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Acontecimientos emergentes y el origen de la vida

Robert M. Hazen Geophysical Laboratory and NASA Astrobiology Institute, Washington, DC.

 El origen geoquímico de la vida puede representarse como una secuencia de acontecimientos "emergentes", cada uno de los cuales añade complejidad molecular y orden.

Si cada una de esas secuencias estuviera adecuadamente formulada debería poder someterse a estudio experimental. Además, es posible que cada paso emergente, diera como resultado "fósiles" isotópicos, moleculares y estructurales factibles de ser medidos en ambientes extraterrestres que no hayan sufrido ninguna reconstrucción por causa de actividad biológica.

Los sistemas naturales con muchos componentes interaccionando, como átomos, células o estrellas, muestran a menudo un comportamiento "emergente" complejo no asociado con sus componentes individuales. En algunos casos de conducta emergente, por ejemplo, los flujos turbulentos en fluidos, las propiedades del estado sólido de los cristales, o el espaciado periódico de las dunas, ese comportamiento complejo se representa a posteriori, una vez determinadas las condiciones de interacción adecuadas.

Otros fenómenos, como la irrupción de la conciencia en agrupaciones de neuronas, o la sociabilidad en agrupaciones de humanos son, al menos por ahora, menos factible de análisis cualitativo.

El comportamiento emergente observado en sistemas muy ordenados, galaxias, planetas y vida, apunta a un principio organizativo universal. La ordenación de los sistemas naturales tiende a realizarse a escala local regiones que no están en equilibrio en lo que se refiere al aumento espontáneo de energía libre y disminución de la entropía aunque a escala global aumente la entropía. Un ejemplo familiar, no perteneciente a la biología, lo proporciona la formación de dunas. La acumulación gradual de sedimentos en un lago o delta puede llevar a la formación de llanuras arenosas cuyos granos presentan escasa variedad de tamaños. Un sistema tal de sedimentos posee un potencial mínimo de energía gravitatoria y máximo de energía configurativa. Sin embargo, si ese sistema sedimentario se seca y queda sujeto a la acción del viento, emergen nuevas estructuras. Las dunas adoptan una variedad de formas periódicas, en tanto que los granos de arena se agrupan cada vez más por tamaños. A medida que la energía eólica fluye a través de la interfase sedimento atmósfera, los sedimentos adquieren de manera espontánea potencial de energía gravitatoria, en tanto que su entropía configurativa disminuye.

La tendencia universal de los sistemas a aumentar su ordenamiento en una interfase rica en energía, en tanto que consistente con la primera y segunda ley de la termodinámica, no sigue formalmente una dirección en ninguna de las dos leyes. De hecho, algunos investigadores han propuesto que semejante comportamiento tendría que sistematizarse en una "cuarta" ley de la termodinámica". Si la evolución química de la: vida hubiera ocurrido en una secuencia de estados de emergencia sucesivamente más complejos, la división entre no vida y vida estaría mal definida. Se podría establecer una jerarquía de propiedades emergentes -por ejemplo, una secuencia progresiva que conduciría, a través de diferentes pasos, de un océano prebiótico rico en moléculas orgánicas, a una agrupación de moléculas ordenadas en una superficie mineral, a la autoreplicación de los sistemas moleculares, a la encapsulación y posteriormente a la vida procariota. La naturaleza y secuencia exacta de estos pasos variaría en los diferentes medios, pero cualquier definición que distinga entre sistemas no vivos y vivos se vuelve necesariamente más arbitraria a medida que aumenta el número de pasos emergentes discretos para la vida. El concepto de secuencia de pasos emergentes discretos es útil y sugerente en los estudios experimentales y teóricos del origen de la vida. En primer lugar, una progresión de pasos reduce un proceso histórico tremendamente complejo a una sucesión de episodios químicos más manejables. Cada paso se convierte en un proceso determinado para la experimentación en el laboratorio o para la representación teórica. En segundo lugar, es posible que cada uno de estos pasos produzca signaturas estructurales y moleculares que puedan medirse en términos isotópicos. Si buscamos vida en cualquier lugar del Universo tenemos que ser capaces de caracterizar el medio extraterrestre de acuerdo a su grado de emergencia a lo largo de un entramado de pasos múltiples. En este contexto, es útil revisar los programas experimentales que intentan discernir algunos de los posibles pasos geoquimicos en la emergencia de la vida.

¿Entonces podemos considerar la emergecia como una ley perdida de la naturaleza?

Se ve que cumplen siempre ciertas propiedades como por ejemplo que cuando muchas "particulas" se asocian consiguen mayor orden y complejidad que si estuviesen por separado. Empezan a demostrar caracteristicas de grupo.

Cumplen unas normas como es la seleccion. Un ejemplo es la convergencia que poseen los fractales.

 Existen cierto algoritmos que poseen convergencia como los fractales, las notas musicales... la suma de sus partes es mayor que la de cada uno por separado. Entonces se demuestra que las leyes de potencia se reproducen de forma similar a todas las escalas.

Antes cuando se hablaba de la cuarta ley de la termodinámica se puede hablar de los flujo energéticos, cuando la energía fluye de un cuerpo a un sumidero de energia se gana en orden. Este mismo ejemplo se observa en hormigas, redes neuronales, lípidos... por si mismo son poca cosa pero en conjunto tienen un comportamiento emergente. En todos los casos hay un potencial energético o químico

Puntos centrales en el origen de la vida:

• La vida esta basada en Carbono

• La vida es un proceso geoquimico a partir de agua, rocas, material orgánico espacial...

• El origen de la vida es una secuencia constante que le da mas "orden" al agua, las rocas, el aire...

La emergencia de la biomoleculas. Partiendo de minerales, agua y aire se dan moléculas de hasta 8 carbonos. Se da el ejemplo del experimento de Miller.

Si hay Carbono y Energía y los combinamos obtenemos moléculas orgánicas. Un ejemplo es la formación de moléculas orgánicas en el espacio. Durante impactos también se pueden crear moléculas orgánicas ya que se produce mucha energía y aunque se pierdan algunas moléculas otras se crean. También pueden existir estas tendencia dentro del agua donde no hay tanta energía pero si puede haber mucha presión como en las fuentes hidrotermales donde en algunas bacterias se da una reacción parecida a la síntesis de Fischer para elongar cadenas de Carbono utilizando el Fe como catalizador.

Robert M. Hazen — High-pressure hydrothermal organic synthesis, especially as it pertains to pre-biotic chemistry in
deep-ocean environments; high-pressure crystallography; Ph.D., Harvard University; Staff member, Carnegie Institution of
Washington, Geophysical Laboratory

recently launched an interdisciplinary search for the origins of life in high-pressure aqueous environments
identified (with Larry Finger) a new class of high-pressure compounds that may prove useful in the storage of radioactive
waste
author of The New Alchemists: Breaking Through the Barriers of High Pressure (Times Books, 1993)