By: Astrobiology Magazine staff
Is it alive?
A crystal can grow, reach equilibrium, and even move in response to stimuli, but lacks what commonly would be thought of as a biological nervous system.
Image Credit: National Ignition Facility Programs
How to define «life» is a sweeping question that affects whole branches of biology, biochemistry, genetics, and ultimately the search for life elsewhere in the universe.
Si comparamos la tarea semántica con la antigua historia hindú de identificar un elefante haciendo que cada uno de los seis ciegos toque sólo la cola, la trompa o la pata, la respuesta que podría dar un biólogo puede diferir drásticamente de la que daría un físico teórico.
Sin embargo, es posible llegar a un acuerdo inicial. Los seres vivos tienden a ser complejos y altamente organizados. Tienen la capacidad de tomar energía del entorno y transformarla para crecer y reproducirse. Los organismos tienden a la homeostasis: un equilibrio de parámetros que definen su entorno interno. Los seres vivos responden, y su estimulación fomenta una reacción como el movimiento, el retroceso y, en formas avanzadas, el aprendizaje. La vida es reproductiva, ya que se necesita algún tipo de copia para que la evolución se afiance a través de la mutación y la selección natural de una población. Para crecer y desarrollarse, los seres vivos necesitan ante todo ser consumidores, ya que el crecimiento incluye el cambio de biomasa, la creación de nuevos individuos y el desprendimiento de residuos.
Para ser considerado un ser vivo, una criatura debe cumplir alguna variación de todos estos criterios. Por ejemplo, un cristal puede crecer, alcanzar el equilibrio e incluso moverse en respuesta a estímulos, pero carece de lo que comúnmente se consideraría un sistema nervioso biológico.
Si bien se necesita una definición de «línea clara», los casos límite dan a la definición de vida una cualidad claramente gris y difusa. Con la esperanza de restringir la definición de trabajo al menos terrestre, todos los organismos conocidos parecen compartir una química basada en el carbono, dependen del agua y dejan atrás fósiles con isótopos de carbono o azufre que apuntan a un metabolismo presente o pasado.
Si bien estas tendencias constituyen un rico conjunto de características, han sido criticadas por ignorar la historia de la vida misma. Desde el punto de vista terrestre, la vida se clasifica en cuatro familias biológicas: arqueas, bacterias, eucariotas y virus. Las arqueas son la rama recientemente definida que suele sobrevivir en entornos extremos como células individuales, y comparten rasgos tanto con las bacterias como con los eucariotas. Las bacterias, a menudo denominadas procariotas, carecen generalmente de clorofila (excepto las cianobacterias) y de núcleo celular, y fermentan y respiran para producir energía. Los eucariotas incluyen todos los organismos cuyas células tienen un núcleo, por lo que los seres humanos y todos los demás animales son eucariotas, al igual que las plantas, los protistas y los hongos. El último grupo incluye a los virus, que no tienen células en absoluto, sino fragmentos de ADN y ARN que se reproducen parasitariamente cuando infectan una célula huésped compatible. Estas clasificaciones aclaran el gran rompecabezas de la vida existente, pero hacen poco por proporcionar una definición final.
La definición de la vida adquiere un carácter más hechizante cuando se extiende más allá de la biosfera terrestre. La reciente incorporación de los extremófilos (arqueas) al árbol de la vida subraya la noción de que la vida se define por lo que conocemos, por lo que hemos visto antes y, a menudo, por lo que hemos conseguido domesticar en una placa de petri de laboratorio.
La revista Astrobiology buscó la opinión de una experta en esta importante cuestión, la doctora Carol Cleland, que enseña filosofía en la Universidad de Colorado en Boulder y es miembro del Instituto de Astrobiología de la NASA. Durante su estancia sabática en Madrid, España, en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), compartió sus ideas sobre el poder de las definiciones para dar forma a la ciencia y la filosofía.
Entrevista con Carol Cleland
«Me interesa formular una estrategia de búsqueda de vida extraterrestre que permita ampliar los límites de nuestros conceptos de vida centrados en la Tierra.» -Carol Cleland
Crédito de la imagen: Universidad de Colorado
¿Cuál es su opinión sobre los intentos de definir la «vida»?
En un artículo reciente en Origins of Life and Evolution of the Biosphere, Christopher Chyba y yo argumentamos que es un error intentar definir la «vida». Tales esfuerzos reflejan malentendidos fundamentales sobre la naturaleza y el poder de las definiciones.
