Acabo de leer What is Life? How Chemistry Becomes Biology, de Addy Pross, un libro sobre el problema del origen de la vida que parafrasea el famoso título de libro de Erwin Schrodinger What is Life?( es también un libro cortito, aunque algo más que el de Schrodinger, se ve que no hay todavía mucho que decir sobre el Origen de la Vida ;)). Os voy a explicar primero la idea fundamental del libro y os cuento después los experimentos en los que se basa esa idea.
Fijaos en la Figura 1 donde se describen las dos fases en la aparición de la vida:
- La primera fase es el paso de la No-vida a la Vida simple. A esta fase química en la que la vida emerge de la No-Vida se le da el nombre de Abiogénesis.
- La segunda fase es el paso de la vida simple a la vida compleja. Esta es la fase biológica y está perfectamente explicada con la Selección Natural de Darwin
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| Figura 1 |
La Teoría de la Evolución se admite que es aplicable desde que aparece el primer ser vivo ( el famoso LUCA, last universal common ancestor) y Darwin mismo, con muy buen criterio, no se metió con el problema del origen de la vida, porque lo veía irresoluble en su tiempo. Pues bien, lo que nos dice Addy Pross es que ya había evolución antes de que apareciera la vida. Lo que él dice es que estas dos fases son en realidad un único proceso continuo, y que existe una Evolución Química o Molecular antes de la Evolución Biológica, y que son en realidad la misma cosa. También nos dice que la Vida es un tipo especial de Química.
Vamos con las pruebas y datos para decir esas cosas que dice Pross. En 1967, Sol Spiegelman, un microbiólogo de la Universidad de Illinois realizó uno de los experimentos clásicos más importantes en Biología Molecular, cuando consiguió que se produjera replicación molecular de ARN (Acido Ribonucleico) en un tubo de ensayo. Spiegelman simplemente mezcló una hebra de ARN con los bloques de los que se compone el ARN y una enzima catalizadora para acelerar la reacción. Los bloques de los que se compone el ARN son los nucleótidos Guanina (G), Adenina (A), Citosina (C), y Uracilo (U). La forma en la que se realiza el proceso la tenéis en la Figura 2, pero no os asustéis de esta pequeña explicación bioquímica porque los resultados del experimento son muy sencillos de entender.
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| Figura 2 |
Lo que ocurre resumido es lo siguiente. El ARN actúa como plantilla y sobre él se van depositando los nucleótidos siguiendo la regla de que U va con A y G va con C. Luego estos nucleótidos se unen entre sí formando una hebra, una cadena de nucleótidos complementaria, que posteriormente se separa y queda libre. Esta hebra es como la imagen en el espejo de la primera, es decir que no es igual a la primera, pero esta segunda hebra actúa a su vez de molde para un nuevo proceso de replicación, y en dos pasos hemos conseguido una hebra igual la original. Pero esto no es lo importante...
...Lo interesante viene ahora. Este proceso de replicación no es perfecto y a veces un nucleótido erróneo se pega a la plantilla, por ejemplo un C en lugar de un A. Este fallo da lugar a un ARN mutante, y pasado un tiempo tenemos dos poblaciones de ARN, el ARN original y el ARN mutado. Y aquí es donde Spiegelman observó algo espectacular. A lo largo del tiempo la solución se llenó de ARN mutante porque se replicaba más rápido que el ARN original. De hecho, ¡la secuencia original puede llegar a desaparecer con el tiempo! Es decir, ¡se está produciendo selección darwiniana al nivel molecular! Dado que los ARN más cortos se replican antes, la hebra original compuesta de unos 4000 nucleótidos se acortó y acabó en unos 550. Esto recuerda de forma asombrosa a cuando organismos como las salamandras que viven en la oscuridad se deshacen de los ojos porque ya no son necesarios. Verdaderamente increíble. Antes de que sigamos es importante recalcar que este proceso del experimento de Spiegelman es totalmente químico, no biológico. El ARN es una molécula, no es un ser vivo. Y el hecho de que una molécula que se replica lentamente evolucione a una que se replica más rápido se debe exclusivamente a factores químicos. Es decir, que cuando unas moléculas replicantes compiten por los bloques comunes de los que están compuestas, los replicadores más rápidos desplazan a los más lentos, que pueden llegar a desaparecer. El paralelismo con las ideas de Malthus y con la extinción de las especies creo que es evidente. Por lo tanto, lo que se llama selección natural en el mundo biológico también opera en el mundo químico. La secuencia: replicación-mutación-selección-evolución existe a nivel químico. Este fenómeno de evolución molecular o química ha sido observado por otros investigadores y es hoy en día un experimento documentado y admitido.
Pero hay más. En la biología y la ecología hay un principio que se llama el principio de exclusión competitiva que dice que no pueden existir competidores completos, es decir, tiene que haber una diferenciación ecológica para que dos especies puedan coexistir. Si dos especies ocupan el mismo nicho ecológico la que esté mejor adaptada al nicho desplazará a la otra. Si las dos especies se alimentan de recursos diferentes entonces sí pueden sobrevivir. El ejemplo clásico es el de los pinzones de las Galápagos con diferentes tipos de picos para los diferentes tipos de semillas, pero hay muchos otros. El principio que nos interesa es que distintas variedades de una especie pueden existir siempre que se adapten a alimentarse de diferentes recursos. Y lo fascinante es que esto ocurre también en el mundo químico.
Esto lo descubrió Gerald Joyce en otro experimento. Cuando dos ARN, pongamos ARN-1 y ARN-2 se replicaban y evolucionaban en presencia de un sustrato determinado eran incapaces de coexistir. Si el ARN-1 era más rápido en replicarse el ARN-2 se extinguía. Si poníamos un sustrato diferente, podía ser el ARN-2 el que extinguía al ARN-1. Pero lo más interesante ocurrió cuando se dejó a dos moléculas de ARN evolucionar en presencia de 5 sustratos diferentes. Entonces los dos ARN fueron capaces de coexistir pero de una manera inesperada. Al principio, los dos ARN usaban los cinco sustratos en grados diversos para replicarse pero, con el paso del tiempo, cada molécula de ARN evolucionó para optimizar su capacidad replicativa con respecto a diferentes sustratos. El ARN-1 evolucionó para optimizar su replicación con uno de los cinco sustratos, mientras que el ARN-2 evolucionó para utilizar otro de los cinco sustratos. Evidentemente, aquí las moléculas de ARN están comportándose exactamente igual que los pájaros y otras muchas especies biológicas. Los pájaros simplemente están haciendo lo que ciertas moléculas empezaron a hacer millones de años atrás. Es decir, que la química y la biología están conectadas.
A la luz de estos experimentos llegamos a la conclusión de que la Abiogénesis y la evolución biológica son en realidad un único proceso y que, como decía al principio, ya había evolución antes de que hubiera vida. Creo que es una idea muy poderosa. Hay que decir en honor a Darwin que él ya intuyó este principio, como se refleja en una carta a George Wallich en 1882: “el principio de continuidad hace probable que este principio de la vida se demuestre algún día que es parte de una ley más general”. Lo que yo me pregunto es si este principio podrá extenderse en el futuro al mundo de la Física.
Referencia
Estupendo resumen, Pablo.
ResponderEliminarUn saludo.