15 de septiembre de 2013

Cálculo de probabilidades de la aparición espontánea de la vida

Hace años, compré y leí uno de esos libros escritos por científicos de primerísima línea intentando que los profanos entendamos los aspectos arcanos de la ciencia. El libro se llamaba “La nueva mente del emperador” y su autor era el eminente científico inglés Roger Penrose. El libro tuvo un enorme éxito de ventas, aunque, yo creo, poca gente debió leerlo entero. Yo fui una de esas pocas personas. Y debo confesar que me costó un esfuerzo ímprobo y que entendí tan sólo una pequeña fracción de todo el caudal de conocimientos que se plasman en el libro. No obstante creo que mereció la pena el esfuerzo. Primero, porque de su lectura obtuve unas cuantas ideas seminales que me han hecho pensar mucho y desarrollar ideas propias que considero interesantes. Segundo, porque aún lo que crees no entender, aparte de que te amuebla la cabeza el hecho de luchar por entenderlo, siempre deja un poso de conocimiento indefinible.

Una de esas ideas seminales, que he usado mucho puede resumirse en pocas líneas y una expresión matemática. Viene a resumirse en que la probabilidad de que un universo viable[1] apareciese por azar es igual a 1, dividido por 1010^128. Este número es inimaginable. Si pusiésemos un uno seguido por tantos ceros como partículas elementales –protones, neutrones, electrones, etc.– tiene el universo, el número resultante sería insignificante comparado con 1010^128. Hasta aquí Roger Penrose. Conviene fijarse en que Penrose no habla de por qué o cómo se generó este universo, sino de las probabilidades de que nuestro universo haya salido así por azar. A mí, esta idea seminal me lleva a postular un universo creado con una finalidad específica por alguien que pretende algo con él, sea lo que sea. Alguien a quien yo llamo Dios. Esta idea, incómoda para muchos científicos, ha llevado a algunos de ellos a postular, de distintas maneras, una infinidad de universos para que, entre infinitos universos haya algunos –de hecho, serían infinitos–viables. Este postulado, aparte de no estar basado en nada que pueda ser empíricamente demostrable, atenta contra el saludable principio de la economía de las hipótesis.

Pero no es sobre la probabilidad de que aparezca un universo viable sobre lo que quiero hablar. A mi modo de ver, otro fenómeno que requiere una intencionalidad, es la aparición de la vida. Hace tiempo que está absolutamente probado que la vida no es otra cosa que materia químicamente organizada. En el siglo XIX, se discutía si la vida era materia más un principio diferente, indefinible y, por supuesto no detectable: el principio vital. La vida surgiría, según estas teorías vitalistas, de la superposición de determinada materia con ese principio vital. Hoy, sostener esto raya en el ridículo. La vida no es otra cosa que materia químicamente organizada. Desde que Stanley Miller, en 1952, realizase el ya famoso experimento que lleva su nombre, se ha venido especulando sobre cómo la materia puede ser organizada por la química para adquirir la capacidad de autoreplicarse, que es la principal característica –ni mucho menos la única– de la vida. Aunque hay varias teorías al respecto, la que goza de más aceptación es la llamada “el mundo de ARN”.

En el experimento de Miller se formaron, de forma espontánea ciertas moléculas orgánicas. A partir de ese momento, se llegó a la afirmación gratuita, convertida poco a poco en dogma de fe, de que la aparición de la vida era un proceso fácil, casi espontáneo si se consideraba la inmensidad del tiempo disponible, que se cuenta en miles de millones de años. El dogma viene a decir que en las centenas de miles de millones de experimentos como el de Miller, pero llevados a cabo en la realidad, por la naturaleza en la Tierra primigenia, habría una la probabilidad del 100% de que esas moléculas básicas se engarzasen entre sí de manera tal que formasen una cadena que tuviese la propiedad de autorreplicarse y de realizar otras operaciones necesarias para la vida. Por supuesto, ningún experimento llevado a cabo en el laboratorio ha producido jamás algo semejante, pero esto no desalienta a los defensores de ese dogma de fe, porque arguyen, y es verdad, que el número de experimentos de laboratorio llevados a cabo desde 1952, es insignificante comparado con el que ha realizado la propia Tierra en miles de millones de años. Por tanto, dan por hecho, otra vez gratuitamente y sin ningún soporte, el dogma de fe.

