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Minerales y el misterio del Origen de la Vida
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Cesar M. Salvan




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MensajePublicado: 15 Sep 2016 15:39    Título del mensaje: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Hace tiempo en éste foro hubo una interesante discusión acerca de los grandes cristales de struvita formados en una fosa de purines de Gerona: Una Struvita excepcional: identificación y debate sobre si es un mineral. Aquella discusión fue uno de los factores inspiradores de un trabajo de investigación que he dirigido en Estados Unidos y que acaba de publicarse en el que resolvemos uno de los grandes misterios del origen de la vida.

Desde hace 60 años los científicos se preguntaron cual pudo ser el origen del fosfato que hay presente en nuestras células, en forma de ADN, ARN, ATP y otras moléculas y que es esencial para la vida. Una hipótesis de uno de los científicos pioneros en el estudio del origen de la vida (Leslie Orgel) sugería que quizá la struvita (fosfato de amonio y magnesio) pudo transferir fosfato a moléculas orgánicas en un proceso que ningún otro mineral había demostrado poder hacer. Sin embargo, los científicos pensaban que la struvita es un mineral asociado a la vida, que se forma solo cuando hay materia orgánica en descomposición (como en las fosas de purines o en cadáveres) y que no existía antes de la vida.

Sin embargo, nosotros en el Georgia Institute of Technology (en Atlanta, USA), pensamos diferente: ¿y si la vida se hubiera originado en pequeños estanques de agua con mucha materia orgánica, similares a las actuales fosas de purines?.

Antes del origen del oxígeno atmosférico, hace unos 2700 a 2900 millones de años, y mas o menos durante la época en que se originó la vida, hace unos 3800 a 3900 millones de años, la Tierra debía ser rica en materia orgánica, formada en el propio planeta gracias a una atmósfera sin oxígeno y a aportes de cometas y meteoritos. Nosotros descubrimos que uno de esos componentes orgánicos es la urea, que por sus propiedades tiende a acumularse en pequeños lagos o estanques de agua y se descompone lentamente liberando amoniaco.

Lo que hemos descubierto realmente relevante es que la struvita (y un mineral muy relacionado con ella, la newberyita) puede formarse eficazmente en estos "estanques prebióticos" sin vida y que la urea promueve la transferencia del fosfato desde el mineral a las moléculas orgánicas que forman el ARN y ADN.

Además encontramos un interesante resultado: los apatitos se transforman en presencia de urea y de epsomita (sulfato de magnesio) en una mezcla de yeso y struvita. Esta transformación era sorprendente, ya que el apatito es el mineral mas insoluble, por lo que no esperábamos que se transformara en dos minerales mucho mas solubles.

Así que la reacción

apatito + urea + epsomita = struvita (newberyita) + yeso

seguida por la reacción

urea + struvita + adenosina = adenosin fosfato (y otras)

pudo ser un proceso relevante en el origen de la vida, ya que la formación de fosfatos orgánicos es un paso esencial para la vida y la struvita y newberyita son los mas eficaces en la formación de esos fosfatos orgánicos.

Darwin en 1871 ya sugirió que si tuviéramos un charco de agua caliente con fosfato y amoniaco, de ahí podría formarse el primer organismo vivo. Curiosamente no andaba nada desencaminado, dado nuestro trabajo y otros pendientes por publicar. Mi hipótesis es que la vida se originó en la versión primitiva y natural de una fosa de purines: densa, viscosa, maloliente, sin vida pero con todos los ingredientes para formarla. No deja de ser irónico que los productos de deshecho de la vida pudieran haber sido los que la originaron.

