Pensándolo bien...

Hay 118 elementos conocidos en la tabla periódica y cada combinación de estos elementos puede generar compuestos diferentes. Incluso con la misma fórmula molecular, los compuestos pueden tener diferentes estructuras (isómeros), lo que conduce a diferentes reacciones. La química se divide en orgánica e inorgánica, cada una con sus propias posibles reacciones. La química orgánica, en particular, es conocida por su complejidad y variedad de la capacidad del carbono para formar largas cadenas y anillos. En los sistemas biológicos, hay un sinfín de reacciones específicas, muchas de las cuales son únicas para ciertos organismos.

Las reacciones pueden darse de manera distinta bajo condiciones diferentes de temperatura y presión. La presencia de catalizadores o enzimas puede permitir o acelerar reacciones que de otro modo serían muy lentas o no ocurrirían. Desde una perspectiva teórica, el número de combinaciones posibles de elementos y compuestos es astronómico, especialmente si se consideran todas las variables posibles como la disposición espacial y las condiciones experimentales. Los químicos sintetizan nuevos compuestos constantemente, lo que lleva a la posibilidad de reacciones nuevas. Las tecnologías emergentes y la química computacional están revelando más posibilidades y facilitando la exploración de reacciones que antes eran difíciles de estudiar.

El número de reacciones químicas posibles es esencialmente incalculable debido a la inmensa diversidad de compuestos y las innumerables maneras en que pueden interactuar bajo diferentes condiciones. Esta vasta posibilidad es lo que hace de la Química un campo tan rico y en constante expansión. Con cada nuevo descubrimiento y avance tecnológico, se abren nuevas fronteras de conocimiento y posibilidades en el mundo de las reacciones químicas.

Unas reacciones muy interesantes, por su transcendencia, son las que pudieron estar implicadas en el surgimiento de la vida. Las reacciones que conducen a la formación de aminoácidos, los bloques constructivos de las proteínas, son fundamentales. El experimento de Urey-Miller, es un ejemplo famoso donde se demostró que los aminoácidos pueden formarse a partir de compuestos de simples en condiciones que simulaban la atmósfera primitiva de la Tierra. Otras moléculas de interés son las implicadas en las reacciones que resultan en la formación de nucleótidos, los componentes básicos de los ácidos nucleicos como el ADN y el ARN. Estos incluyen la formación de bases nitrogenadas, azúcares como la ribosa y los grupos fosfato. Otras igualmente interesantes, son las reacciones que permiten la unión de aminoácidos en péptidos y proteínas y de nucleótidos en ácidos nucleicos. Estas polimerizaciones son fundamentales para la formación de macromoléculas con actividad biológica. Las reacciones en las que las moléculas no solo se forman, sino que también catalizan su propia formación, son importantes en teorías sobre la auto-replicación y la autorreplicación molecular, consideradas esenciales para el origen de la vida. Muy importantes son las reacciones que conducen a la formación de bicapas lipídicas, que pueden formar protocélulas, estructuras que separan un interior acuoso del entorno externo, simulando la función básica de las membranas celulares. Otras son las reacciones que podrían ocurrir en fuentes hidrotermales, donde la combinación de calor, minerales y compuestos orgánicos ha sido que se sigue haciendo para la síntesis de biomoléculas y las influenciadas por la radiación UV, estas reacciones podrían haber sido importantes en la superficie terrestre primitiva. También debemos incluir los modelos que sugieren que conjuntos de reacciones metabólicas primitivas, como el ciclo del ácido cítrico, podrían haberse formado de manera prebiótica y ser esenciales para el origen de la vida.

Estimar un número exacto de reacciones implicadas en el origen de la vida es difícil debido a la naturaleza hipotética del tema y a la continua aparición de nuevas teorías y descubrimientos. Sin embargo, es claro que un conjunto diverso de reacciones químicas, que abarcan desde la formación de pequeñas moléculas hasta la creación de sistemas complejos con propiedades de autorreplicación y metabolismo, estarían involucradas en este proceso fundamental. La investigación en este campo sigue siendo activa y apasionante, ya que cada nueva comprensión puede acercarnos un paso más a resolver el misterio del origen de la vida en la Tierra.

Creación que combina la tecnología blockchain con las reacciones químicas fundamentales relacionadas con el origen de la vida, creada con ChatGPT con DALL-E.