Pero entre los científicos se han alzado voces que niegan este dogma de fe. Entre estas voces está la del premio Nobel, Christian Duve, que rechaza este dogma por estar  basado en probabilidades tan inconmensurablemente pequeñas que sólo pueden considerarse fenómenos que se alejan del ámbito de la investigación científica. Ante esto, me empecé a preguntar cómo de inconmensurablemente pequeñas podrían ser estas probabilidades. Busqué cálculos elaborados por algún científico, del estilo a los llevados a cabo por Roger Penrose para calcular su probabilidad de universo viable. No los encontré. Entonces, ni corto ni perezoso, con mis escasos conocimientos matemáticos, decidí intentarlo yo. Lo que viene a continuación es el fruto de ese intento. A diferencia de los cálculos empleados por Penrose, en los que se recurre al cálculo tensorial y a otras sofisticadísimas herramientas matemáticas, mi intento sólo un poco de combinatoria y cálculo de probabilidades elemental.

La teoría del mundo de ARN requiere que se formen dos cadenas muy específicas e íntimamente relacionadas la una con la otra (Aclaración: esas dos cadenas no son las de la doble hélice  del ADN, ya que hablamos de ARN, sino una cadena de ARN y una proteína). Las cadenas no tienen por qué ser muy largas, pero sí lo suficiente para contener alguna información. Me tomé la libertad de cambiar el código de moléculas que puedan formar las cadenas de ARN y proteínas por frases y busqué dos frases no muy largas y que tuviesen relación la una con la otra. Se me ocurrieron estas dos frases.

ESTA FRASE ES CIERTA SI LA DE DEBAJO ES FALSA
ESTA FRASE ES FALSA SI LA DE ENCIMA ES CIERTA

No son frases muy largas, pero sí contienen información, de forma que me parecieron apropiadas[2].

Empecé por calcular la probabilidad de que la primera de ellas se produjese por azar. El alfabeto español, contando con la ñ, la w y la k tiene 27 caracteres, más el espacio, 28. Las frases tienen, contando los espacios, 45 caracteres cada una.

La probabilidad de que una combinación aleatoria de los 28 caracteres posibles formen esta frase de 45 caracteres es de: 1/2845.

Matemáticamente se puede demostrar (no lo voy a hacer aquí) que 2845 es igual a 1065. Admitamos, por ejemplo, que pueda haber 10.000 frases que pudieran ser igualmente útiles que la que se me ha ocurrido. Esto dejaría la probabilidad de que se hubiese formado por azar una frase útil en 1/1061.

Pero, para que la cosa funcione, es necesario que se formen las dos frases, una al lado de la otra, lo suficientemente cerca como para que puedan interactuar, y al mismo tiempo. Qué se formen las dos frases tiene una probabilidad de 1/1061 x 1/1061 que es igual a 1/10122.

Esta es la probabilidad de que se formen las dos frases (recuérdese que hablamos de cadenas moleculares formadas en experimentos en la Tierra durante miles de millones de años). Pero nada dice esta probabilidad de que ambas se tengan que formar juntas en el espacio y en el tiempo. Dentro de esta probabilidad cabría el caso de que se formasen una aquí y ahora y otra en China dentro de 600 millones de años. Pero, desde el punto de vista de la formación de la vida, esto no serviría para nada. La probabilidad de que ambas frases se formen aquí y ahora sería muchísimo más reducida. Pero renuncio a poner un factor corrector. Simplemente, recuérdese que estoy siendo muy, pero que muy laxo con estas probabilidades.

