Gracias a Tay, por facilitarme el enlace a los trabajos de Juan Antonio Aguilera Mochón, profesor de bioquímica y biología molecular en la Universidad de Granada, de quien he plagiado este ( http://www.ugr.es/~jmochon/Divulg/Divulgacion_archivos/Charla%20OV%20Toledo-%20resumen.doc )que transcribo literalmente:
Acaso el origen de la vida sea el salto cualitativo más trascendente de nuestra historia, después del propio origen del Universo, claro (¿por qué hay algo en lugar de nada?). Incluso la aparición de la inteligencia humana no se nos resiste tanto como la aparición de la vida a partir de materia "inerte".
Tiene una particularidad respecto a otros "orígenes", como el del Universo o el del Sistema Solar, que también fueron eventos históricos que ocurrieron de una vez para siempre: los sucesos relevantes entran en el rango de la química y podemos intentar repetirlos en el laboratorio. No parece haber nada esencial que impida que un día lleguemos a sintetizar seres vivos a partir de sustratos inorgánicos en el laboratorio. No todos los científicos están de acuerdo: para Jacques Monod (premio Nobel en 1965), la aparición de la vida fue un suceso tan improbable que no podemos confiar en repetirlo: nos tocó, según él, el premio gordo de la lotería universal.
El preguntarnos por nuestro origen nos lleva a nuestros antepasados, a ancestros cada vez más remotos. Retrocediendo miles y miles de generaciones, en millones de años, veríamos que tenemos antepasados comunes con los chimpancés... con todos los animales... con las plantas... ¡e incluso con las bacterias! Podemos construir árboles genealógicos de todos los seres vivos basados en el parecido de las moléculas informativas: ácidos nucleicos y proteínas.
Esto es posible porque somos muchos y muy diversos los seres vivos, pero tenemos suerte: en el funcionamiento básico de todos se aprecian unos notables "denominadores comunes esenciales".
Concretamente, todos:
· Funcionamos a costa del trabajo de unas proteínas que aceleran las reacciones metabólicas: las enzimas. Todas ellas formadas inicialmente a partir de 20 aminoácidos.
· Su funcionamiento y su reproducción dependen, y están dirigidos, por la información genética almacenada en los ácidos nucleicos, en ADN generalmente. Esa información se traduce en proteínas con la necesaria participación de otros ácidos nucleicos, los ARN. En esa traducción hay un código genético casi común.
· Tenemos una estructura celular: aquellos ácidos nucleicos, proteínas, etc., están englobados dentro de una membrana de proteínas y lípidos. Pero no todas las células son iguales: hay procariotas (las bacterias y las llamadas arqueas) y eucariotas (con núcleo, mitocondrias, etc.). Sin embargo, en la actualidad está más que demostrado que la organización eucariota procede de una asociación (simbiosis) entre procariotas ancestrales.
A menudo se hace referencia a estos denominadores comunes como "la unidad bioquímica de los seres vivos".
LUCA
Pero atención: ese ancestro común del que divergieron todos los organismos no tiene que ser necesariamente el ser vivo más antiguo de nuestra ascendencia.
Por tanto, el camino a recorrer en nuestro estudio es:
Situación de partida --> 1º "ser vivo" (capaz de evolucionar por selección natural) ---> antepasado común = LUCA.
¿Qué se puede hacer para averiguar lo que pasó entre la situación de partida y el LUCA? Necesitamos saber todo lo posible de esos dos estados.
E interrogarnos por la situación de partida nos lleva a la pregunta: ¿cómo era la Tierra cuando apareció la vida?
Que a su vez nos lleva a otra: ¿cuándo apareció la vida?
¡Se han hallado fósiles microscópicos de 3.500 millones de años de antigüedad en el oeste de Australia! Aunque trabajos como los de Juan Manuel García Ruiz ponen en entredicho su origen biológico.
¿Cómo era la Tierra en esa época o unos millones de años antes? El Sistema Solar se formó a partir de un material "de desecho" procedente de anteriores estrellas. La vida sólo puede fabricarse a partir de material reciclado. ¿La razón?: los elementos (átomos) pesados necesarios para la vida sólo se forman en el corazón caliente de supernovas. Somos polvo de estrellas reciclado.
Hace 4.550 millones de años se formó, a partir de una nebulosa de polvo y gas, la Tierra por "acreción de planetesimales", por agregación gravitatoria de cuerpos de diverso tamaño.
Hasta hace 4.200 millones de años, la Tierra tendría una superficie fundida, magmática, infernal. Después, ya habría posibilidad de formación de una corteza sólida, y de que existiera agua líquida. Aunque hasta hace 3.900 millones de años estaríamos en la época del "Gran Bombardeo Meteorítico"...
