el misterioso origen de la vida

Indicios de que la vida terrestre se remonta a 3.700 millones de años
EL PAÍS, Madrid El origen en el tiempo de la vida en la Tierra, uno de los temas recurrentes en la paleobiología, sigue acumulando datos que lo retrasan, aunque no sean concluyentes. Un geólogo danés presenta ahora pruebas de que rocas sedimentarias del este de Groenlandia indican la presencia de plancton hace 3.700 millones de años. Los fósiles más antiguos conocidos datan de hace 3.500 millones de años, pero los científicos intentan remontarse más atrás, a pesar de que de esas épocas no existen fósiles porque resultaron destruidos por las violentas presiones y temperaturas a que fueron sometidas las rocas que los albergaban. Una forma es analizar el contenido en diferentes isótopos de carbono de rocas metamórficas, que se formaron como rocas sedimentarias en el fondo del océano. Si los mares o los sedimentos contuvieron vida en ese tiempo, éstos tendrían más carbono 12 que carbono 13, y esta característica se transmitiría a los sedimentos. El geólogo M. T. Rosin explica en la revista Science que el análisis de glóbulos microscópicos de grafito, procedentes de rocas de hace 3.700 millones de años, indica que son pobres en carbono 13, como sucedería si hubieran contenido organismos marinos ancestrales. En la misma revista, otros investigadores comunican un experimento en el que sintetizaron un grupo de moléculas que pudieron haberse formado en las condiciones que se cree se dieron para formar el ARN, el material genético inicial de la vida. Los autores sugieren que la naturaleza no eligió el ARN por la estabilidad de su estructura en doble hélice, ya que los enlaces de las moléculas que ellos han sintetizado, y que creen que se hubieran producido al mismo tiempo que el ARN bajo las condiciones iniciales que se dieron, son más fuertes que los del ARN. Concluyen que el ARN era más adecuado probablemente por la combinación de fuerza y estabilidad.
El País: Viernes 29 enero 1999.
Gerald Joyce acelera la evolución intentando emular la aparición espontánea de vida
Gerald Joyce, del laboratorio del Instituto Scripps en La Jolla (California), ha realizado experimentos que imitan la estrategia de la evolución darwiniana con moléculas de ARN (cadenas únicas de ácido ribonucleico). Su experimento se inspiró en el descubrimiento en 1982 de Thomas Cech, en la Universidad de Colorado, acerca del ARN. Cech descubrió que a veces el ARN puede actuar como enzima (un tipo de proteína).La función primaria del ARN en la célula es llevar instrucciones genéticas desde el núcleo de la célula, el depósito de ADN (ácido desoxirribonucleico), a las ribosomas (que facrican las proteínas que se encargan de realizar las instrucciones). Lo que descubrió Cech es que en ocasiones un tipo de ARN, al que llamó ribozima, puede actuar como una enzima y cortar parte innecesarias de sí mismo antes de llevar el mensaje.
Joyce pensó que el ARN de tipo ribozima, igual que el ADN, puede llevar la información genética necesaria para su propia reproducción. Pero además, al contrario que el ADN -y más como una proteína- también realiza una función que podía ser alterada mediante la evolución. Esta forma versátil de ARN es lo que Joyce buscaba para su experimento.
En 1990 Joyce utilizó la ribozima original de Cech como molde, produjo 10 billones de versiones, cada una con ligeras diferencias, y provocó lo que denominaba "evolución dirigida". Esto consistía en imponer un criterio de selección , de manera que escogía las ribozimas que sabían cortar ARN y, por evolución, las ponían a hacer algo que no hacen en la naturaleza, que es cortar ADN. Para lograrlo, Joyce introdujo cadenas de ADN en tubos de ensayo llenos de ribozimas. La mayoría de las moléculas, tal como se esperaba, hicieron caso omiso del ADN, pero algunas más rebeldes mostraron más interés y acabaron por cortar las cadenas de ADN, en una proporción de una por cada millón. Las moléculas de ARN que consiguieron cortar ADN eran reconocibles por los restos de ADN que les quedaba pegados. Joyce seleccionó a los ganadores evolutivos e intentó una segunda estrategia evolutiva: multiplicar sus escasas ribozimas cortadoras de ADN.
El ARN no es un organismo vivo y no puede reproducirse sin ayuda. Para lograrlo Joyce tuvo que suministrar cuatro moléculas especializadas: dos cebadores que preparan al ARN para ser copiado y dos enzimas que aceleran el proceso de reproducción. De esta forma se obtuvieron millones de ribozimas cortadoras de ADN. Pero estas ribozimas todavía eran ineficaces cortadoras de ADN. La tercera estrategia de la evolución consistió en introducir mutaciones en los nuevos descendientes mediante enzimas reproductoras imperfectas. Estas enzimas copiaban las ribozimas pero cometiendo errores que producían moléculas sutilmente diferentes de las ribozimas originales. Muchas eran peores cortadoras de ADN, pero se obtuvieron dos que, por pura casualidad, hacían mejor el trabajo.
Joyce repitió el ciclo de selección, amplificación y mutación sucesivamente, hasta completar en dos años 27 de estos ciclos. Mientras que los antepasados eficaces necesitaban una hora para cortar ADN, las ribozimas de última generación podían hacerlo en menos de cinco minutos y lo hacían tan bien como sus antepasadas cortaban ARN. Había sido un proceso de auténtica evolución.
