Este científico podría haber hallado la clave sobre el origen de la vida. ¿Por qué es tan poco conocido?

Cuando el biólogo Tibor Gánti falleció el 15 de abril del 2009 a los 75 años, no era muy conocido. Había pasado gran parte de su carrera tras el telón de acero que había dividido Europa durante décadas y obstaculizó el intercambio de ideas.

Pero si las teorías de Gánti hubieran gozado de amplia difusión durante la época comunista, ahora podría ser reconocido como uno de los biólogos más innovadores del siglo XX. Esto se debe a que elaboró un modelo del organismo vivo más simple posible, al que llamó quimiotón, que propone una explicación interesante de cómo surgió la vida en la Tierra.

El origen de la vida es uno de los misterios más desconcertantes de la ciencia, en parte porque son varios misterios en uno. ¿Cómo era la Tierra cuando se formó? ¿De qué gases estaba compuesto el aire? De los miles de sustancias químicas que utilizan ahora las células vivas, ¿cuáles son esenciales y cuándo surgieron estas sustancias?

Quizá la cuestión más difícil sea la más simple: ¿cuál fue el primer organismo?

Para los científicos que tratan de recrear la chispa de la vida, el quimiotón ofrece un objetivo de experimentación atractivo. Si pueden fabricarse sustancias químicas inertes para que se ensamblen por sí solas en un quimiotón, revelaría una ruta por la que podría haberse formado la vida desde cero. Incluso ahora, algunos grupos de investigación están acercándose a este modelo.

Para los astrobiólogos interesados en la vida fuera de nuestro planeta, el quimiotón ofrece una definición universal de la vida, una que no está vinculada a sustancias químicas específicas como el ADN, sino a un modelo de organización general.

«Creo que Gánti pensó más profundamente en las partes fundamentales de la vida que cualquier persona que conozca», afirma el biólogo Eörs Szathmáry, del Centro para la Investigación Ecológica de Tihany, Hungría.

El comienzo de la vida

No existe una definición científica consensuada de la vida, aunque no por falta de intentos: un estudio del 2012 identificó 124 definiciones publicadas. Cuesta escribir una que abarque a todos los seres vivos, pero que excluya todo lo inerte con atributos vitales, como el fuego y los coches. Muchas definiciones afirman que los seres vivos pueden reproducirse. Pero un conejo, un humano o una ballena no pueden reproducirse por sí solos.

En 1994, un comité de la NASA describió la vida como «un sistema químico autónomo capaz de la evolución darwiniana». La palabra «sistema» puede referirse a un organismo individual, una población o un ecosistema. Esta definición esquiva el problema de la reproducción, pero es imprecisa.

Lo que poca gente sabía por aquel entonces era que Gánti había ofrecido otro camino dos décadas antes.

Tibor Gánti nació en 1933 en la pequeña localidad de Vác, en la zona central de Hungría. Su niñez se caracterizó por el conflicto. Hungría se alió con la Alemania nazi en la Segunda Guerra Mundial, pero en 1945 su ejército fue derrotado por la Unión Soviética. El régimen totalitario dominaría Eurasia oriental durante décadas y Hungría se convertiría en un estado satélite, como la mayoría de los otros países de Europa del Este.

Fascinado por la naturaleza de los seres vivos, Gánti estudió ingeniería química antes de convertirse en bioquímico industrial. En 1966, publicó un libro sobre biología molecular llamado Forradalom az Élet Kutatásában, o Revolución en la investigación de la vida, que durante años fue un libro de texto universitario (en parte porque no había muchos más disponibles). El libro se planteaba la pregunta de si la ciencia comprendía cómo estaba organizada la vida y concluía que no.

En 1971, Gánti abordó el problema directamente con un nuevo libro, Az Élet Princípiuma, o Los principios de la vida. Este libro, publicado solo en Hungría, contenía la primera versión de su modelo del quimiotón, que describía lo que él consideraba la unidad fundamental de la vida. Sin embargo, su primer modelo del organismo estaba incompleto y tardaría otros tres años en publicar la que ahora se considera la versión definitiva, de nuevo solo en húngaro, en un trabajo que no está disponible en internet.

Un año milagroso

A nivel mundial, 1971 fue un gran año para la investigación sobre los orígenes de la vida. Además del trabajo poco conocido de Gánti, la ciencia propuso otros dos modelos teóricos importantes.