Entonces, hace 3.900 millones de años, tendríamos un planeta suficientemente enfriado para albergar una litosfera (corteza), hidrosfera (océanos) y atmósfera. ¿Cómo serían estas últimas? La atmósfera inicial, muy reductora, rica en H2, se perdió en el espacio (viento solar), y fue sustituida por otra procedente de la desgasificación del interior (que aún sigue): de los volcanes. Tendría CO2 (anhídrido carbónico), N2 (nitrógeno), H2O (agua)... y menos CO, NH3 (amoniaco), CH4 (metano)... Y, por supuesto, ¡casi nada de oxígeno (O2)!, un terrible veneno para la aparición y para el funcionamiento de la vida hasta que ésta aprendió a usarlo en su provecho.
La extensión de la hidrosfera se desconoce; es probable que la masa de agua fuese inferior a la actual. De hecho, puede que la masa de los océanos haya ido creciendo gracias a la llegada de nueva agua procedente de los cometas que seguirían cayendo, procedentes de la nube de Oort o del cinturón de Kuiper.
Sería un planeta con mucho más vulcanismo que ahora, de días más cortos, con la Luna más cerca. Y con un Sol más débil: un 25-30% menos intenso que el actual. Con una probable frustración del origen de la vida por uno de esos grandes impactos de meteoritos, que harían hervir los océanos y erosionarían la atmósfera.
Por el Sol más débil hay un problema: la Tierra debería haberse congelado. Sin embargo, nunca ha estado congelado todo el planeta. La explicación: un efecto invernadero suficiente, debido a más CO2 o a más CH4 y más NH3 (como propuso Carl Sagan poco antes de morir).
En resumen, la situación de partida consiste en una superficie terrestre en la que lo más relevante era una atmósfera con CO2, H2O, N2, menos CH4 y NH3..., por supuesto, sin el terrorífico O2. Con abundante lluvia de cometas y meteoritos. Con muchos volcanes, en buena parte submarinos. Con una temperatura media no muy superior ni inferior a la actual, que permitiría la abundancia de agua líquida.
Lo que vamos a contar ocurrió quizás en poco tiempo (pocos millones de años). Cabe pensar que los compuestos químicos que había en la Tierra primitiva reaccionaron originando sustancias cada vez más elaboradas hasta engendrar la expresión más sencilla de un ser vivo. Este es el concepto de evolución química, que arranca de los trabajos pioneros del soviético Aleksander Oparin (1924), sobre todo, y del británico John Haldane (1929). Aunque las hipótesis de Oparin sólo fueron ampliamente conocidas cuando su segundo libro, de 1936, fue traducido al inglés dos años más tarde.
Mediante la evolución química, en los mares primigenios se aliñaría una sopa orgánica capaz de evolucionar hasta dar lugar a unas células simples de las que derivaría el resto de los seres vivos.
¿Se pueden reconstruir esos hechos? Sí, si tuviéramos los presuntos productos iniciales y simuláramos el ambiente original.
Esto no se empezó a hacer hasta el año 1952, cuando Stanley L. Miller comenzaba su tesis doctoral dirigida por el premio Nobel Harold Urey. Miller diseñó un aparato en el que puso una mezcla de agua, hidrógeno, amoniaco y metano. Con un mechero Bunsen hirvió el agua del matraz. Produjo "relámpagos", no sin temor, en forma de descargas eléctricas de 60.000 voltios. Tras una semana analizó los productos: Miller encontró en su aparato ¡varios aminoácidos!
El extraordinario experimento (publicado en el número del 15 de Mayo de 1953 de la revista Science) supuso un gran apoyo al concepto de evolución química. Y Miller sigue siendo un líder en estas materias.
En 1961, Joan Oró consiguió formar adenina, esencial para la formación de ácidos nucleicos. Se han hecho ya miles de experimentos de simulación de las condiciones de la Tierra primitiva, empleando las fuentes de energía más probables: radiaciones ultravioleta, descargas eléctricas, calor, impacto de objetos. De esa multitud de experimentos puede extraerse una conclusión muy interesante: el ácido cianhídrico (HCN) y el formaldehído (HCOH) son intermediarios esenciales de esas síntesis. Qué paradoja: uno de los venenos por excelencia, el cianuro, y un clásico conservante de cadáveres, el formol, hicieron posible la aparición de la vida.