En un experimento posterior, Joyce trató de que sus ribozimas pudieran prescindir de una de las dos enzimas reproductoras hasta que obtuvo algo más pequeño que las ribozimas anteriores. En generaciones posteriores, estas moléculas fueron oscilando en tamaño, pero cada vez se reproducía mejor. Joyce bautizó a este ARN independiente como "minimonstruo", ya que acabó pudiendo prescindir de las cebadoras, aunque no de las dos enzimas. Cuando las ribozimas de Joyce logren evitar la dependencia de las enzimas para reproducirse el proceso químico de la evolución dirigida estará completado y se habrá imitado el mayor logro de la naturaleza, lo que la naturaleza consiguió por primera vez hace unos 3.700 millones de años con la aparición espontánea de la vida.
Dentro de unos límites, puede llegar a conseguirse que el propio ADN evolucione. Hasta ahor no se ha conseguido que el ADN actúe como una enzima, pero sí se ha logrado que interactúe con proteínas, ligándose a "interruptores de proteínas" que hacen que un gen esté activo o no.
Estos experimentos tienen fines médicos. El uso de progreso evolutivo en biotecnología permite que los científicos no tengan que prever todos los recovecos del diseño del fármaco. Las propias moléculas pueden dirigir el proceso. En una empresa de biotecnología de Colorado (Boulder), Larry Gold están haciendo que el ARN ataque por ejemlo un tipo de hormona implicado en algunos cánceres. Al fijarse al factor de crecimiento, a la hormona, y neutralizarlo, la molécula puede ayudar a prevenir la enfermedad. Es posible hacer evolucionar el ARN para prácticamente todo.
Otra conclusión de Joyce es que mutaciones que son útiles en un contexto pueden extinguirse cuando cambian las condiciones. Así una mutación entre la segunda y octaba generación disminuyó cuando empezaron a acumularse otras mutaciones más beneficiosas en otros lugares y desapareció en la undécima generación. Si este proceso dinámico e interdependiente ocurre en una minúscula molécula, la complejidad de la evolución en organismos vivos enteros es algo que apenas puede ser imaginado. Se está empezando a comprender que los rasgos evolutivos son muy dependientes unos de otros. No se puede decir que un gen hace esto y otro gen otra cosa diferente. Los genes interaccionan y están sujetos a efectos sinérgicos y excluyentes. No se sabe lo que hará en un sistema genético la inclusión o exclusión de un gen aislado, lo cual tiene importantes repercusiones para la terapia genética.
Peter Radetsky. Discover/El País 29 de junio de 1994.
Stanley L. Miller y el origen de la vida en la Tierra
Xavier Pujol Gebellí. El País, 18 de noviembre de 1998. Entrevista con motivo de su visita a Barcelona. Bioquímico californiano nacido en 1930. En 1953 demostró que a partir de una mezcla de metano, amoníaco, agua e hidrógeno era posible sintetizar aminoácidos, posibles precursores de los actuales ácidos nucleicos. De su famosa "sopa prebiótica" se infieren las condiciones que debieron reinar en la tierra antes de la aparición de la primera molécula orgánica.
La ribosa, azucar que da forma al ARN, solo sobrevive 73 minutos a 100 grados de temperatura, mientras que a cero grados puede sobrevivir 44 años. Esto permite suponer algunas de las condiciones de la Tierra antes de la aparición de las formas vivas.
La ribosa es un compuesto demasiado frágil, lo que sugiere que probablemente es una molécula preARN. La más prometedora es una forma de ácido nucleico que incluye algún péptido en su estructura. Si se obtuviera esa molécula en condiciones prebióticas y cumpliera con las de estabilidad y capacidad de replicación, sería el eslabón que falta.
El ARN reúne las condiciones básicas para la vida: es estable, absorbe y transforma energía y puede replicarse. Esta podría no sólo ser la definición de materia viva sino de evolución, puesto que abre las puertas a posibles mutaciones y a la selección natural.
Aparición de la vida en la Tierra
Si las condiciones de la Tierra eran reductoras, su atmósfera estaba formada por C02, hidrógeno y metano, y estos compuestos reaccionaron al paso de luz ultravioleta, surgirían sustancias orgánicas similares a las actuales.
Otra teoría es la autotrófica que sugiere que en el momento de aparecer la vida en la Tierra se disponía de un abanico de posibilidades metabólicas. Ello implicaría que los primeros organismos tenían ya sistemas complejos. Esto puede verse como una contradicción.
El azar del ADN
Que el ADN de cualquier ser vivo este integrado por cuatro nucleótidos (ácidos nucleicos?), diferenciados por sus bases nitrogenadas y apareados en una doble cadena helicoidal; que la información genética contenida en esa doble hélice se transcriba a una cadena simple de ARN; y que en principio una secuencia dada de tres nucleótidos de esta cadena codifique un aminoácido específico de los 20 posibles que entran en la constitución de las proteínas, resulta un hecho que impresiona por su aparente arbitrariedad.
¿Por qué ese aminoácido precisamente y no uno de los 19 restantes? Se especula con que pudieron muy bien existir un número elevado de códigos genéticos primordiales, cada uno de ellos con una relación distinta entre tripletes de nucleótidos y aminoácidos, y empleado cada código por un grupo diferente de seres vivos. Pero finalmente, y seguramente por circustancias azarosas, sólo un código prevaleció. La idea de que un accidente del pasado pudo dar pie a una regularidad tan vital (nunca mejor dicho) pone de manifiesto que algunos de los patrones básicos del universo responden a leyes físicas fundamentales, pero que otros casi no menos importantes son producto del azar histórico (accidentes congelados).