Louis
Pasteur (1822-1895),
una de las figuras centrales de la historia de la ciencia,
entre otras cosas, dedicó amplio tiempo al estudio de las bebidas
alcohólicas obtenidas de líquidos con alto contenido en azucares.
Quería descubrir de donde venía ese alcohol y acabó descubriendo
la fermentación. Pero no se quedó ahí. Estudiando más a fondo la
fermentación del vino, descubrió que en el proceso se creaba ácido
tartárico, que consiguió identificar haciéndolo cristalizar. Esto
no hubiera ido más hallá si no fuera por la maestría de Pasteur.
¿A quién sino se le iba a ocurrir, en pleno siglo XIX, hacer pasar
la luz a través de esos cristales de ácido tartárico? ¿A quién
sino se le iba a ocurrir hacer pasar luz polarizada (es decir, que
viaja en un solo plano del espacio, a diferencia de la luz visible, o
cualquier otra onda, que lo hace en todas las direcciones del
espacia)? En efecto, al pasar luz polarizada a través de uno de
estos cristales, Pasteur observó que la luz cambiaba de dirección:
hacía girar la luz, y observó que había cristales que la giraban
hacia la derecha (dextrógiros) y cristales que la giraban hacia la
izquierda (levógiros). Posteriormente se describiría que esto se
debía a la existencia de 2 tipos de moléculas dentro de un mismo
compuesto y que esta propiedad, la de girar la luz polarizada hacia
un lado u otro, se debía a una determinada configuración espacial
de los átomos de la molécula: ambos tipos de moléculas son
“imágenes especulares” uno del otro, es decir, son uno el
reflejo del otro; lo mismo, pero al otro lado de espejo. Son mundo
invertidos. Y parece que esto existe en la mayoría de las moléculas.
Tenemos una serie de conceptos importantes:
“moléculas químicamente idénticas que poseen una disposición
espacial de sus átomos especular una respecto a la otra”; a estas
moléculas las llamaremos enantiómeros.
“conjunto de moléculas que son idénticas, tanto químicamente,
como en su disposición espacial de los átomos, y que desvían hacia
el mismo lado la luz polarizada”; a estas moléculas las llamaremos
homoquirales, y a la
propiedad la llamaremos homoquiralidad
y “a la mezcla de ambos tipos de moléculas, a partes iguales, en
una determinada disolución” la llamaremos mezcla
racémica. No es
importante acordarse de los nombres en si, sino de que, dentro de una
misma molécula, también podemos encontrar subtipos en función de
sus propiedad ópticas.
Pero ¿Por qué estos conceptos son importantes?
Resulta que, de forma general, todos los seres vivos del planeta
tienen formadas sus proteínas a partir de aminoácidos que hacen
girar la luz polarizada hacia la izquierda (Levógiros o “L”) y
todos los seres vivos del planeta tienen formados sus glúcidos a
partir de enantiómeros que hacen girar la luz polarizada hacia la
derecha (Dextrógiros o “D”). ¿Cómo puede ser esto posible?
¿Por qué L-aminoácidos y D-glúcidos y no al revés? ¿Es producto
de una ventaja evolutiva, del azar o de alguna restricción histórica
que ocurrió en los inicios de la vida?
En primer lugar, debemos dejar claro que éste no
es un tema resuelto, así que las siguientes propuestas de resolución
del problema no so más que hipótesis con más o menos apoyo
empírico y que, de todas formas, no llegan a la resolución completa
del problema. La mayoría de ellas solamente nos deja abierta la
puerta a una solución posible, pero no nos dice nada sobre si las
demás opciones son posibles o no.
HIPÓTESIS
Algo tuvo que
provocar esa desviación y, en función de la causa que cada
hipótesis le atribuye a esta selección de enantiómeros, podemos
clasificarlas en 2 tipos: aquellas que lo atribuyen al propio proceso
del origen de la vida, es decir, una selección biológica de un
determinado enantiómero porque posee alguna ventaja evolutiva, y
aquellas hipótesis que atribuyen el desequilibrio a causas físicas.
Bien, en el primer grupo encontramos las siguientes:
- Hipótesis de la inhibición enantiomérica
de Gerald F. Joyce (1983):
según sus trabajos, y los de sus colaboradores (3), en los que
recrean la etapas tempranas del mundo de RNA con el siguiente
modelo: una cadena homoquiral que se replica normalmente hasta que
se incorpora un enantiómero de distinta conformación, parece que
la homoquiralidad es debida a una inhibición enantiomérica cruzada
de la síntesis de la cadena homoquiral. En otras palabras, la
cadena de RNA que incorpora un enantiómero del otro tipo, queda
bloqueada, no puede crecer más y es menos estable (una cadena larga
de L-aminoácidos o de D-glúcidos, como las proteínas o el DNA
son, en general, más estables cuanto más largos son). De esto,
Joyce y sus colegas,
deducen que debió existir algún mecanismo que facilitara la
incorporación de un solo y determinado enantiómero.