Por su importancia, el trabajo ha sido seleccionado como portada de la prestigiosa revista Angewandte Chemie. Me encanta porque he podido colocar una imagen de un mineral (epsomita) en una de las revistas científicas mas importantes del mundo.
El artículo se encuentra aquí: DOI 10.1002/anie.201606239

Pero quien quiera verlo, puede descargarlo aquí: http://espiadellabo.com/publicaciones/

A quien le guste el análisis de minerales, verá que la espectroscopía Raman ha sido fundamental en el estudio.



struvita.jpg
 Mineral: Struvita
 Descripción:
Struvita sintética formada en las condiciones de la Tierra primitiva.
 Visto:  6130 veces

struvita.jpg



struvite newberyite2.jpg
 Mineral: Struvita, Newberyita
 Descripción:
La struvita se transforma lentamente en newberyita, bien por pseudomorfosis o bien por recristalización. Aqui pequeños cristales de newberyita recubren cristales previos de struvita.
 Visto:  6123 veces

struvite newberyite2.jpg



gypsum after hap uafw.jpg
 Mineral: Yeso
 Descripción:
Masa de cristales de yeso formados por ataque de hidroxiapatito con urea y epsomita en las conditiones de la Tierra primitiva.
 Visto:  6132 veces

gypsum after hap uafw.jpg



struvita.jpg
 Mineral: Struvita
 Descripción:
Struvita natural de la fosa de purines sobre la que se discutió en el foro. La struvita no es estable en condiciones normales y expuesta al aire, transformándose primero en newberyita y luego en dittmarita pulverulenta.
 Visto:  6135 veces

struvita.jpg



14075091_10209122343009474_705641576_o.jpg
 Descripción:
Struvita natural. Foto de Jose Gil Valenzuela
 Visto:  6131 veces

14075091_10209122343009474_705641576_o.jpg



img1.jpg
 Mineral: epsomita
 Descripción:
Portada de la revista Angewandte Chemie con una imagen de epsomita.
 Visto:  6125 veces

img1.jpg



newberyite ph7.jpg
 Mineral: Newberyita
 Descripción:
Newberyita sintética formada en las condiciones de la Tierra primitiva a partir de apatito.
 Visto:  6131 veces

newberyite ph7.jpg


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Jordi Fabre
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MensajePublicado: 15 Sep 2016 16:13    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Bravo César!

Pregunta tonta: las hipótesis más conocidas creo que asocian la formación de la vida a la presencia de oxígeno en cantidades relativamente abundantes. Si el origen de la vida no es según vuestra teoría la actividad de organismos anaeróbicos (y/o posteriormente mitocondriales) sino que la vida podría tener un origen "mineral", ¿de dónde procedería el oxígeno que forma parte de la composición de la Struvita (Newberyita) o de sus minerales formadores (Apatito, Urea, Epsomita...)?

Dicho de otro modo: si lo entiendo bien según vuestra teoría ya existían minerales con oxígeno en su estructura antes de la existencia de organismos vivos que lo pudiesen generar, pero entonces ¿de dónde podría proceder ese volátil oxígeno?

Perdón si mi pregunta parece incoherente o banal, pero mis más que oxidados conocimientos pueden estar desfasados ;-)
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Jose F. Castro Medina




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MensajePublicado: 15 Sep 2016 16:36    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Buenas tardes César, excelente trabajo, poco a poco se va descifrando los grandes enigmas.
Saludos

_________________
ayer es historia, mañana es un misterio, y hoy es un regalo, por eso se llama presente.
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José Luis Zamora




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MensajePublicado: 15 Sep 2016 17:28    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Como todos los tuyos buen trabajo Cesar y gracias por compartirlo. Recuerdo este hilo de los purines, quien iba a decir a Pepe que iba a dar tanto de si.
Saludos,
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andresdf




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MensajePublicado: 15 Sep 2016 20:59    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Enhorabuena César, muy buen trabajo y fantástico descubrimiento.
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Cesar M. Salvan




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MensajePublicado: 16 Sep 2016 01:32    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Jordi Fabre escribió:
Bravo César!

Pregunta tonta: las hipótesis más conocidas creo que asocian la formación de la vida a la presencia de oxígeno en cantidades relativamente abundantes. Si el origen de la vida no es según vuestra teoría la actividad de organismos anaeróbicos (y/o posteriormente mitocondriales) sino que la vida podría tener un origen "mineral", ¿de dónde procedería el oxígeno que forma parte de la composición de la Struvita (Newberyita) o de sus minerales formadores (Apatito, Urea, Epsomita...)?

