El mito de Wöhler: El fin del vitalismo y el nacimiento de la abiogénesis

 En 1824, un joven químico alemán, Friedich Wöhler, estudiaba en el laboratorio del gran Jakob Berzelius en Suecia. Allí descubrió que podía sintetizar el ácido oxálico, un producto natural presente en muchas plantas, a partir de dos gases: cianógeno y amoniaco (actualmente consideramos esta síntesis parte de la Química Prebiótica). Junto al ácido oxálico se formaba en abundancia un segundo producto, un sólido blanco cristalino. Poco tiempo después, Wöhler identificó ese segundo producto, llevándose una gran sopresa: era urea. En 1828 publicó otro resultado inesperado, y era que, al intentar obtener cianato amónico a partir de cianato de plata y cloruro amónico, siempre obtenía urea.

Friedich Wöhler en 1856. Pionero de la Química cuya síntesis de urea aún resuena incluso en nuestro propio trabajo.

Este experimento ha pasado a la Historia como un momento revolucionario que marcó el origen de la Química Orgánica moderna y el fin de la teoría del vitalismo, que afirmaba que había una diferencia fundamental entre los compuestos llamados inorgánicos y los orgánicos: La ‘fuerza vital’ que hace posible el origen de los últimos. Así se cuenta la síntesis de urea de Wöhler en infinidad de libros de texto, clases y conferencias. De hecho, recientemente he podido leer la idea común que se ha establecido sobre el trabajo de Wöhler: «Este descubrimiento se convirtió en una refutación del vitalismo, la hipótesis de que lo que mantiene la actividad de los seres vivos es una «fuerza vital» especial«

Sin embargo, ¿realmente fue la urea de Wöhler tan revolucionaria que supuso el fin del vitalismo?. La verdad es que no, la síntesis de Wöhler no influyó decisivamente en la percepción del vitalismo, sino que este mito parte de un análisis a posteriori de su trabajo, cuando el vitalismo estaba recibiendo los últimos clavos de su ataúd. Como siempre, la Historia es mucho más complicada que lo que se cuenta.

La verdadera importancia de la urea de Wöhler en su tiempo

La teoría del vitalismo sugería que los organismos vivos se diferenciaban de los objetos inanimados en que los primeros poseen una ‘fuerza vital’ que impulsa procesos químicos que no pueden explicarse con la química ‘inorgánica’ conocida. Así, los compuestos químicos que se pueden encontrar en plantas o animales no podrían generarse en el laboratorio a partir de precursores o de sus elementos constituyentes. Este concepto llevo a diferenciar la Química Inorgánica de la Química Orgánica, que estudiaba los compuestos químicos generados por los organismos vivos. Esta diferenciación aún se mantiene, aunque no por la misma razón; la frontera entre las dos es difusa, y útil mas por razones educativas y prácticas que real. El propio Berzelius nos explica el concepto del vitalismo en 1837, en su Lehrbuch der Chemie:

Los elementos obedecen leyes diferentes en los compuestos orgánicos de las que obedecen en los compuestos inorgánicos; el cuerpo vivo es la fábrica en la que tienen lugar los procesos químicos.

Laboratorio personal de Jakob Berzelius, uno de los más grandes químicos del siglo XIX, en Estocolmo (Suecia). Berzelius dijo «un laboratorio ordenado es indicio de un químico perezoso». Recordadlo cuando veáis mi laboratorio.

Durante la primera mitad del siglo XIX nadie dudaba del vitalismo. Cuando Wöhler presentó su síntesis de urea, un producto que sólo podía aislarse de la orina, fue una gran sorpresa. Nadie imaginaba que podría generarse en el laboratorio. Berzelius, el maestro de Wöhler, mostró gran entusiasmo y no era para menos: la síntesis de la urea abría la posibilidad de que la formación de compuestos orgánicos pudiera estudiarse en el laboratorio. La urea sintética tuvo eco y recibió muchos comentarios de todos los grandes químicos del momento. Por ejemplo, Justus Liebig escribió:

La extraordinaria y hasta cierto punto inexplicable producción de urea sin la ayuda de las funciones vitales, por la que estamos en deuda con Wöhler, debe considerarse uno de los descubrimientos con los que ha comenzado una nueva era en la ciencia. Hay muchos cuerpos similares a la urea, todos los cuales probablemente en un período futuro serán producidos por medios artificiales; Estoy seguro de que se logrará este objetivo.