Las definiciones nos hablan de los significados de las palabras en nuestro lenguaje, en lugar de hablarnos de la naturaleza del mundo. En el caso de la vida, los científicos están interesados en la naturaleza de la vida, no en el significado de la palabra «vida» en nuestro idioma. Lo que realmente necesitamos es elaborar una teoría general adecuada de los sistemas vivos, en contraposición a una definición de «vida».
Pero para formular una teoría general de los sistemas vivos, se necesita algo más que un solo ejemplo de vida. Como revelan sus notables similitudes bioquímicas y microbiológicas, la vida en la Tierra tiene un origen común. A pesar de su asombrosa diversidad morfológica, la vida terrestre sólo representa un caso único. La clave para formular una teoría general de los sistemas vivos es explorar posibilidades alternativas para la vida. Me interesa formular una estrategia de búsqueda de vida extraterrestre que permita ampliar los límites de nuestros conceptos de vida centrados en la Tierra.
P: En la categoría de lo que está «vivo», ¿excluiría usted lo que llama los casos «límite»: virus, proteínas autorreplicantes o incluso objetos no tradicionales que tienen algún contenido de información, se reproducen, se consumen y mueren (como los programas informáticos, los incendios forestales, etc.)?
Esta es una pregunta compleja. El lenguaje es vago, y todos los términos se enfrentan a casos límite. ¿Es un niño soltero de doce años un «soltero»? ¿Y un joven de dieciocho años? ¿Cuántos pelos hacen falta para que un hombre «calvo» se convierta en un hombre «no calvo»? ¿20 o 100 o 1.000 pelos?
El hecho de que existan casos límite -que no podamos llegar a un límite preciso- no significa que no haya una diferencia entre un soltero y un hombre casado, o un hombre calvo y un hombre que no es calvo. Estas dificultades no representan dificultades profundas; simplemente representan el hecho de que el lenguaje tiene un cierto grado de flexibilidad. Así que no creo que entidades como los virus supongan retos muy interesantes para las definiciones de «vida».
Por otra parte, no creo que definir la «vida» sea una actividad muy útil para los científicos, ya que no nos va a decir lo que realmente queremos saber, que es «qué es la vida». Una teoría científica de la vida (que no es lo mismo que una definición de la vida) sería capaz de responder a estas preguntas de forma satisfactoria.
A modo de analogía, los alquimistas medievales clasificaban muchos tipos diferentes de sustancias como agua, incluido el ácido nítrico (que se llamaba «aqua fortis»). Lo hicieron porque el ácido nítrico presentaba muchas de las propiedades sensibles del agua y, quizá lo más importante, era un buen disolvente. No fue hasta la llegada de la teoría molecular cuando los científicos pudieron entender por qué el ácido nítrico, que tiene muchas de las propiedades del agua, no es sin embargo agua. La teoría molecular explica de forma clara y convincente por qué es así: el agua es H2O: dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El ácido nítrico tiene una composición molecular diferente.
Una buena teoría de la vida haría lo mismo para los casos que mencionas, como los programas de ordenador. Limitarse a definir la «vida» de manera que incorpore la entidad «viva» no tradicional favorita de uno no hace avanzar en absoluto este proyecto.
P: ¿Cuál es su teoría favorita sobre cómo pudo surgir la vida en la Tierra -cristales de arcilla, mundo de ARN, membranas o alguna otra opción?
Freeman Dyson, fundador de la «teoría del doble origen»
Image Credit: Trustees of Dartmouth College
Me parece que todas las teorías del origen de la vida se enfrentan a dos grandes obstáculos. El mayor es explicar el origen del complejo esquema cooperativo elaborado entre las proteínas y los ácidos nucleicos: la producción controlada de sistemas catalíticos autorreplicantes de biomoléculas. Todos los relatos populares sobre el origen de la vida me parecen que dejan de lado esta cuestión. En su lugar, se centran en el otro obstáculo: producir aminoácidos y nucleótidos, y conseguir que se polimericen en proteínas y ácidos nucleicos (normalmente, ARN). Pero me parece que ninguno de ellos nos ha proporcionado una historia muy satisfactoria sobre cómo ocurrió esto.
Todos los escenarios que se han propuesto para producir ARN en condiciones naturales plausibles carecen de demostración experimental, y esto incluye el mundo del ARN, los cristales de arcilla y los relatos de las vesículas. Nadie ha sido capaz de sintetizar ARN sin la ayuda de catalizadores proteicos o plantillas de ácido nucleico, y además de este problema, está la fragilidad de la molécula de ARN con la que hay que lidiar.