El primero llegó de la mano del biólogo estadounidense Stuart Kauffman, que alegaba que los organismos vivos debían ser capaces de copiarse. Al especular sobre cómo podría haber funcionado esto antes de la formación de las células, se centró en las mezclas de sustancias químicas.

Supongamos, argumentó él, que la sustancia A provoca la formación de la sustancia B, que a su vez provoca la formación de la sustancia C y así sucesivamente hasta que algo en la cadena crea una nueva versión de la sustancia A. Tras un ciclo, existirán dos copias de cada conjunto de sustancias químicas. Con suficiente materia prima, otro ciclo produciría cuatro copias y continuaría de forma exponencial.

Kauffman denominaba este grupo «conjunto autocatalítico» y sostenía que estos grupos de sustancias químicas podrían haber sido el fundamento de la vida. Los conjuntos se habrían vuelto más intrincados hasta haber producido y utilizado una gama de moléculas complejas, como el ADN.

En la segunda idea, el químico alemán Manfred Eigen describió lo que denominaba «hiperciclo», en el que varios conjuntos autocatalíticos se combinan para formar uno más grande. La variante de Eigen introduce una distinción crucial: en un hiperciclo, algunas de las sustancias químicas son genes y, por consiguiente, constan de ADN u otro ácido nucleico, mientras que otras son proteínas fabricadas a medida según la información de los genes. Este sistema podría evolucionar dependiendo de los cambios —mutaciones— en los genes, una función que no incluía el modelo de Kauffman.

Gánti había llegado de forma independiente a una idea similar, pero la llevó más allá. Sostenía que hay dos procesos fundamentales que deben tener lugar en todo organismo vivo. Primero, debe construir y mantener su cuerpo; es decir, necesita un metabolismo. Segundo, debe tener algún tipo de sistema de almacenamiento de información, como un gen o genes, que pueda copiar y transmitir a su descendencia.

La primera versión de Gánti de este modelo constaba básicamente de dos conjuntos autocatalíticos con funciones diferentes que se combinaban para formar un conjunto autocatalítico mayor, por lo que no difiere mucho del hiperciclo de Eigen. Sin embargo, el año siguiente un periodista interrogó a Gánti y desveló un defecto fundamental. Gánti había asumido que ambos sistemas se basaban en sustancias químicas que flotaban en el agua. Pero abandonadas a su suerte, se alejarían y el quimiotón «moriría».

La única solución era añadir un tercer sistema: una barrera exterior para contenerlas. En células vivas, esta barrera es una membrana compuesta de unas sustancias químicas llamadas lípidos. El quimiotón tendría que contar con dicha barrera para sostenerse y Gánti concluyó que también debía ser autocatalítica para mantenerse y crecer.

He aquí, por fin, el quimiotón, el concepto de Gánti del organismo vivo más simple posible: genes, metabolismo y membrana, todos vinculados. El metabolismo produce los componentes fundamentales de los genes y la membrana, y los genes influyen en la membrana. En conjunto, forman una unidad autorreplicante: una célula tan simple que no solo surgiría con relativa facilidad en la Tierra, sino que también podría dar cuenta de las bioquímicas alternativas de los mundos extraterrestres.

Un modelo olvidado

«Gánti inmortalizó la vida muy bien», afirma Nediljko Budisa, biólogo sintético de la Universidad de Manitoba en Winnipeg, Canadá. «Leerlo fue una revelación». Sin embargo, Budisa no descubrió el trabajo de Gánti hasta el 2005. Fuera de Europa del Este, siguió en la sombra durante décadas y solo existían unas pocas traducciones al inglés en el mercado.

El quimiotón apareció en inglés en 1987, en una edición de bolsillo con una traducción más bien mala, señala James Griesemer, de la Universidad de California, Davis. Pocos le prestaron atención. Más adelante, Szathmáry otorgó al quimiotón un lugar de honor en su libro de 1995 The Major Transitions in Evolution, coescrito por John Maynard Smith. Esto condujo a una nueva traducción del libro de Gánti de 1971 con material adicional, publicada en 2003. Con todo, el quimiotón siguió en su nicho y, seis años después, Gánti había muerto.

Hasta cierto punto, Gánti no ayudó a que su modelo fuera bien acogido: era conocido por ser un colega difícil. Szathmáry dice que Gánti se aferraba con testarudez a su modelo y era paranoico, por lo que era «imposible trabajar con él».