Justus Liebig, Report of the Seventh Meeting of theBritish Association for the Advancement of Science: Notes and Abstracts, 7 (1837)

Claramente Liebig, como el propio Wöhler, vislumbraba que, aunque de momento no lo tenían claro, era posible que los postulados del vitalismo podrían quedar atrás. Con el paso de los años se sobredimensionó la importancia de la síntesis de urea de Wöhler en el fin del vitalismo y el nacimiento de la Química Orgánica en sentido moderno. Sin embargo, en su momento no fue así. Wöhler no sólo no acabó con el vitalismo; ni siquiera se enfrentó a ello, y la teoría vitalista siguió en plena vigencia al menos durante los diez años siguientes. La clave es que los reactivos que usó Wöhler procedían de fuentes biológicas. Él mismo lo explicaba en una carta a Berzelius:

Esta formación artificial de urea: ¿se puede considerar como un ejemplo de formación de una sustancia orgánica a partir de sustancias inorgánicas? Es peculiar que la producción de ácido ciánico (y también de amoníaco), siempre requiere una sustancia originalmente orgánica; un Naturphilosoph diría que lo orgánico aún no ha desaparecido ni del carbón animal, ni en los compuestos ciano formados a partir de ellos, y por lo tanto siempre se puede reproducir un cuerpo orgánico a partir de otros cuerpos orgánicos.

Wöhler a Berzelius, 22 de Febrero de 1828.

Cristales de urea obtenidos en el laboratorio. La urea se forma en diversas condiciones prebióticas y a partir del cianato.

Asi que, no, Wöhler no acabó con el vitalismo en absoluto. Ni su experimento fue planteado o inicialmente interpretado como una refutación del vitalismo. ¿por qué tuvo tanto impacto y aceptación en su momento? Ciertamente no por refutar una teoría dominante, algo que no suele acarrear buenas críticas. La clave fue otro aspecto tanto o más importante, que suele pasarse desapercibido: Wóhler había descubierto los isómeros. 

La urea y el cianato amónico son dos compuestos isómeros, es decir, tienen los mismos átomos (la misma composición) pero ordenados de manera diferente, resultando en compuestos con la misma fórmula empírica, pero propiedades distintas. Además, podían interconvertirse. Para Wöhler y los grandes químicos de su tiempo esto era lo verdaderamente excitante de la síntesis de la urea.

Sello conmemorativo del centenario de la muerte de Wöhler, en el que se muestra la urea y la isomerización del cianato amónico.

Del fin del vitalismo a la abiogénesis

Si Wöhler no puso fin al vitalismo, al menos si marcó el principio del fin de aquella teoría. Su muerte definitiva podríamos fecharla en 1845. En ese momento, otro químico alemán relevante, Hermann Kolbe, logró obtener ácido acético, un compuesto típicamente biológico, que se obtenía del vinagre. El logro de Kolbe fue generarlo a partir de compuestos inorgánicos, sin precursores de procedencia biológica, en una compleja síntesis, usando disulfuro de carbono como producto de partida. La síntesis de ácido acético de Kolbe, era, pues, la primera demostración de la producción completamente artificial e ‘inorgánica’ de un compuesto orgánico. Con ello se ponía fin al vitalismo y comenzaba la edad de oro de la Química Orgánica.

Dando la puntilla a una teoría errónea con un experimento: la síntesis de ácido acético de Kolbe a partir de carbono y agua, usando cloro, pirita y una nueva tecnología en aquel momento: la electricidad.

El final del vitalismo, que no fue resultado de un simple experimento, sino del esfuerzo colectivo en el desarrollo de la Química actual, supuso destruir la barrera entre la Química de los compuestos inorgánicos y los de origen biológico: Todos los compuestos químicos, incluyendo los compuestos que forman parte de los organismos vivos, siguen las mismas reglas. No hay una misteriosa ‘fuerza vital’ que regule las combinaciones químicas del carbono. Ello llevó, junto con el descubrimiento de las enzimas, a la Bioquímica moderna, que creció en paralelo con la Química Orgánica.

La siguiente pregunta, entonces, era obvia, máxime tras el planteamiento de la teoría evolucionista de Darwin: Si los compuestos orgánicos pueden sintetizarse a partir de precursores inorgánicos, ¿es posible que, originalmente, los componentes de los primeros seres vivos tuvieran también un origen inorgánico?. ¿sería posible que aún hoy dia los compuestos orgánicos generados por plantas tengan un origen inorgánico que pueda reproducirse en el laboratorio?. Si no hace falta una ‘fuerza vital’ (de origen posiblemente divino) y los elementos siguen reglas fijas que pueden estudiarse, tal vez el mismísimo origen de la vida hubiera seguido esas mismas reglas. Nacía la hipótesis de la abiogénesis.