Dicho de otro modo: si lo entiendo bien según vuestra teoría ya existían minerales con oxígeno en su estructura antes de la existencia de organismos vivos que lo pudiesen generar, pero entonces ¿de dónde podría proceder ese volátil oxígeno?

Perdón si mi pregunta parece incoherente o banal, pero mis más que oxidados conocimientos pueden estar desfasados ;-)


Gracias Jordi,

Haces una pregunta excelente y no hay nada que anime mas que una gran pregunta. Algo parecido me preguntó un científico en una de las conferencias que di en Atlanta sobre el tema, en relación al sulfato: Si el ambiente era reductor, si no había oxigeno en la atmósfera para que los sulfuros se oxiden y formen sulfatos ¿como se forman los minerales de sulfato necesarios en nuestro modelo?

El oxigeno atmosférico se generó mucho tiempo después de que apareciera la vida. Cuando los organismos vivos inventaron un enzima fundamental, la rubisco, y apareció la fotosíntesis generadora de oxigeno (ya existía la fotosíntesis, pero anoxigenica). Surgió entonces el famoso "gran evento oxidativo", la atmosfera se enriqueció en oxigeno, muchas especies se extinguieron y evolucionaron otras lo que posibilitó el origen de los eucariotas y los seres que conocemos ahora. Pero la vida comenzó al menos 1000 millones de años antes de que la atmósfera se llenase de oxígeno.

Y mucho mucho antes de eso ya había fosfatos y sulfatos. No es necesario oxigeno atmosférico para ello. En el caso de los sulfatos, su origen esta claro: la dismutación del SO2 volcánico produce azufre y sulfato. El planeta Venus es un buen ejemplo: está lleno de sulfato. Incluso llueve ácido sulfúrico.

En el caso de los fosfatos, éstos se forman como componente primario de rocas ígneas. Hay fosfatos en meteoritos y rocas lunares, se forman en algunos entornos volcánicos. Suelo poner de ejemplo, por ser muy llamativo, el caso de El Laco (Chile), un impresionante sistema volcánico que dio lugar a un depósito muy significativo de magnetita. Se emitían bombas volcánicas formadas exclusivamente por fosfato y hay un nivel de fosfato formado en una erupción. Un hipotético pequeño lago formado en un sistema de éste tipo en el Archean hace 3800 millones de años podría haber sido el lugar ideal para el origen de la vida.



Chile 2013 2 56 Laco estr deformacion_redimensionar.jpg
 Mineral: Diadochita
 Descripción:
Un ejemplo de fosfato volcánico: nivel de diadochita, formada a partir de fosfato previo emitido en una erupción volcánica en El Laco (Chile)
 Visto:  5906 veces

Chile 2013 2 56 Laco estr deformacion_redimensionar.jpg



Rockbridgeite1.JPG
 Mineral: Rockbridgeita
 Localidad:
El Laco, San Pedro de Atacama, Provincia El Loa, Región Antofagasta, Chile
 Dimensiones: FOV 4 mm
 Descripción:
Otro ejemplo de fosfato primario de origen volcánico: rockbridgeita sobre magnetita formadas por deposición de gases en una chimenea en El Laco.
 Visto:  5894 veces

Rockbridgeite1.JPG


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Fernando G-C




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MensajePublicado: 16 Sep 2016 07:20    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Bravo Cesar, me ha encantado ver como algunos hacen ciencia de verdad. A partir de una hipótesis, sugerida algunas veces después de la lectura de trabajos de otros, en una discusión con un colega, o en este caso, después de una conversación en un foro.

Plantear una hipótesis original creo que es lo más difícil de este oficio. La parte experimental está bien, pero lo magistral es ver cómo encajas los resultados dentro del saber actual en la materia y como aporta luz en la frontera del conocimiento. Mi enhorabuena.

