funciona si los elementos se han combinado en moléculas.
Consideremos lo que ocurre si juntamos dos o más de los elementos en un compuesto. El carbono y el hidrógeno, por ejemplo, se convierten en hidrocarburos, y las cadenas de hidrocarburos de las membranas celulares son un componente esencial de la vida. Si dejamos que se combinen tres elementos, como el carbono, el hidrógeno y el oxígeno, obtenemos hidratos de carbono como el azúcar y la celulosa. Cinco elementos -carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre- forman los aminoácidos de las proteínas, y si cambiamos el fósforo por el azufre cinco elementos también componen los ácidos nucleicos como el ADN. Aunque conozcamos la fuente última de los elementos biogénicos, también necesitamos saber cómo se convierten en compuestos, y luego cómo los compuestos se volvieron lo suficientemente complejos como para que surgiera la vida en la estéril Tierra hace cuatro mil millones de años.
Ahora podemos volver a la fuente de los elementos biogénicos. Con una excepción, los elementos biogénicos de toda la vida en la Tierra, incluidos el silicio y el hierro elementales (que componen la propia Tierra) fueron sintetizados en las estrellas. La excepción es el hidrógeno, y la única razón por la que está presente en la Tierra como uno de los elementos biogénicos es que el hidrógeno del agua -H2O- tuvo la suerte de no ser atrapado por el sol cuando se formó nuestro sistema solar. De hecho, en términos de número de átomos, el hidrógeno constituye alrededor del 70% de todos los átomos de la vida en la Tierra.
¿Cómo es posible que los elementos de la vida provengan de las estrellas? En 1946, Fred Hoyle, un joven astrónomo británico, tuvo una idea. Hoyle estaba lleno de ideas, y publicó audazmente la mayoría de ellas, pero sólo una ha sobrevivido a las pruebas experimentales y teóricas. Para entender su idea, tenemos que recordar un poco de química de la escuela secundaria. Toda la materia está compuesta por átomos, y todos los átomos tienen un núcleo diminuto compuesto por partículas llamadas protones y neutrones, que están rodeados por nubes orbitales de electrones mucho más ligeros. Pero en las estrellas, la temperatura es tan alta que los electrones se desprenden, por lo que las estrellas como nuestro sol están compuestas por un gas de núcleos atómicos desnudos, principalmente hidrógeno y helio. El hidrógeno es el elemento más ligero, con un solo protón en su núcleo, y el helio es el segundo elemento más ligero, con dos protones y dos neutrones en su núcleo. Cuando la temperatura es lo suficientemente alta, alrededor de 10 millones de grados, los hidrógenos se combinan para formar helio y liberan una enorme cantidad de energía. Esta es la energía que hace brillar a las estrellas.
La brillante idea de Hoyle fue que una segunda reacción de fusión comienza cuando una estrella se acerca al final de su vida y su temperatura se aproxima a los 100 millones de grados. En ese momento, dos núcleos de helio se fusionan para formar berilio, el elemento metálico más ligero, que luego puede fusionarse con otro núcleo de helio para producir carbono. Los modelos teóricos anteriores ya habían demostrado que si el carbono está disponible en una estrella, el nitrógeno y el oxígeno pueden formarse en un proceso llamado ciclo de carbono-nitrógeno-oxígeno, que es la principal fuente de energía de fusión en las estrellas grandes y calientes en camino de convertirse en novas y supernovas. Esos modelos no incluían una fuente de carbono, y aquí es donde Hoyle llenó un vacío.
En resumen, los átomos de carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo que componen toda la vida en la Tierra se forjaron en estrellas a temperaturas más calientes que cualquier bomba de hidrógeno. Como organismos vivos, no estamos en absoluto separados del resto del universo. Por el contrario, tomamos prestada una diminuta fracción de sus átomos durante unos pocos años y los incorporamos a las estructuras moleculares transitorias de las células que son la unidad viviente de toda la vida en la Tierra.
Crédito de la imagen: «Butterfly Nebula in narrow band of Sulfur, Hydrogen and Oxygen» por Stephan Hamel. CC BY-SA 4.0 vía Wikimedia.