La iniciación de los procesos biológicos en la Tierra.

Cuando la Tierra se formó, hace unos 4600 millones de años, era un lugar inhóspito y carente de vida. Mil millones de años después se hallaba cubierta por organismos parecidos a las algas cianofíceas. ¿Cómo vinieron? O mejor, ¿cómo comenzó la vida? Esta vieja pregunta sigue generando fascinantes conjeturas e ingeniosos experimentos, muchos de los cuales se centran en la posibilidad de que la aparición de ARN autorreplicante fuera un crítico punto de inflexión en el camino hacia la vida.

Hasta mediados del siglo XVII, el origen de la vida estaba resuelto. Dios había creado al hombre y a los organismos superiores, mientras que insectos, ranas y demás criaturas pequeñas surgirían por generación espontánea en el fango o en materia en descomposición. Pero a lo largo de los dos siglos posteriores tal descripción fue sometida a una revisión profunda, hasta que, mediado el XIX, dos importantes avances sentaron las bases del enfoque moderno.

En primer lugar. Louis Pasteur desarmó la noción de generación  espontánea al demostrar que hasta las bacterias y otros microorganismos procedían de progenitores parecidos a ellos. Planteó, además, la cuestión sobre la entrada en existencia de la primera generación de cada especie. El segundo avance, la teoría de la selección natural, sugería una respuesta. 

De acuerdo con dicha teoría, propuesta por Charles Darwin y Alfred Russel Wallace, algunas de las diferencias entre los individuos de una población eran hereditarias. Ante los cambios que se operan en el en- torno, los individuos dotados de rasgos que les proporcionen una mejor adaptación al nuevo estado de cosas poseen las mejores posibilidades de reproducción. En consecuencia, la siguiente generación contiene un porcentaje mayor de individuos mejor adaptados, con características más eficaces. En otras palabras, la presión del medio selecciona en pro de la perpetuación de aquellos rasgos que implican una mejor adaptación.

En la selección natural actuante, generación tras generación, podría   llevar a la evolución de organismos muy complejos a partir de otros muy simples. La teoría implica, por tanto, que todas las formas de vida actuales proceden de un progenitor único y simple, al que se le denomina último antecedente común de la vida. Se dice que es el “último”, y no el “primero”, porque se trata de la forma de vida común a todos los organismos actuales; ella misma debió tener antepasados más remotos.

Darwin escribió en su último párrafo de El origen de las especies que el Creador inspiró vida originalmente a algunas formas o a una de ellas. Entró entonces la evolución: “A partir de un comienzo tan elemental se fueron produciendo ilimitadamente formas más bellas y maravillosas, que siguen evolucionando.”

En correspondencia privada, sin embargo, apuntó la posibilidad de que la vida surgiera de un proceso químico, “en una pequeña charca caliente, en presencia de todo tipo de sales de amonio y de ácido fosfórico, de luz, calor, electricidad, etc”. Durante buena parte del siglo xx, las investigaciones sobre el origen de la vida se han encaminado a desentrañar la hipótesis mencionada en privado por Darwin, es decir, a elucidar de qué forma la interacción espontánea entre moléculas relativamente simples disueltas en los lagos y océanos del mundo prebiótico pudo dar lugar al último antepasado común de la vida. Para responder a la cuestión, conviene adentrarse en las características de tal antepasado. Debía poseer información genética, esto es, instrucciones hereditarias sobre cómo operar y re- producirse; debía contar también con algún modo de replicarse y ejecutar dichas instrucciones, pues de lo contrario no habría dejado descendientes. Además, el sistema de replicación del material genético debía permitir cierta variabilidad aleatoria de los caracteres hereditarios de la copia, de forma que pudieran seleccionarse nuevos rasgos que desembocaran en la creación de especies diversas.

Partiendo de semejanzas entre organismos contemporáneos, se ha recabado información sobre el último antepasado común. Se puede asegurar que ciertos rasgos complejos presentes en todas las variedades de vida modernas también se hallaban presentes en dicho antepasado. La verdad es que resultaría punto menos que imposible que los trazos universales aludidos hubieran evolucionado por separado. Imaginémonos dos guiones de cine que, salvo algunas palabras, fueran idénticos. No sería razonable atribuirlos a dos autores distintos. Por la lógica de los hechos, un guion sería copia imperfecta del otro o, ambas versiones, transcripciones ligeramente modificadas de un tercer texto.

Entre las semejanzas manifiestas está la constitución de los seres  vivos, formados todos por parecidos compuestos orgánicos, ricos en carbono. Otra propiedad compartida: las proteínas presentes en los organismos de nuestros días se forjan a partir de un conjunto de 20 aminoácidos típicos. Entre dichas proteínas se incluyen las enzimas, que son catalizadores biológicos, que intervienen en el desarrollo, la supervivencia y la reproducción.

