Ciencias del Mundo Contemporáneo 2011/2012: El experimento de Miller y Urey

INTRODUCCIÓN

El experimento de Miller y Ureyrepresenta la primera demostración de que se pueden formar espontáneamente moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas simples en condiciones ambientales adecuadas. Fue llevado a cabo 1952 por Stanley Miller y Harold Clayton Urey en la Universidad de Chicago. El experimento fue clave para apoyar la teoría del caldo primordial en el origen de la vida.

Según este experimento la síntesis de compuestos orgánicos, como los aminoácidos, debió ser fácil en la Tierra primitiva. Otros investigadores –siguiendo este procedimiento y variando el tipo y las cantidades de las sustancias que reaccionan- han producido algunos componentes simples de los ácidos nucleídos y hasta ATP

Esta experiencia abrió una nueva rama de la biología, la exobiología. Desde entonces, los nuevos conocimientos sobre el ADN y el ARN. Condiciones prebióticas en otros planetas y el anuncio de posibles fósiles bacterianos encontrados en meteoritos provenientes de Marte (como el ALH 84001), han renovado la cuestión del origen de la vida.

Stanley miller

Stanley L. Miller (Oakland, California, 7 de marzo de 1930 - f. 20 de mayo de 2007), estadounidense principalmente conocido por sus estudios sobre el origen de la vida. Se graduó en la Universidad de California (obteniendo su licenciatura en ciencias en 1951), donde fue estudiante de Harold Urey. En el experimento de Miller y Urey, llevado a cabo en 1953 como estudiante diplomado, realizó una simulación de las condiciones de la Tierra primitiva en busca de las reacciones químicas que pudieron construir sus primeros bloques esenciales (aminoácidos y proteínas) simples. En 1954 obtuvo el doctorado en Química en la Universidad de Chicago. Fue ayudante de profesor (1958-1960), profesor asociado (1960-1968) y profesor de química en la Universidad de California, San Diego en 1958, permaneciendo en el puesto durante muchos años.

Sus estudios abarcan el origen de la vida (se consideró un pionero en el estudio de exobiología), la ocurrencia natural de hidratos cloratos, y mecanismos generales de anestesia. Fue miembro de la Academia Nacional de Ciencias y recibió una Medalla Oparin.

En la década de los 50, Miller ayudó a reemplazar la síntesis abiótica de compuestos orgánicos en el contexto de la evolución. Utilizó la simulación en laboratorio de las condiciones químicas en la Tierra primigenia para demostrar que la síntesis espontánea de estos compuestos podría haber sido una etapa precoz del origen de la vida.

DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO

El experimento consistió, básicamente, en someter una mezcla de metano, amoníaco, hidrógeno y agua a descargas eléctricas de 60.000 voltios. Como resultado, se observó la formación de una serie de moléculas orgánicas, entre la que destacan ácido acético, ADP-Glucosa, y los aminoácidos glicina, alamina, ácido glutámico y ácido aspártico, usados por las células como los pilares básicos para sintetizar sus proteínas.

En el aparato se introdujo la mezcla gaseosa, el agua se mantenía en ebullición y posteriormente se realizaba la condensación; las sustancias se mantenían a través del aparato mientras dos electrodos producían descargas eléctricas continuas en otro recipiente.

Después que la mezcla había circulado a través del aparato, por medio de una llave se extraían muestras para analizarlas. En éstas se encontraron, como se ha mencionado, varios aminoácidos, un carbohidrato y algunos otros compuestos orgánicos.

El experimento ha sido repetido en múltiples ocasiones, obteniendo compuestos orgánicos diversos. Sin embargo, aún no se han obtenido proteínas.

En 2008, otros investigadores encontraron el aparato que Miller usó en sus tempranos experimentos y analizaron el material remanente usando técnicas modernas más sensibles. Los experimentos habían incluido la simulación de otros ambientes, no publicados en su momento, como gases liberados en erupciones volcánicas. El análisis posterior encontró más aminoácidos y otros compuestos de interés que los mencionados en el experimento publicado.

REPRODUCCIÓN DEL EXPERIMENTO

Jeffrey Bada (que fue colaborador de Miller) y Adam Johnson (del equipo del Instituto de Astrobiología de la NASA en la Universidad de Indiana en Bloomington) decidieron que sería interesante reanalizar las muestras históricas de los experimentos originales de Miller usando métodos modernos. El equipo quiso ver si los equipos de ahora podrían descubrir productos químicos que no pudieron ser descubiertos con las técnicas de los años cincuenta. Ellos analizaron las muestras y recurrieron a Daniel Glavin y Jason Dworkin de la NASA, quienes ayudaron en el análisis con los instrumentos de última generación del Laboratorio Analítico Goddard de Astrobiología.

Los autores del nuevo estudio han descubierto 22 aminoácidos, 10 de los cuales nunca se habían encontrado en ningún otro experimento como éste. Esto es significativo porque la opinión de la comunidad científica sobre la composición de la atmósfera temprana de la Tierra ha cambiado. En lugar de estar muy cargada con hidrógeno, metano y amoníaco como se pensaba décadas atrás, muchos científicos creen ahora que la antigua atmósfera de la Tierra estaba compuesta fundamentalmente por dióxido de carbono, monóxido de carbono y nitrógeno.

A primera vista, si la atmósfera temprana de la Tierra tuvo sólo unas pocas de las moléculas utilizadas en el experimento clásico de Miller, se hace difícil ver cómo podría haber comenzado la vida siguiendo un proceso similar. Sin embargo, además del agua y el dióxido de carbono, las erupciones volcánicas también liberan los gases hidrógeno y metano. Las nubes volcánicas cuentan asimismo con relámpagos ya que las colisiones entre la ceniza volcánica y las partículas de hielo generan cargas eléctricas. Como la Tierra joven todavía estaba caliente por su formación, probablemente los volcanes eran entonces muy abundantes.

Los precursores orgánicos de la vida pudieron haber sido producidos localmente en charcas temporales, ubicadas en islas volcánicas, incluso si el hidrógeno, el metano y el amoníaco eran escasos en la atmósfera global. Al menguar el agua de las charcas, en éstas se habrían ido concentrando aminoácidos y otras moléculas, aumentando de ese modo las probabilidades de que se diera la secuencia correcta de reacciones químicas necesaria para iniciar la vida. De hecho, las erupciones volcánicas pudieron ayudar al surgimiento de vida de otra manera adicional: mediante la producción de sulfuro de carbonilo, que ayuda a enlazar aminoácidos en las cadenas llamadas péptidos.