Alguien podría decir que esta probabilidad es mucho mayor que la de 1/1010^128, que era la que Penrose había calculado como probabilidad de que el universo fuese viable. Cierto, pero eso no importa. Lo que importa es contestar a la pregunta siguiente: ¿Cuántos experimentos de Miller se produjeron en la Tierra en unos mil millones de años, que es la ventana de tiempo que tuvo la vida para aparecer? Si se hubiesen producido 10122 experimentos, la aparición de la vida sería algo prácticamente seguro. Voy a partir de esta hipótesis de trabajo. Supongamos que en la Tierra, en mil millones de años se produjeron 10122 experimentos de Miller.

Pero, en el universo hay 100.000 millones de galaxias con unos 100.000 millones de estrellas en cada una de ellas. Es decir, unas 1022 estrellas. Supongamos que una de cada millón tuviese un planeta con condiciones de habitabilidad (hasta ahora no se ha encontrado una sola estrella que tenga planetas en los que se den las condiciones de habitabilidad, pero de seguro que las hay). Habría 1016 estrellas con planetas habitables. Bastaría con que en tan sólo uno de esos planetas se hubiesen producido las dos cadenas moleculares (las dos frases). Por tanto, sólo serían necesarios 10122-16=10106 experimentos por planeta para que la vida apareciese en algún lugar del cosmos.

Ahora bien, mil millones de años, la ventana de tiempo disponible, suponen 3,2*1016 segundos. Esto significa que para que apareciese la vida en cualquier planeta, se tendrían que producir 10106/(3,2x1016)=3,2x1089 experimentos por segundo. Supongamos ahora que los planetas son de un tamaño parecido a la Tierra. Nuestro planeta tiene aproximadamente 1021 milímetros cuadrados. Esto quiere decir que para que la vida fuese un proceso que se generase automáticamente tendrían que haberse producido 3,2x1089/1021=3,2x1068 experimentos por segundo y milímetro cuadrado en cada una de las estrellas con condiciones de habitabilidad del universo durante mil millones de años. Es evidente que esto es imposible. De aquí sólo puede desprenderse una conclusión lógica y racional: la vida es un fenómeno imposible. Bueno, no imposible, pero sí tan inconmensurablemente improbable, como decía el premio Nobel Christian Duve, que no es explicable sin un agente que apañe las cosas para que la materia se organice químicamente para formar la vida. Es decir, sin Dios.

A pesar de esto, es normal leer en cualquier revista científica que si en un planeta hay vestigios de que, tal vez, pueda haber habido agua, se dé por hecho de forma inmediata que hay o ha habido vida en ese planeta. El agua es una de las muchísimas condiciones que un planeta debe cumplir para que pueda albergar vida. Pero aún después de que un planeta cumpliese con todas ellas, la probabilidad de que albergue vida es absolutamente despreciable, como acabo de mostrar.

En el año 2010, un científico, Craig Venter, anunció que había producido una célula viva en el laboratorio. ¿Contradice esto lo que muestro más arriba? De ninguna manera, sino más bien al contrario. La célula viva que produjo Craig Venter no se produjo espontáneamente. Venter diseñó cuidadosamente un experimento para organizar químicamente la materia para que se formase la vida. Es decir, fue un agente que preparó todo con el objetivo de producir esa vida. Es decir, era una persona con una intención. Por otro lado, es evidente que el experimento que diseñó era una copia. No hizo más que copiar una estructura y organización química preexistente para fabricar una copia de la vida. La cuestión, por tanto, y a pesar de la producción de Venter, sigue viva. ¿Pudo la naturaleza, de forma espontanea, sin un agente intencional, es decir, sin una persona, organizar químicamente la materia para que apareciese espontáneamente la vida? Y la respuesta es la misma, dada por Christian Duve y por mí. Las probabilidades son tan inconmensurablemente pequeñas, que esa posibilidad no merece tomarse en consideración. Lo racional sigue siendo postular un agente intencional. O sea, una persona. Un Dios personal.


