El experimento de Miller-Urey: Las primeras pistas sobre el origen de la vida en la tierra

Era el día 15 de mayo de 1953 cuando, en la prestigiosa revista Science, apareció publicado el primer intento de poder explicar, de una manera científica, el origen de la vida en la Tierra. Su autor fue el científico estadounidense Stanley Miller (Oakland, California, EEUU, 1930-2007), quien estaba desarrollando su tesis doctoral en la Universidad de Chicago bajo la supervisión del químico y Premio Nobel Harold C. Urey (Walkerton, Indiana, EEUU, 1893- La Jolla, California, EEUU, 1981). Este se ha convertido en uno de los trabajos más publicitados de la historia científica, en el cual se detallaba por primera vez la síntesis de biomoléculas bajos condiciones prebióticas (las condiciones que se daban en la Tierra antes de la aparición de la vida).

Miller partió de la hipótesis de que la atmósfera de la Tierra primitiva era una atmósfera con propiedades químicas reductoras, lo que en términos prácticos se traduce en la presencia en la atmósfera de, entre otros, los gases metano (CH4), monóxido de carbono (CO), sulfuro de hidrógeno (H2S) y amoniaco (NH3) y la ausencia de oxígeno molecular (O2).

Miller construyó para este experimento un dispositivo de vidrio específico, donde se calentaba agua para transformarla en vapor. Este vapor era conducido mediante un conducto a otro matraz donde había una mezcla gaseosa de metano (CH4), amoniaco (NH3) e hidrógeno (H2), que junto al vapor de agua (H2O) que llegaba trataba de reproducir las condiciones reductoras de la atmósfera terrestre primigenia. La mezcla gaseosa estaba sometida a descargas eléctricas mediante unos electrodos, simulando los rayos que se producirían en la atmósfera durante las tormentas. Estos rayos aportaban la energía necesaria. Los productos de las reacciones eran enfriados y recogidos en el fondo del dispositivo.

Al final del experimento, Miller comprobó que se habían obtenido moléculas orgánicas simples y pequeñas cantidades de algunos de los aminoácidos que forman nuestras proteínas, como los aminoácidos alanina (C3H7NO2) y glicina (C2H5NO2). Se han propuesto multitud de posibles reacciones químicas para poder comprender cómo se sintetizaron los aminoácidos de forma natural, pero los mecanismos exactos de estas reacciones, las cuales tuvieron lugar en fase gas, no son del todo conocidos.

Tras Miller, otros científicos se propusieron llevar a cabo más experimentos de este tipo, incluido el propio Miller. Variaron las cantidades de los gases presentes y las fuentes para suministrar energía, y empezaron a obtenerse como productos principales, además de los aminoácidos glicina (C2H5NO2), alanina (C3H7NO2) y ácido glutámico (C5H9NO4), nuevas moléculas orgánicas simples, como el ácido fórmico (CH2O2) y el ácido láctico (C3H6O3).

Esquema del dispositivo de Miller. Créditos: Yassine Mrabet, traducido al español por Alejandro Porto, vía Wikimedia Commons

Solo unos pocos años después del experimento de Miller-Urey, en 1960, el español Joan Oró (Lérida, 1923-Barcelona, 2004), mientras desarrollaba su vida investigadora en Estados Unidos, fue capaz de sintetizar la adenina (C5H5N5), uno de los componentes de las moléculas de ADN y ARN, conocidos como nucleobases, involucradas en la síntesis de proteínas en el interior de las células y en la herencia genética. El experimento era muy sencillo y consistió en calentar cianuro de amonio (NH4CN) en disolución acuosa a 70ºC durante varios días. Oró también fue el primero en comprobar experimentalmente, en los años sesenta del siglo XX, que se pueden formar aminoácidos en disolución acuosa.

Junto a Joan Oró, otros investigadores siguieron trabajando en la síntesis prebiótica de los componentes moleculares del ADN y el ARN. Durante el desarrollo de uno de estos trabajos, durante la década de los años sesenta del siglo XX, se pudo comprobar que era posible obtener adenina a partir de cianuro de hidrógeno (HCN) y a temperaturas bajas, entre 30ºC y 10ºC bajo cero. Y esto sin intervenir durante varios meses en la mezcla química de reacción, dejándola reposar aislada del exterior.

Actualmente, entre la comunidad científica, hay ciertas dudas sobre que la atmósfera de la Tierra primitiva fuera reductora, ya que estudios geoquímicos de rocas terrestres indican que la atmósfera de la Tierra primigenia también contenía dióxido de carbono (CO2) y nitrógeno (N2), al igual que las atmósferas actuales de los dos planetas rocosos más cercanos a la Tierra, Venus y Marte, las cuales poseen una alta concentración de dióxido de carbono. Nuevos experimentos se han estado llevando a cabo teniendo en cuenta estas consideraciones y simulando la atmósfera como ligeramente reductora o neutra, y se ha podido comprobar que se siguen formando diferentes aminoácidos y nucleobases en diferentes cantidades.

A lo largo del tiempo han ido surgiendo otras teorías e hipótesis que están ganando popularidad para dar una explicación a la síntesis de nucleobases y ácidos nucleicos en la Tierra primitiva. Estas se apoyan en procesos químicos catalizados sobre la superficie de arcillas a la hora de sintetizar biomoléculas, ya que estas rocas funcionan como una plataforma donde se concentran las moléculas de reactivos y aceleran las reacciones químicas que se producen sobre ellas.

Existen muchas cuestiones sobre el origen de la vida que permanecen sin respuesta, pero los hallazgos que se han ido produciendo hasta hoy apoyan la idea de que la primera célula viva sobre la Tierra emergió a partir de reacciones químicas naturales.

BIBLIOGRAFÍA

S. L. Miller, A Production of Amino Acids under Possible Primitive Earth Conditions, Science, 1953, vol. 117, pag. 528-529

J. L. Bada, A. Lazcano, Prebiotic Soup-Revisiting the Miller Experiment, Science, 2003, vol. 300, pag. 745-746

F. Partal Ureña, Del Big Bang a la primera célula: El rompecabezas químico del origen de la vida, 2020, UJA Editorial, Universidad de Jaén.