La validez de los resultados de muchos de esos experimentos se ve reforzada por la existencia de materia orgánica en los cometas, en los meteoritos, en el polvo interestelar... La química orgánica es ubicua en el Universo. Aunque hubiera una mala síntesis de compuestos orgánicos en la Tierra, tendríamos muchísima materia orgánica de procedencia extraterrestre: sigue cayendo a toneladas (sobre todo, en forma de partículas de polvo interplanetario).
Además, la comparación entre los compuestos orgánicos del meteorito de Murchison (que cayó en Australia en 1969) y los del experimento de Miller revela unas coincidencias extraordinarias.
En resumen: muchos de los constituyentes básicos de los seres vivos se encontraban en la Tierra primitiva.
Pero de aquí a los primeros seres vivos y al LUCA hay un largo trecho. Si no, recordemos un momento:
- -Es fundamental para el funcionamiento del organismo ancestral que actúen las enzimas, largos polímeros de aminoácidos, de estructura compleja.
- -Esas enzimas se sintetizan gracias a la información contenida en los ácidos nucleicos.
- -Pero para que los ácidos nucleicos se dupliquen y expresen la información hacen falta a su vez las enzimas.
Es el problema del huevo y la gallina el que se plantea. Se hace muy complicado sostener que aparecieran primero las proteínas y luego los ácidos nucleicos, o al revés: ¡parece que hace falta que se forme todo el conjunto a la vez! Es algo enormemente improbable que por reacciones químicas "tontas" (sin mediar procesos evolutivos de tipo biológico) surgieran a la vez el huevo y la gallina. Parece un callejón sin salida.
Pero apareció una solución inesperada..
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En 1981, Thomas Cech y Sidney Altman (premios Nobel en 1989) descubrieron que algunos ARN tienen capacidades catalíticas. En otras palabras ¡que algunos ácidos nucleicos (ARNs) pueden funcionar como enzimas!
Ya no hace falta suponer que surgieron proteínas y los ácidos nucleicos que las codifican a la vez. Habría un "mundo del ARN", como suele conocérsele, con ARNs capaces de replicarse y mejorar (evolucionar) en virtud de sus capacidades. Las enzimas actuales son mayoritariamente proteínas, pero muy a menudo requieren para su actuación colaboradores, coenzimas, que son como trocitos modificados de ARN (p. ej., el NAD, el FAD, el mismo ATP): ¿reliquias del mundo del ARN?
Esa capacidad evolutiva de los ARN favorecería el advenimiento posterior de las proteínas, aportando nuevas capacidades: pese a todo, siguen siendo mejores catalizadores que los ARN. Aunque quede por delante el gran problema de la evolución del aparato de síntesis de proteínas y del código genético, no son problemas insalvables.
La principal dificultad de la historia que nos preocupa gira en torno a ese mundo del ARN: no se ha encontrado una forma plausible de alcanzar, por evo-lución química, partiendo de sustancias simples, la formación de los propios ARN.
-Muchos investigadores piensan que a los ARN debieron precederlos unos polímeros con capacidades parecidas pero sin los inconvenientes del ARN. Se están buscando. ¡Y se están empezando a encontrar!: un ejemplo de lo que se ha encontrado ya son los llamados APN (ácidos nucleicos peptídicos). Los APN se asocian extraordinariamente formando dobles cadenas, y se asocian al ADN: tienen también interés terapéutico.
-Otros investigadores buscan reacciones en superficies. Se trata de la posibilidad de que las reacciones que lleven al ARN ocurran no en disolución, sino sobre superficies minerales, como las de las arcillas o –como postula Günter Wächtershäuser– la pirita. Wächtershäuser ha desarrollado una magnífica hipótesis científica: fácilmente contrastable. Las superficies de pirita en formación estarían próximas a fuentes termales submarinas. En los fondos oceánicos, hay surgencias de aguas a altas temperaturas que arrastran gases... y en sus cercanías hay sorprendentes ecosistemas en ausencia de luz solar: ¿empezaría ahí la vida?
-Dejo para el final otras superficies, más familiares y que seguimos utilizando: las membranas celulares. Son de fácil formación. Con componentes del meteorito de Murchison se forman vesículas, que ofrecen grandes posibilidades de concentración de sustancias interesantes para la vida.
En todas estas posibles soluciones –y en otras– se está trabajando, y esperamos hacernos una idea cada vez mejor de cómo se originó la vida hace quizás 4.000 millones de años. Pero ya en pocas décadas hemos aprendido mucho al respecto, y el origen de la vida no nos parece en absoluto un problema sin solución científica. Cuando sepamos más, quizás podamos hacernos una idea mejor de lo probable o improbable que es la aparición de la vida... y de lo probable o improbable que es la existencia de vida en otros planetas.
Que lo disfruteis:
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