Qué bello es ver cómo, cada día, cientos de artículos de investigación publican resultados, que aún sin decirlo ni pretenderlo, encajan dentro de las enseñanzas de Darwin.
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Jordi Fabre
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MensajePublicado: 16 Sep 2016 07:49    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Cesar M. Salvan escribió:
...En el caso de los fosfatos, éstos se forman como componente primario de rocas ígneas. Hay fosfatos en meteoritos y rocas lunares, se forman en algunos entornos volcánicos. Suelo poner de ejemplo, por ser muy llamativo, el caso de El Laco (Chile), un impresionante sistema volcánico que dio lugar a un depósito muy significativo de magnetita. Se emitían bombas volcánicas formadas exclusivamente por fosfato y hay un nivel de fosfato formado en una erupción. Un hipotético pequeño lago formado en un sistema de éste tipo en el Archean hace 3800 millones de años podría haber sido el lugar ideal para el origen de la vida.

Magistral, gracias.
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Cesar M. Salvan




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MensajePublicado: 16 Sep 2016 13:39    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Fernando G-C escribió:
Bravo Cesar, me ha encantado ver como algunos hacen ciencia de verdad. A partir de una hipótesis, sugerida algunas veces después de la lectura de trabajos de otros, en una discusión con un colega, o en este caso, después de una conversación en un foro.

Plantear una hipótesis original creo que es lo más difícil de este oficio. La parte experimental está bien, pero lo magistral es ver cómo encajas los resultados dentro del saber actual en la materia y como aporta luz en la frontera del conocimiento. Mi enhorabuena.

Qué bello es ver cómo, cada día, cientos de artículos de investigación publican resultados, que aún sin decirlo ni pretenderlo, encajan dentro de las enseñanzas de Darwin.


Muchas gracias. Si, así funciona y así creo yo que hay que hacer ciencia en la frontera. Lo de Darwin es mas divertido que otra cosa, porque él no se preocupó demasiado de que pasaría antes del "1" de su famoso "I think...". Lo unico que sabemos de lo que pensaba sobre el origen de la vida es lo que escribió en una carta a su amigo, el botánico Hooker:

“It is often said that all the conditions for the first production of a living organism are present, which could ever have been present. But if (and Oh! what a big if!) we could conceive in some warm little pond, with all sorts of ammonia and phosphoric salts, light, heat, electricity, etc., present, that a protein compound was chemically formed ready to undergo still more complex changes"

Esto no es exactamente una hipótesis. Es como una idea general, que da pie a todo un campo experimental. Lo divertido es que nosotros hacemos exactamente eso, un pequeño estanque con sales de amonio y fosfato. De hecho este trabajo es una parte, con esta misma idea tenemos prácticamente completo todo el proceso experimental, desde moléculas de un solo carbono hasta el ARN.



darwinsdrawing2.jpg
 Descripción:
Un momento clave en la Historia de la Biología y de la Ciencia.
 Visto:  5758 veces

darwinsdrawing2.jpg


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pepe




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MensajePublicado: 16 Sep 2016 15:17    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Magnifico reportaje Cesar, detrás de todo esto debe haber un inmenso trabajo oculto a nosotros y muchísima dedicación y lecturas, no debe ser fácil documentar tan magnifico reportaje que jamás hubiese yo pensado que estaba limpiando sobre los indicios del origen de la vida, me alegro muchísimo que todo se te vaya encaminando hacia los estudios sobre el origen de la vida, no soy mucho de leer pero la verdad me he quedado con ganas de leer más sobre este tema, muy agradecido por tu y vuestra dedicación al tema, y gracias por colgar esa foto de las struvitas de la fosa
Un saludo para todo el grupo científico y para los lectores de FMF

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Agradecido a todos los que participan y acuden a la Mesa de Intercambios de Minerales de Girona

Grup Mineralògic Català socio nº 945
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Frederic Varela




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MensajePublicado: 16 Sep 2016 17:06    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

“Parva licet componere magna”, que viene a decir que pequeños indicios pueden poner de manifiesto realidades más vastas y complejas. Para ello sólo hacen falta mentalidades despiertas e inquisitivas, la intuición de Pepe de saber ver algo fuera de lo común en un lugar insospechado y compartirlo en el Foro, y la visión científica de César para desarrollar, desde un hallazgo curioso pero aparentemente intrascendente, toda una hipótesis sobre el origen de la vida.
Pepe, gracias por esa curiosidad tuya y por compartir tus hallazgos en el Foro.
César, felicidades y gracias por seguir enriqueciendo FMF.