Pero quizá el mayor problema para el modelo del quimiotón fue que, en las últimas décadas del siglo XX, la tendencia en investigación era alejarse de la complejidad de la vida en favor de enfoques cada vez más minimalistas.

Por ejemplo, una de las hipótesis más destacadas que sigue de moda actualmente es que la vida comenzó solo con ARN, un primo cercano del ADN.

Al igual que su pariente molecular más famoso, el ARN puede transportar genes. Pero un aspecto crucial del ARN es que también puede actuar como enzima y acelerar las reacciones químicas, de ahí que muchos expertos sostengan que los primeros seres vivos solo necesitaron ARN para comenzar. Sin embargo, esta hipótesis del mundo de ARN ha recibido críticas, sobre todo porque la ciencia no ha descubierto un tipo de ARN capaz de copiarse sin ayuda. Pensemos, por ejemplo, en los virus ARN como el coronavirus, que necesitan células humanas para reproducirse.

Otros investigadores han argumentado que la vida comenzó solo con proteínas o solo con lípidos. Dichas ideas se alejan mucho del enfoque integrado de Gánti.

¿Un quimiotón real?

Sin embargo, los científicos de este siglo han cambiado de rumbo. Ahora, los investigadores suelen hacer hincapié en las formas en que colaboran las sustancias químicas de la vida y cómo podrían haber aparecido estas redes cooperativas.

Desde el 2003, Jack Szostak, de la Facultad de Medicina de Harvard, y sus colegas, han construido protocélulas cada vez más realistas: versiones simples de las células que contienen un conjunto de sustancias químicas. Estas protocélulas pueden crecer y dividirse, lo que significa que pueden autoduplicarse.

En 2013, Szostak y Kate Adamala, que entonces era su alumna, persuadieron al ARN para autocopiarse dentro de una protocélula. Es más, los genes y la membrana pueden combinarse: a medida que el ARN se acumula en su interior, presiona la membrana externa y fomenta el crecimiento de la protocélula.

La investigación de Szostak «se parece mucho a la de Gánti», afirma la bióloga sintética Petra Schwille, del Instituto Max Planck de Bioquímica en Martinsried, Alemania. También pone de manifiesto el trabajo de Taro Toyota, de la Universidad de Tokio en Japón, que ha fabricado lípidos dentro de una protocélula, de forma que la protocélula pueda desarrollar su propia membrana.

Un argumento contrario a la idea del quimiotón como primer organismo vivo ha sido que requiere muchos componentes químicos, como ácidos nucleicos, proteínas y lípidos. Muchos expertos consideran improbable que todas estas sustancias químicas surgieran de los mismos materiales iniciales en el mismo lugar, de ahí el atractivo de ideas simplificadas como la del mundo de ARN.

Pero recientemente los bioquímicos han hallado pruebas de que todas las sustancias químicas fundamentales para la vida pueden formarse a partir de los mismos materiales de partida simples. En un estudio publicado en septiembre, investigadores dirigidos por Sara Szymkuć, que entonces trabajaba en la Academia Polaca de Ciencias en Varsovia, crearon una base de datos empleando décadas de experimentos cuyo fin era crear los componentes básicos de la vida. A partir de solo seis sustancias químicas simples, como el agua y el metano, Szymkuć descubrió que era posible fabricar decenas de miles de ingredientes fundamentales, entre ellos los componentes básicos de las proteínas y el ARN.

Ninguno de estos experimentos ha construido todavía un quimiotón. Esto podría deberse a que es muy complicado o podría ser que la formulación exacta de Gánti no expresa al detalle el funcionamiento del primer organismo vivo. Con todo, el quimiotón nos proporciona una forma de plantearnos cómo funcionaron juntos los componentes de la vida, que impulsa cada vez más los enfoques actuales para comprender cómo surgió la vida.

Szathmáry añade que resulta revelador que las citas del trabajo de Gánti estén aumentando rápidamente. Aunque los detalles exactos difieran, los métodos actuales para estudiar el origen de la vida se acercan mucho más a su idea, un enfoque integrado que no se centra en solo uno de los sistemas fundamentales de la vida.

«La vida no son proteínas, la vida no es ARN, la vida no son bicapas lipídicas», afirma Griesemer. «¿Qué es? Son todas esas cosas unidas con una organización adecuada».

Michael Marshall es un escritor de ciencia de Devon, el Reino Unido. Su libro, The Genesis Quest, trata de los orígenes de la vida en la Tierra y ya está disponible. Sigue a Michael en Twitter.

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.