Pero sigo pensando que el problema más serio es la siguiente etapa del proceso, la coordinación de proteínas y ARN a través de un código genético en un sistema catalítico autorreplicante de moléculas. La probabilidad de que esto ocurra por casualidad (dada una mezcla aleatoria de proteínas y ARN) parece astronómicamente baja. Sin embargo, la mayoría de los investigadores parecen asumir que si pueden dar sentido a la producción independiente de proteínas y ARN en condiciones naturales primordiales, la coordinación se hará por sí misma de alguna manera.
Supongo que si tuviera que elegir una teoría favorita, sería la teoría del doble origen de Freeman Dyson, que postula un mundo inicial de proteínas que eventualmente produjo un mundo de ARN como subproducto de un metabolismo cada vez más sofisticado. El mundo del ARN, que comienza como un parásito obligatorio del mundo de las proteínas, acaba produciendo el esquema cooperativo y, por tanto, la vida tal y como la conocemos hoy. Me gusta el hecho de que este relato intente abordar el origen del esquema cooperativo.
Piensa que podría haber habido múltiples orígenes de la vida, o que la vida podría haber llegado a la Tierra desde otro lugar?
La vida que surge más de una vez a partir de materiales no vivos podría ocurrir en otro lugar que la Tierra, pero también podría haber ocurrido en la Tierra. Es posible que exista vida extraterrestre y que, sin embargo, toda la vida tenga un ancestro común. Los científicos creen ahora que los microbios pueden sobrevivir a los viajes interplanetarios instalados en meteoritos producidos por impactos de asteroides en cuerpos planetarios que contienen vida. En otras palabras, todos podríamos ser descendientes de marcianos, o los marcianos, si es que existen, podrían compartir un ancestro común con nosotros. En resumen, el mero descubrimiento de vida extraterrestre no garantiza que la vida haya tenido más de un origen.
Por ser uno de los grandes misterios y retos de la ciencia, ¿cree que podremos determinar el origen de la vida mediante la experimentación?
¡Espero que sí! Pero hasta que no tengamos una teoría adecuada de la vida que impulse la formulación de los experimentos adecuados, será difícil saberlo. Supongo que siempre es posible que la vida no sea una categoría natural y que, por tanto, no se pueda formular una teoría universal de la vida. Pero lo dudo.
También es posible que la vida en la Tierra sea el producto de un proceso histórico muy complejo que implica demasiadas contingencias como para ser fácilmente accesible a investigaciones experimentales definitivas. Sin embargo, una teoría de la vida suficientemente general lo dejaría claro. Además, la investigación histórica es muy capaz de obtener pruebas empíricas que pueden resolver cuestiones históricas de este tipo, ¡pruebas tan convincentes como las proporcionadas por la investigación experimental clásica! Así que, aunque no podamos producir vida en el laboratorio a partir de materiales no vivos, no significa que nunca vayamos a saber cómo se originó la vida en la Tierra.
¿Qué sigue?
La Agencia Espacial Europea lanzará una misión a Marte a principios del verano de 2003. Los planes actuales son que su módulo de aterrizaje, el Beagle 2, realice experimentos biológicos destinados a buscar pruebas de vida en Marte. Como ejemplo de cómo la definición de vida puede dar forma directamente a la ciencia exploratoria, la carga científica del Beagle 2 investigará las características comunes que se cree que indican vida. Por ejemplo, el Beagle 2 buscará la presencia de agua, la existencia de minerales carbonatados, la presencia de residuos orgánicos y cualquier fraccionamiento isotópico entre fases orgánicas e inorgánicas. Cada uno de estos datos proporcionará pistas sobre la probabilidad de que haya vida en Marte cuando se comparen con las condiciones ambientales imperantes, como la temperatura, la presión, la velocidad del viento, el flujo de rayos UV, el potencial de oxidación y el entorno del polvo.
Resumen de Cleland, Chyba (2002): «No existe una definición ampliamente aceptada de ‘vida’. Las definiciones sugeridas se enfrentan a problemas, a menudo en forma de contraejemplos robustos. Aquí utilizamos las ideas de las investigaciones filosóficas sobre el lenguaje para argumentar que la definición de «vida» plantea actualmente un dilema análogo al que enfrentaron quienes esperaban definir el «agua» antes de la existencia de la teoría molecular. En ausencia de una teoría análoga sobre la naturaleza de los sistemas vivos, la interminable controversia sobre la definición de la vida es ineludible.»
Cleland, Carol E.; Chyba, Christopher F., Origins of Life and Evolution of the Biosphere, v. 32, Issue 4, p. 387-393 (2002).