_________________
Frederic Varela Balcells
Grup Mineralògic Català
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prcantos
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MensajePublicado: 16 Sep 2016 17:34    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Cesar M. Salvan escribió:
...¿y si la vida se hubiera originado en pequeños estanques de agua con mucha materia orgánica, similares a las actuales fosas de purines?...


¡Bravo! Gracias por compartir esta información con nosotros. Creo recordar que hay una ley general de la Geología que dice algo similar a: "el presente es la clave del pasado". Y parece que esta investigación no hace sino confirmarlo una vez más en un campo tan singular como éste del estudio del origen de la vida.

_________________
Pablo Rodríguez Cantos (Granada)
λίθον˛ον απεδοκίμασαν˛οι οικοδομουντες
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Cesar M. Salvan




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MensajePublicado: 16 Sep 2016 20:08    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

pepe escribió:
Magnifico reportaje Cesar, detrás de todo esto debe haber un inmenso trabajo oculto a nosotros y muchísima dedicación y lecturas, no debe ser fácil documentar tan magnifico reportaje que jamás hubiese yo pensado que estaba limpiando sobre los indicios del origen de la vida, me alegro muchísimo que todo se te vaya encaminando hacia los estudios sobre el origen de la vida, no soy mucho de leer pero la verdad me he quedado con ganas de leer más sobre este tema, muy agradecido por tu y vuestra dedicación al tema, y gracias por colgar esa foto de las struvitas de la fosa
Un saludo para todo el grupo científico y para los lectores de FMF


Gracias!. En efecto, esto que contado aquí parece simple, en realidad es un proceso largo que tiene muchísimas horas de trabajo y estudio por parte de bastante gente trabajando en equipo y por gente que ya trabajó en ello antes. La dificultad y tiempo necesario para generar estas cosas no se suele tener en cuenta, ni tampoco los sinsabores que conlleva, así que agradezco que lo menciones.
Hay que tener en cuenta que la historia no viene solo de la discusión de la fosa de las struvitas, viene de mucho antes y tiene factores complejos que no merece la pena detallar aquí. Todo es una suma y un buen día, discutiendo sobre el tema con colegas, me vino a la cabeza la struvita y la fosa y de pronto todo parecía mas lógico y sencillo.
Asi que demostramos que en una pequeña "fosa de purines" sintética y estéril, la struvita se forma con preferencia al apatito aunque haya una concentración relativamente alta de calcio, algo que iba contra el instinto que dice que lo mas insoluble precipita primero.
No podía ser casualidad y, en efecto, el fosfato se dirigía hacia donde tiene que ir. Era una solución a lo que llaman "el problema del fosfato".
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Carles
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MensajePublicado: 16 Sep 2016 21:20    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

prcantos escribió:
Cesar M. Salvan escribió:
...¿y si la vida se hubiera originado en pequeños estanques de agua con mucha materia orgánica, similares a las actuales fosas de purines?...


"el presente es la clave del pasado". Y parece que esta investigación no hace sino confirmarlo una vez más en un campo tan singular como éste del estudio del origen de la vida.


Esta frase simplifica el pricipio del Uniformismo y del Actualismo desarrollado por Charles Lyell en su obra "Elementos de Geología".

César, nunca te estaremos lo suficientemente agradecidos por acercarnos la Ciencia a tan alto nivel y mostrarnos simplificada y adecuadamente los resultados a la mayoría de mortales. Tu altruismo es tan grande como tu trabajo.

Enhorabuena por el trabajo y los resultados obtenidos por ti y todo vuestro equipo.

Viva la Ciencia!

Saludos.
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Inma
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MensajePublicado: 17 Sep 2016 22:03    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Buenas noches.

César, preciosa manera de hacer ciencia y de explicarla a los comunes mortales ;-)

Enhorabuena por el planteamiento de la hipótesis y muchas gracias por seguir informándonos sobre tus importantes y siempre interesantes hallazgos.

