“tiene la inteligencia humana el singular destino de verse acuciada por problemas de índole tal que no puede eludir, pues su misma naturaleza se los propone, y que tampoco puede resolver, puesto que a su alcance no se encuentran”.
Naturalmente, el científico quiere, en la medida de sus posibilidades, rellenar esos profundos huecos de nuestro conocimiento y dar una respuesta objetiva a los problemas planteados por nuestra curiosidad innata.
Creo que uno de los mayores problemas que acucia a la mente humana, y que nos remite tan lejos como al Génesis, se refiere al origen del Universo a partir de la “Nada”.
Como sabréis, en estos días se intenta poner en marcha un acelerador de partículas que, quizá en nuestra ingenuidad, esperamos que nos dé datos esenciales acerca de lo que probablemente fueron los primeros milisegundos de existencia del Universo, sobre el origen de la materia y del tiempo. Pero mi conocimiento sobre el tema se limita unos pocos textos de divulgación, y prefiero dirigirme a otro capítulo que también está en el Génesis y que está más en línea con mi especialidad y con la serie de colaboraciones con las que os vengo castigando en nuestra revista digital.
Me estoy refiriendo a otro de los problemas que nos acucia, el origen de la vida sobre la Tierra, y esto, forzosamente, nos conduce a hablar de nuevo de la Evolución. Así, después de haber tratado en mis anteriores colaboraciones de “un problema menor” como es el origen de ha especie humana por evolución de un simio ancestral, hoy quiero centrar la discusión sobre el origen de las primeras formas de vida a partir de la materia inorgánica. Esto sí puede ser considerado como un problema realmente mayor, y cuya respuesta, desgraciadamente, no se encuentra por el momento a nuestro alcance.
De hecho, es incluso problemático definir qué es un organismo vivo. Por no enredarme en academicismos, usaré la definición de ser vivo aceptada por la NASA: la vida es un sistema químico autosostenido y capaz de sufrir evolución darviniana.
Siguiendo el razonamiento de anteriores colaboraciones, la comparación de los genomas y de las características bioquímicas de las especies vivientes nos permite reconstruir el pasado y definir las características de nuestros ancestros. Extendiendo esta comparación hasta las formas más simples de vida podríamos llegar hasta el último antepasado común de todas las especies vivientes y que, con la sorna habitual de algunos científicos americanos, se denomina “LUCA” (Last Universal Common Ancestor).
LUCA ya debía poseer aquellas características que hemos heredado todas las formas de vida existentes. Pero aunque estas características son relativamente pocas, pensamos en LUCA como una célula con una maquinaria (metabolismo) capaz de obtener energía y materiales del medio para crecer, dividirse y evolucionar, es decir, un ser vivo de pleno derecho. Por tanto, debía poseer un material genético y un metabolismo que permitiera su autopropagación, y estar rodeado por una membrana que evitara la difusión en el medio circundante de toda esa maquinaria. Todas las especies vivientes en la actualidad tiene como material genético un ácido nucleico (DNA o RNA), que sirve de molde para su propia copia, y cuya información se expresa por la acción de una maquinaria constituida por RNA y proteínas, siguiendo las pautas impuestas por el código genético, una tabla que relaciona la secuencia de los ácidos nucleicos con las de las proteínas (cada tres letras del ácido nucleico se interpretan como uno de los veinte aminoácidos que forman parte de las proteínas.
Ver complemento del capítulo 2 o http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3digo_gen%C3%A9tico y http://www.youtube.com/watch?v=Rfc71nFYYgE).
LUCA ya usaba ese código genético puesto que no se conoce ningún ser vivo en la actualidad que no lo use. Esto implica que la vida de LUCA dependía tanto de los ácidos nucleicos como de las proteínas, que se sintetizaban a partir de la información contenida en ellos. Esto, por tanto, nos lleva al problema del huevo y la gallina: sin ácidos nucleicos no hay proteínas y sin proteínas no hay ácidos nucleicos.
¿Demasiado complejo para ser resuelto?. Afortunadamente, la salida a este dilema parece resuelta, ya que uno de los ácidos nucleicos, el RNA es capaz de realizar una buena parte de las funciones que hoy en día realizan las proteínas. En otras palabras, está bastante aceptado que antes de LUCA existió una forma de vida más sencilla basada únicamente en el RNA y que, posteriormente, las proteínas relevaron al RNA de muchos de los papeles que desarrollaba.
Este proceso fue claramente favorecido por la evolución ya que las proteínas eran más versátiles y eficientes en la realización de esas tareas. Hay que recordar que la síntesis de proteínas todavía hoy depende de la actividad del RNA (RNA mensajero, ribosomas, tRNAs) y que las proteínas desempeñan un papel que se puede calificar de accesorio en este proceso. Y al igual que en la síntesis de proteínas, hay otros procesos celulares que hoy en día siguen dependiendo de RNA, y que parecen ser vestigios de aquel mundo primigenio basado en un RNA capaz de autoreplicarse, autoregularse y evolucionar. También existe consenso en que la evolución llevó posteriormente a elegir el DNA como forma de almacenamiento de la información, ya que es más estable que el RNA en las condiciones actuales.