El blockchain, también conocido como cadena de bloques, representa una de las innovaciones tecnológicas más significativas de nuestro tiempo. Originalmente diseñado para sustentar la criptomoneda Bitcoin, su aplicación ha trascendido ampliamente ese ámbito, ofreciendo soluciones en diversas industrias como la financiera, la salud, la cadena de suministros y otras aplicaciones, aparentemente alejadas de sus prestaciones, como es en la búsqueda de moléculas susceptibles de intervenir en el proceso de iniciación de la vida en la Tierra, pero en la que están prestando un papel decisivo.

El blockchain es una tecnología de registro distribuido que permite la creación de una especie de libro mayor (como si se tratara de un proceso contable) digital inmutable y seguro. Cada «bloque» en la cadena contiene un número de registros o transacciones y cada uno está conectado al anterior mediante criptografía, formando así una cadena. Esta estructura hace que la alteración de la información en un bloque sea extremadamente difícil, ya que requeriría cambios en todos los bloques subsiguientes. Las características clave del Blockchain son: descentralización, ya que, a diferencia de los sistemas tradicionales, donde la información es mantenida por una entidad central, el blockchain es descentralizado. Esto significa que los datos son de múltiples nodos (computadoras), lo que aumenta la seguridad y reduce el riesgo de manipulación o fallo del sistema; transparencia y trazabilidad, dado que cada transacción en el blockchain es visible para todos los participantes de la red. Esta transparencia garantiza la trazabilidad y la auditoría de las transacciones, lo cual es vital en sectores como la cadena de suministros o el financiero; inmutabilidad, porque una vez que se añade un bloque a la cadena, los datos que contiene no pueden ser alterados sin modificar todos los bloques posteriores, lo que brinda un alto grado de integridad a los datos. La fortaleza y seguridad de un blockchain público como Bitcoin o Ethereum radica en su gran número de nodos, que hace prácticamente imposible manipular la red de forma centralizada. La cantidad de nodos también afecta la resistencia de la red a fallos y ataques; cuantos más nodos, más distribuida y segura es la red. En redes de blockchain públicas y descentralizadas como Bitcoin, Ethereum y otras criptomonedas, el número de nodos puede ser muy alto. Bitcoin y Ethereum, por ejemplo, tienen miles de nodos cada uno, distribuidos globalmente. Estos nodos contribuyen a la red realizando y validando transacciones, asegurando así su descentralización y seguridad.

Las aplicaciones del Blockchain, hasta ahora se concretaban en que el ejemplo más conocido de blockchain es el Bitcoin. Las criptomonedas utilizan el blockchain para realizar transacciones seguras y descentralizadas sin necesidad de un intermediario financiero. Más allá de las criptomonedas, el blockchain está revolucionando el sector financiero con aplicaciones como los contratos inteligentes, que se ejecutan automáticamente cuando se cumplen ciertas condiciones, y la denominada “tokenización”  (token significa ficha) de activos, que permite la representación digital de activos en la blockchain. El blockchain proporciona una manera eficiente de rastrear la procedencia y el movimiento de productos, desde su origen hasta el consumidor, aumentando la transparencia y reduciendo el fraude. En el sector de la salud, el blockchain puede usarse para crear registros médicos seguros y accesibles, mejorando el intercambio de información entre diferentes actores del sistema de salud. En suman el blockchain es un catalizador para la reinvención y la innovación en la era digital.