Un abrazo

_________________
Inma Ramos
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Cesar M. Salvan




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MensajePublicado: 19 Sep 2016 12:24    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Carles escribió:

César, nunca te estaremos lo suficientemente agradecidos por acercarnos la Ciencia a tan alto nivel y mostrarnos simplificada y adecuadamente los resultados a la mayoría de mortales. Tu altruismo es tan grande como tu trabajo.

Enhorabuena por el trabajo y los resultados obtenidos por ti y todo vuestro equipo.

Viva la Ciencia!

Saludos.


Gracias Carles. No es altruismo, siempre quiero divulgar en lo posible el trabajo científico. La primera misión del científico es transmitir lo que hace, así que pensaba que en este foro de alguna forma tenía cabida el trabajo, ya que es tiene minerales y química. Sin divulgarla, la Ciencia se convierte en una competición entre académicos, que es lo que es actualmente en parte. Si hago el trabajo y se queda simplemente en la publicación científica, no llega a nadie. Si lo cuento aquí, igual con suerte surge alguna pregunta como la de Jordi. La curiosidad y preguntas de gente es la mayor recompensa a un trabajo científico (normalmente no tenemos otras, así que buscamos la única que hay)
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yowanni
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MensajePublicado: 24 Sep 2016 12:03    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Mirad qué artículo aparece hoy en El País:
http://elpais.com/elpais/2016/09/22/ciencia/1474561007_954730.html

Enhorabuena César!

_________________
Jonathan
-----------------------------------
To be a rock and not to roll
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Jordi Fabre
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MensajePublicado: 24 Sep 2016 13:01    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

yowanni escribió:
Mirad qué artículo aparece hoy en El País:
http://elpais.com/elpais/2016/09/22/ciencia/1474561007_954730.html

Enhorabuena César!

A ver si consigo explicarme bien…

Gracias a Yowanni que nos avisa y a la (excesiva) importancia que tienen hoy en día los media, ahora muchos descubrirán que César es un tesoro y que tenemos este tesoro aquí, para nosotros, y que le gusta hablarnos y compartir con nosotros el milagro de la Ciencia.
Lo único que necesita para activarse es que le apoyemos y que nos rasquemos el cerebro y le planteemos cuestiones que le hagan rascarse el cerebro también a él.

Ya que este país expulsa a sus mejores hijos y les obliga a vivir pobremente o a irse a otro sitio, al menos esforcémonos nosotros para suplir en lo que podamos lo que la ignorancia y miseria moral de nuestros amados dirigentes no hace por gente como César.
Aprovechad el tesoro! Preguntad a César! Pensad para César! Muy pocas veces se puede obtener tanta recompensa con tan poco esfuerzo ;-)

- Para todos vosotros: si tenéis curiosidad por saber cual es la notoriedad real de César, googlead: "César Menor el origen de la vida" o "Cesar Menor origins of life"
- Para César: gracias por todo Mestre
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Miguel Calvo




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MensajePublicado: 24 Sep 2016 15:53    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Y si queréis ver "canela fina" podéis ir a los comentarios del artículo de El País, donde un creacionista profesional se está peleando el solito contra científicos y público en general, con argumentos como que un avión no se construye solo, o que una piedra no crea la vida.

Y yo no le daría como ganador, no. Ahora, persistente cual chapapote sí que es.

:-)
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Javier Rodriguez




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MensajePublicado: 25 Sep 2016 00:35    Título del mensaje: Re: Minerales y el misterio del Origen de la Vida  

Buenas noches, un hilo muy interesante César, conocerás los experimentos de Miller y Urey sobre la teoría del caldo primigenio.

Me consta que con posterioridad se repitieron llegándose a formar moléculas complejas incluso algunos componentes simples de los ácidos nucleicos.

Supongo que en la actualidad se han realizado experimentos similares todavía mas complejos, me preguntaba si se ha llegado a explicar de donde sale la urea, tan importante en el proceso que comentas .

Un saludo.
Javier Rodriguez
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