Pero incluso ese mundo primigenio de formas de vida basadas en el RNA tuvo que ser demasiado complejo: ¿cómo se sintetizaron esas primeras moléculas de RNA? ¿cómo se autoensamblaron y autoreplicaron? ¿cómo comenzaron a evolucionar?... A la última pregunta se puede contestar con datos experimentales, ya que se ha conseguido una especie de “evolución dirigida in vitro” en unos experimentos los que a partir de una mezcla de miles de moléculas de RNAs de secuencia aleatoria se seleccionaba espontáneamente una sola secuencia con una característica química prefijada de antemano por el investigador.
Para las otras preguntas no hay respuesta, solo unos balbuceos derivados de algunos descubrimientos reciente que, a pesar de todo, invitan a un cauto optimismo. Uno de los principales problemas es el establecimiento de un escenario plausible de las condiciones ambientales en las que se originó la vida. Hace ya más de 50 años que Stanley Miller (1930-2007) realizó un memorable experimento para su Tesis Doctoral en el que demostró que a partir de unos pocos compuestos inorgánicos (amoniaco, metano, agua e hidrógeno), que se supone eran los principales constituyentes de la Tierra primitiva, se sintetizaban espontáneamente toda una batería de moléculas orgánicas sencillas que forman parte de los seres vivos (usando la energía de descargas eléctricas que querían mimetizar tormentas eléctricas)
(ver videos http://es.youtube.com/watch?v=1-FbUNO2UzA
http://es.youtube.com/watch?v=C60P9-BXHJ0&feature=related
y http://es.wikipedia.org/wiki/Stanley_Miller ).
Esos experimentos se han refinado con los años y de esta manera se ha conseguido la síntesis de multitud de biomoléculas. Sin embargo, el principal problema con el que se encuentran estas investigaciones radica en la poca eficiencia con la que se generan polímeros a partir de esas biomoléculas sencillas (técnicamente, monómeros), y cómo esto podría ocurrir dentro de un entorno cerrado por una membrana celular que limitaría la disponibilidad de los monómeros para la síntesis.
Hay que recordar que tanto los ácidos nucleicos (incluyendo al RNA) como las proteínas son polímeros de nucleótidos o aminoácidos, respectivamente. En este sentido, experimentos publicados este verano por J. Szostak en Nature y en PNAS USA representan avances significativos en el campo de la polimerización. Estos investigadores de la Universidad de Harvard han desarrollado un modelo artificial llamado de protocélulas (una membrana de lípidos sencillos que envuelve a los polímeros).
Tras someterlas a condiciones ambientales de oscilación térmica como las que podrían encontrarse en un ambiente hidrotermal se consiguió no solo la polimerización de nucleótidos, sino la propia copia de moléculas de RNA. Y estas condiciones se han elegido así porque hay un escenario que empieza a ser considerado seriamente como el posible sitio en que se originó la vida. Me estoy refiriendo a las fumarolas de los volcanes subacuáticos. Estos son unos lugares extraordinarios en donde el agua filtrada por el fondo marino en las proximidades de los volcanes subacuaticos es propulsada de nuevo hacia fuera a presión en chorros de agua caliente (a más de 300 ºC), chorros que se enfrían bruscamente en contacto con las masas de agua oceánica. En este proceso se produce el depósito de minerales de azufre, hierro y otros materiales generando espectaculares chimeneas de paredes porosas.
Se ha sugerido que los poros del material que constituye las chimeneas podría constituir el armazón sobre el que se podrían ensamblar esas protocélulas capaces de acumular los polímeros de RNA, cuya síntesis podría estar favorecida por la composición mineral de sus paredes (catálisis) y por las oscilaciones en la temperatura del agua. Parece una paradoja que en este ambiente tan extremo y aparentemente inhóspito para los seres vivos actuales pudiera haber nacido la vida. Pero las apariencias engañan con frecuencia. De hecho, hoy en día hay múltiples organismos vivo esas fumarolas, desde bacterias primitivas, que quizá no hayan cambiado mucho desde los tiempos de LUCA, hasta crustáceos que han conseguido adaptarse a esas condiciones adversas y que se alimentan de las colonias de bacterias que crecen allí
(ver videos http://es.youtube.com/watch?v=grdK1A2JrjI&feature=related
http://es.youtube.com/watch?v=4LoiInUoRMQ&feature=related).
Sería fascinante encontrar en esos sitios formas de vida con una bioquímica aún más antigua que la que se atribuye a LUCA, aunque esto es realmente improbable puesto que seguramente serían menos eficientes y habrían sido desplazadas y extinguidas por las formas más modernas.
Obviamente estos son pasos muy iniciales hacia ese objetivo mítico que es la síntesis de vida en laboratorio a partir de materiales inorgánicos. Hay que reconocer que, a pesar de haber transcurrido ya más de cincuenta años del experimento de Miller, el avance en comparación con otros campos de la Biología Molecular ha sido más bien modesto, lo que claramente es reflejo de la dificultad de la tarea. Pero si finalmente esto se consigue, estaríamos ante uno de los principales descubrimientos de la historia de la humanidad, quizá solo comparable con la confirmación experimental del Big-Bang en el acelerador de partículas, si es que se confirma, o con el descubrimiento de vida en otros lugares del Universo.
Podéis leer más sobre este tema en un artículo que en general está bien documentado y creo que puede ser accesible a muchos lectores en http://es.wikipedia.org/wiki/Origen_de_la_vida
Un saludo
F. Zafra