La intimidad del blockchain consiste en que está compuesto por una serie de bloques. Cada bloque es un conjunto de transacciones validadas, que incluye la marca de tiempo de cuando se efectuó y una referencia al bloque anterior a través del denomina «hash”..Cada bloque contiene un hash único, que es como una huella digital. Este hash se genera a partir de la información contenida en el bloque. Si la información cambia, el hash también cambia. Todo comienza con una transacción. Por ejemplo, en el caso de una criptomoneda como Bitcoin, una transacción podría ser un usuario enviando dinero a otro. Las transacciones son verificadas por los participantes de la red, conocidos como nodos. Estos nodos verifican la validez de las transacciones (por ejemplo, asegurándose de que el usuario tiene los fondos necesarios para la transacción). Una vez verificadas, las transacciones se agrupan en un bloque. Este bloque aún no está agregado a la cadena. En blockchains como Bitcoin, un proceso llamado «minería» es utilizado para añadir un nuevo bloque a la cadena. Los “mineros” usan potencia computacional para resolver un problema criptográfico complejo, que es resolver y validar las transacciones del bloque y obtener el derecho de añadir el bloque a la cadena. Una alternativa es el denominado método de consenso, que es la “Prueba de Participación”, donde la creación de bloques es proporcional a la posesión de la moneda. No se basa en el poder computacional, lo que lo hace más eficiente energéticamente. Cada bloque nuevo contiene el hash del bloque anterior, creándose un enlace cronológico. Esto asegura la continuidad y la integridad de la cadena de bloques. Una vez que un bloque se ha añadido a la cadena, es extremadamente difícil alterarlo sin modificar todos los bloques subsiguientes. Esto se debe a la naturaleza del hash y al consenso de la red. Básicamente, el uso de la criptografía asegura la seguridad de las transacciones y la privacidad de los usuarios. Y, aunque las identidades de los usuarios pueden permanecer anónimas, todas las transacciones son visibles y verificables por todos los participantes de la red. Es una tecnología innovadora que ofrece una forma segura, transparente y descentralizada de registrar transacciones y otros tipos de datos. Su potencial va más allá de las criptomonedas, extendiéndose a numerosos sectores como la logística, el derecho, la salud y otros.

Una investigación publicada en la revista Chem el 24 de enero de 2024, un equipo de químicos del Instituto coreano de Ciencias Básicas y de la Academia Polaca de Ciencias, ha reutilizado este proceso y ha “solicitado” a los ordenadores que generen la mayor red jamás creada de reacciones químicas que podrían haber dado lugar a moléculas prebióticas en la Tierra primitiva. Han cambiado el proceso de suministrar tokens por la resolución de un problema matemático, en una aplicación del blockchain al margen del sector financiero. Se ha tratado de buscar las combinaciones posibles de reacciones químicas que potencialmente pudieron darse en la Tierra primitiva. Partieron de considerar las moléculas que probablemente formaron parte de la Tierra primitiva, como agua metano y amoniaco e incluyeron las reglas que podrían enmarcar el medio en el que se podrían haber generado las reacciones que producirían los distintos tipos de moléculas. Transformadas estas reglas y los datos en cadena de bloques, se calcularon qué reacciones se podrían haber producido al expandirse la red creando una gigantesca trama de reacciones. Emplearon una plataforma denominada Golem que administra los cálculos de cientos de ordenadores en todo el mundo y que están al servicio de recibir criptomonedas a cambio de tiempo de cálculo.

La red así constituida, denominada NOEL (acróstico de Network of Early Life) partió de considerar 11.000 millones de reacciones, que se concretaron en 4.900 millones que incluían rutas metabólicas muy conocidas, desde la glucolisis, a síntesis de moléculas bióticas, desde azúcares hasta aminoácidos. De todas ellas, solamente unos cientos ciclos de reacción presentarían la capacidad de autoreplicación, que es fundamental para la aparición de la vida. La cuestión es que, mientras que se considera que la inmensa mayoría de las manifestaciones de autoreplicación requieren macromoléculas complejas, como lo son las enzimas, pero los resultados obtenidos, ponen de relieve que con moléculas pequeñas, la autoampliación es un proceso que se da raramente. No es probable, por tanto, que la autoreplicacion estuviera presente en la Tierra primitiva y se requirió la formación de estructuras más grandes para que se diera. Como afirma uno de los lideres de la investigación, Grzybowski, se puede apreciar la aparición del metabolismo primitivo, pero no la autorreplicación, con lo que debió de darse con posterioridad.

La clave de la aportación ha sido la utilización de la red de blockchain, amplia para realizar una tarea de cientos de miles de ensayos que requieren un cálculo muy intensivo a realizar en ordenadores superpotentes que, de esta forma, distribuida ha sido posible sin acudir a superordenadores. Por una fracción del coste, se ha dispuesto de una capacidad de cálculo inusitada. De hecho Grzybowski sugiere que este método puede utilizarse en instituciones sin tener que pagar tokens de criptomoneda a los ordenadores que realizan los cálculos. La plataforma tipo Golem permite aprovechar la potencia ociosa de los ordenadores sin coste adicional. Es un uso de la Blockchain a gran escala y emplearla en algo muy beneficioso que no es la criptodivisa. Es una tokenización de las criptomonedas que beneficia a la Ciencia: el uso del Blockchain para simular millones de reacciones químicas, esenciales para el origen de la vida. Pura creatividad.