[1] Universo viable es aquél capaz de producir estrellas, planetas, galaxias, química y vida.
[2] Aunque es irrelevante para el razonamiento que estoy siguiendo, me apetece aclarar que esas dos frases tienen sentido lógico. Efectivamente, si la primera es cierta, nos dice que la segunda es falsa. Y si esta segunda es falsa, nos dice que la primera es cierta.

4 comentarios:

Gio NA dijo...

Lamento decirte que todo el esfuerzo que pusiste en hacer tus cálculos no te sirve para demostrar que la generación espontánea de vida es "demasiado improbable" para ser verdad, para que entiendas lo que te digo te invito a revisar esta conocidísima página: http://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_del_mono_infinito

Anónimo dijo...

Efectivamente, querido Gio NA, conozco desde hace mucho tiempo esa conocidísima página y, además, la comparto. Pero lamento decirte que no hace al caso. Porque la premisa mayor de esa página es que el tiempo es infinito, cosa que no es verdad. Si te fijas bien en mi argumento, he considerado una ventana de tiempo de 1000 millones de años, equivalentes a 3,2*10^16 segundos. Tampoco en este caso el número de monos es infinito. Si asimilamos los monos al número de planetas habitables en todo el universo, en los cálculos está la estimación de 10^16 planetas/monos. Y es teniendo en cuenta tod esto como salen esas probabiidades tan inconmensurablemente pequeñas. Si quieres puedes aumentar el tiempo o el número de monos, pero, el resultado seguirá siendo una probabilidad inconmensurablemente pequeña. Así que, te agradezco enormemente tu comentario, pero mi conclusión es la misma. La vida es un suceso "imposible", como también opina, según digo en mi entrada, el premio Nobel Christian Duve.

Un abrazo.

Tomás

Gio NA dijo...

jejeje... parece que no entendiste el sentido de mi comentario, no te puse el link para que tomaras el ejemplo literalmente sino para que te enteraras de cómo se hacen los cálculos de probabilidades con respecto a temas como estos. Por supuesto que el tiempo no es infinito en el caso de la aparición de la vida, pero cometes dos errores fundamentales, primero haces el cálculo directo, cuando lo adecuado es hacerlo a la inversa (como se muestra en el ejemplo de los monos) y segundo, sin darte cuenta reduces enormemente la cantidad de opciones para la aparición de la vida a solo los segundos transcurridos en 1000 millones de años, dando por sentado que por cada segundo solo se puede dar 1 oportunidad para la aparición de la vida, sin embargo considerando por ejemplo las condiciones de la tierra en período primitivo, la cual albergaba literalmente un océano de reacciones químicas es extremadamente probable que el número de oportunidades al azar para que se formase un compuestos orgánico sea muchísimo mayor a 1 oportunidad por segundo (un experimento por segundo según tu descripción). Solo hablando de la tierra, no tenías solo un alfabeto disponible por segundo para producir una frase conexa al azar, tenías varios miles de millones de alfabetos disponibles con los cuales realizar experimentos en un mismo segundo. Considerando ese posible número (que no has considerado) y realizando el verdadero cálculo (a la inversa del tuyo) el resultado seguramente será bastante distinto. Y que menciones a ese premio nobel no veo que aporte nada a tu argumento; no es el primero que apela a una falacia, Hoyle se le anticipó (para más información solo busca "falacia de Hoyle", también es conocidísima).

Anónimo dijo...

Hola Gio NA. Como la respuesta es demasiado larga para un comentario, la voy a hacer en una entrada en el blog. Ahora bien, dado que la respuesta me ha llevado varias horas y dado que el tiempo es para mí un recurso escaso y que creo que con esto ya estás respondido, no seguiré la polémica, a pesar de que me gustaría, pero... la vida es la vida.

Gracias por hacerme pensar y un abrazo.

Tomás