En este momento el lector pensará en el famoso experimento de Miller-Urey de 1953, pero lo cierto es que este experimento no fue el pionero en el estudio experimental de la abiogénesis, enclavado en lo que actualmente denominamos Química Prebiótica. Estamos aquí ante otro mito, debido a que la popularidad del experimento de Miller eclipsó las aproximaciones anteriores. Lo cierto es que el primer experimento de Química Prebiótica realizado con la intención de entender el origen inorgánico de los compuestos biológicos lo hizo otro químico alemán casi olvidado, Walter Löb, en 1913. En su experimento, preparó lo que se pensaba que era una atmósfera primitiva, compuesta de dióxido de carbono, agua y amoniaco, y simuló los rayos de una tormenta en ella, usando descargas eléctricas. Obtuvo glicina y formamida, además de lo que luego Carl Sagan denominó tholin. Dejemos que Löb nos lo explique:

Entonces, por primera vez, un aminoácido ha sido producido artificialmente a partir de los precursores de su síntesis natural, que, en su fase mas simple, juegan un papel en el origen de las proteínas naturales como el producto final de la reaccion del ácido carbónico, amoniaco y agua, sin aplicación de otros materiales, únicamente a través de la aplicación de una energía especial que está en conexión próxima con las radiaciones naturales.

Walter Löb, 1913.

Así, el trabajo de Löb terminaba el camino iniciado por Wöhler, demostrando finalmente que los componentes de las biomoléculas podían generarse únicamente con compuestos inorgánicos simples, y, además, de un modo que podría haber ocurrido fácilmente en la Naturaleza sin intervenciones ‘inteligentes’.

Imagen de un experimento de descargas que hicimos en nuestro laboratorio. Es un abordaje clásico para generar compuestos orgánicos a partir de gases simples

Las ideas de la abiogénesis tuvieron eco en España. En 1920, el bioquímico y farmacéutico José Rodríguez Carracido publicó su teoría de la filogenia química. En ella proponía que:

En las épocas previas a la aparición de la vida, la composición atmosférica pudo permitir una mayor incidencia de radiación ultravioleta sobre la Tierra, que pudo hacer posible la síntesis de cianhidrinas que pudieron generar los primeros aminoácidos. […]Análogamente a la serie filogenética de los organismos que se desarrolla desde los unicelulares hasta los multicelulares, debe admitirse otra serie filogenética química que, desde el término inicial de una sencilla combinación carbo-nitrogenada, el HCN, vaya creciendo gradualmente hasta las proteínas y los proteidos de mayor magnitud molecular, articulando las piezas en el complejísimo mosaico

J. R. Carracido, 1920

José R. Carracido en su laboratorio, en una foto tomada por el reportero Luis Ramón Marín. Carracido fue uno de los impulsores del evolucionismo en España, ideas que incluso llevó a la química, con su teoría de la filogenia química, con la que se podría sustanciar la abiogénesis. Y pensar que Carracido pudo haber sido el Stanley Miller español, pero nadie hizo (o publicó) los experimentos que propuso. Dos décadas después, y siendo su trabajo desconocido, Miller y Juan Oró mostraron que su predicción era correcta.

Carracido, dos décadas antes del experimento de Miller-Urey y de la síntesis de adenina de Juan Oró, predijo esos resultados, propuso el mecanismo de formación de los aminoácidos y propuso la importancia del cianuro de hidrógeno y de la urea en el proceso de ‘filogenia química’ que actualmente denominamos Química Prebiótica y Evolución Química. Carracido no pudo poner en marcha la investigación experimental de su teoría, y nadie en España tuvo interés en ello, en otra prueba del mal endémico que sufre la ciencia experimental en nuestro país. Si hubiera sido de otra manera, el experimento de Miller podría haber llevado un nombre español.

Sea como fuere, la urea, de nuevo, aparecía como uno de los protagonistas en el desarrollo de una nueva Química, cerrando el ciclo que comenzó Wöhler. Ahora sabemos, a través de multitud de resultados experimentales, que la urea pudo ser un componente clave en el origen inorgánico de la vida, idea que llevamos defendiendo desde que publicamos nuestro primer trabajo al respecto en 2009.

Algunas referencias

https://analesranf.com/wp-content/uploads/2010/76_04/7604_02.pdf

Ramberg, P. J. (2000) ‘The Death of Vitalism and the Birth of Organic Chemistry: Wöhler’s Urea Synthesis and the Disciplinary Identity of Organic Chemistry’, Ambix, 47(3), pp. 170–195. doi: 10.1179/amb.2000.47.3.170.

Menor-Salván, C. (2018) ‘From the Dawn of Organic Chemistry to Astrobiology: Urea as a Foundational Component in the Origin of Nucleobases and Nucleotides’, in Menor-Salván, C. (ed.) Prebiotic Chemistry and Chemical Evolution of Nucleic Acids. Basel: Springer International Publishing, pp. 85–142. doi: 10.1007/978-3-319-93584-3_4.

Michele Fiore (Ed.). Prebiotic Chemistry and Life’s Origin. Chemical Biology series Nº 20. RSC (2022).