Y del segundo tipo de hipótesis encontramos las
siguientes:
- Hipótesis
de Vester-Ulbrich: esta hipótesis se basa en la deducción
teórica que realizaron Vester
y Ulbrich. La teoría
cuántica predice que los electrones que emiten radiaciones
polarizadas tienen la propiedad de destruir selectivamente moléculas
polarizadas de su mismo tipo, es decir, las radiaciones provenientes
de electrones que giran hacia la izquierda, tienen la propiedad de
destruir moléculas que giran la luz polarizada hacia la izquierda
(por ejemplo, los L-aminoácidos), y viceversa. Recientemente
(2014) Dreiling y Gay, de la Universidad de Nebraska,
han intentando probar empíricamente esta deducción teórica. En su
experimento producían alternativamente electrones L y D que
lanzaban a un gas de 3-bromo-alcanfor, una molécula orgánica
quiral (realmente una mezcla racémica, con igual cantidad de las
dos enantiómeros L y D). Encontraron que los electrones L destruían
preferentemente el L-bromo-alcanfor y los D el
D-bromo-alcanfor, lo que hace que las reacciones sean asimétricas
en función de la quiralidad incidente. Eso sí, la asimetría es
pequeña, muy muy pequeña, del 0,0003% (1). ¿Es esta desviación
suficiente para explicar que todos los seres vivos actuales posean
en la estructura de sus proteínas o glúcidos uno solo de los
enantiómeros?
A esta pregunta responden 2 autores muy
reconocidos William A. Bonner y
Evry Schanman. Para
comprender mejor sus explicaciones hay que entender la noción de
Sistema inestable.
Un sistema inestable es aquel que, en cuanto sufre una ligera
desviación de su estado de equilibrio, se aleja cada vez más y a
más velocidad de ese estado de equilibrio. Para imaginárnoslo,
podemos pensar en una pelota situada en lo alto de una cuesta. Un
ligero empujón hará que baje la cuesta por completo, primer a baja
velocidad, y luego cogiendo, exponencialmente, más velocidad. Lo que
nunca hará esa pelota es volver, a menos que bajemos a por ella.
Esto es exactamente
lo que propone Schanman
(5). Por su parte, Bonner
se
inclina por un origen externo de ese ligero
empujón.
Vester-Ulbrich
proponen
que el origen de la radiación que provocará esa desigualdad
inicial
de enantiómeros disponibles, pero Bonner
piensa que no es suficiente, y que tiene que haber existido algún
tipo de suceso catastrófico que haya provocado un gran
empujón que
hubiera desviado
definitivamente la balanza hacia los L-aminoácidos y los D-Glúcidos.
Él propone a los púlsares (4).
Esto enlaza con un subtipo de hipótesis de causa
física:
- La
Hipótesis
extraterrestre.
Esta hipótesis requiere una pequeña narración: el 28 de
Septiembre de 1969, los habitantes de una pequeña localidad
australiana situada al norte de Melbourne se vieron amenazados por
una lluvia de meteoritos. Cayó cubriendo aproximadamente una
superficie de 7,5 km2
en forma de pequeños fragmentos. Se recuperaron más de 100 Kg,
siendo el fragmento de mayor tamaño de un peso de 7 Kg. El
meteorito de
Murchison,
conocido así en la literatura científica, pertenece al tipo de
meteoritos llamados condritas carbonaceas tipo II, o CM2, por estar
formado fundamentalmente de compuestos del carbono y agua, junto con
amonio, y óxidos de azufre y hierro. La textura se asemeja a
algunas rocas volcánicas formadas en la tierra que han sufrido
procesos de fragmentación y recimentación y presentan pequeñas
formaciones que asemejan fósiles. Sin embargo, lo más interesante
de este tipo de meteoritos es que se cree que no han sufrido cambios
desde su formación en los albores de nuestro sistema solar. Pues
bien, tras análisis bioquímicos del mismo, se ha detectado la
presencia de aminoácidos a concentraciones no desdeñables. Como
vemos, es tentador que algunos investigadores piensen que la pequeña
desigualdad inicial o pequeño empujón de un sistema inestable
pueda haberse dado gracias a las aportaciones extraterrestres de los
meteoritos. Y eso es justo lo que ocurre en el meteorito de
Murchinson: existe un exceso de L-aminoácidos frente a una menor
concentración de D-aminoácidos. Otra
posible fuente de desigualdad enantiomérica que pudo causar una
desigualdad total.
Hemos
buscado ejemplos de ambos tipos de hipótesis pero, por supuesto, hay
muchos más casos de autores que han aportado su granito de arena al
debate. En nuestra opinión, aquí se encuentran los principales
elementos de un debate que, hasta día de hoy, todavía no está
resuelto. Si alguien conoce otras hipótesis que amplíen
lo aquí expuesto, nos encantaría recibir las colaboraciones y
publicarlas como entradas en nuestro blog. También podéis dejar
comentarios.
REFERENCIAS
- Dreiling, J. M., & Gay, T. J. (2014). Chirally
sensitive electron-induced molecular breakup and the Vester-Ulbricht
hypothesis. Physical review letters, 113(11), 118103. - Cronin, J. R., & Pizzarello, S. (1997). Enantiomeric
excesses in meteoritic amino acids. Science, 275(5302),
951-955. - Joyce, G. F., Visser, G. M., van Boeckel, C. A., Van Boom,
J. H., Orgel, L. E., & Van Westrenen, J. (1983). Chiral
selection in poly ©-directed synthesis of oligo (G). Nature,
310(5978), 602-604. - Bonner, W. A. (1991). The origin and amplification of
biomolecular chirality. Origins of Life and Evolution of the
Biosphere, 21(2), 59-111. - Schatzman, E.
L., & Wulff, M. (1986). Los niños de Urania: en busca de
civilizaciones extraterrestres. Salvat.