Además, los organismos contemporáneos llevan su información genética en ácidos nucleicos (ARN y ADN) y usan esencialmente el mismo código genético. Este código especifica las secuencias de aminoácidos de todas las proteínas que cada organismo necesita. Más precisamente, las instrucciones toman la forma de secuencias específicas de nucleótidos, los bloques de construcción de ácidos nucleicos. Estos nucleótidos consisten en un azúcar (desoxirribosa en el ADN y ribosa en ARN), un grupo fosfato y una de cuatro bases diferentes que contienen nitrógeno. En el ADN, las bases son adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). En el ARN, el uracilo (U) sustituye a la timina. Las bases constituyen el alfabeto, y los trillizos de bases forman las palabras. Como ejemplo, el triplete CUU en ARN instruye a una célula para agregar el aminoácido leucina a una hebra creciente de proteína. 

De estos hallazgos podemos inferir que nuestro último ancestro común almacenó información genética en ácidos nucleicos que especificó la composición de todas las proteínas necesarias. También dependía de las proteínas para dirigir muchas de las reacciones necesarias para la auto perpetuación. Por lo tanto, el problema central de la investigación sobre el origen de la vida se puede refinar para preguntar: ¿Mediante qué serie de reacciones químicas se produjo este sistema interdependiente de ácidos nucleicos y proteínas?

Cualquier persona que intenta resolver este rompecabezas encuentra inmediatamente una paradoja. Hoy en día los ácidos nucleicos se sintetizan sólo con la ayuda de proteínas, y las proteínas se sintetizan sólo si su correspondiente secuencia de nucleótidos está presente. Es extremadamente improbable que las proteínas y los ácidos nucleicos, ambos estructuralmente complejos, surgieran espontáneamente en el mismo lugar al mismo tiempo. Sin embargo, también parece imposible tener una sin la otra. Y así, a primera vista, uno podría tener que concluir que la vida nunca podría, de hecho, haber originado por medios químicos.
 

A finales de los años sesenta, Carl R. Woese de la Universidad de Illinois, Francis Crick, entonces en el Consejo de Investigación Médica en Inglaterra, y yo (trabajando en el Instituto Salk para Estudios Biológicos en San Diego) sugirieron una forma independiente de esta dificultad. Propusimos que el RNA bien podría haber venido primero y establecido lo que ahora se llama el mundo del ARN - un mundo en el cual el ARN catalizó todas las reacciones necesarias para que un precursor del último antepasado común de la vida sobreviviera y replicara. También postularon que el ARN podría, posteriormente, han desarrollado la capacidad de vincular los aminoácidos juntos en proteínas. Este escenario podría haber ocurrido, señalamos, si el ARN prebiótico tenía dos propiedades no evidentes hoy en día: una capacidad de replicar sin la ayuda de proteínas y una capacidad para catalizar cada paso de la síntesis de proteínas.

Hubo algunas razones por las que preferimos ARN sobre el ADN como el generador del sistema genético, a pesar de que el ADN es ahora el principal repositorio de la información hereditaria. Una consideración fue que los ribonucleótidos en ARN son más fácilmente sintetizados que los desoxirribonucleótidos en el ADN. Por otra parte, era fácil imaginar formas en que el ADN podría evolucionar a partir de ARN y, a continuación, siendo más estable, asumir el papel del ARN como el guardián de la herencia. Sospechamos que el ARN llegó antes que las proteínas en parte porque teníamos dificultad para componer cualquier escenario en el que las proteínas pudieran replicarse en ausencia de ácidos nucleicos.

Durante los últimos 10 años, una buena cantidad de evidencia ha dado credibilidad a la idea de que el hipotético mundo del ARN existe y conduce al advenimiento de la vida basado en el ADN, el ARN y la proteína. Notablemente, en 1983 Thomas R. Cech de la Universidad de Colorado en Boulder y, independientemente, Sidney Altman de la Universidad de Yale descubrió las primeras ribozimas conocidas, las enzimas hechas de ARN. Hasta entonces, se pensaba que las proteínas llevaban a cabo todas las reacciones catalíticas en los organismos contemporáneos. De hecho, el término "enzima" se suele reservar para las proteínas. Las primeras ribozimas identificadas podrían hacer poco más que cortar y unir ARN preexistente. Sin embargo, el hecho de que se comportaron como enzimas agregó peso a la noción de que el ARN antiguo también podría haber sido catalizador.

The Original Origin-of-Life Experiment 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Origen de la vida en la Tierra

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Eduardo gershman, 19.5.2017