Capítulo XVI: El origen de la vida.

Capítulo XVI: El origen de la vida.

 Saludos, gentiles lectores. Tras perdernos en los capítulos anteriores en especulaciones y divagaciones acerca de las probabilidades de vida e incluso de vida inteligente en otros lugares del universo, es hora de pasar a los hechos y centrarnos en lo que sabemos indiscutiblemente: que la vida apareció de alguna manera en la Tierra y con el tiempo ha llevado a nosotros. Así que le sacudimos el polvo a nuestra Máquina del Tiempo Imaginaria y nos disponemos a viajar al pasado ancestral de nuestro planeta, nada menos que 3.800 millones de años antes de que usted y yo decidiéramos ponernos frente a un ordenador a escribir / leer sobre estos temas. Pulsamos las palancas adecuadas y allá vamos.

 Lo que nos encontramos no nos resulta para nada familiar. Hemos caído sobre terreno emergido, pero la atmósfera no nos es respirable. Es rica en dióxido de carbono, vapor de agua y nitrógeno, con trazas de metano, dióxido de azufre, y otros compuestos, pero la cantidad de oxígeno presente es muy baja y sin abundancia del mismo tampoco hay capa de ozono (1), con lo cual de no estar protegidos con nuestros trajes imaginarios no solo nos asfixiaríamos sino que también seríamos fritos por la radiación del Sol. No sé cual de las dos cosas nos mataría primero, pero mejor no averiguarlo. Al menos la baja concentración de oxígeno resulta favorable para la aparición de la vida, pues este gas es muy reactivo y una alta dosis del mismo habría sido un letal veneno para cualquier organismo primitivo (2). En cuanto a las temperaturas, se sospecha que eran similares a las que tenemos ahora, pues aunque el Sol de la época alumbraba solo un 30% en comparación con el actual, la gran abundancia de dióxido de carbono en la atmósfera lo compensaba con su efecto invernadero (de lo contrario nuestro planeta habría sido una inhabitable bola de hielo). 

 La puesta del mortecino Sol de la época nos revela otra sorpresa: la recientemente formada Luna luce gigantesca en el cielo. Desde que nuestro enorme y carismático satélite se formó ha estado alejándose de nosotros a razón de unos 4 centímetros al año. La causa es que parte del momento angular de la Tierra se ha ido transfiriendo al momento orbital de la Luna, o dicho en cristiano, nuestra rotación se ha ido ralentizando a la par que la órbita de la Luna se alargaba y esta se alejaba de nosotros. A resultas de todo ello, ahora, es decir, hace 3.800 millones de años, un día terrestre dura menos de 20 horas (3) y la luna se encuentra 152.000 km más cerca de nosotros, es decir, casi un 50% más (ahora está a unos 385.000 km). 

La Luna luce a casi el doble de su tamaño original en los cielos de la Tierra Primitiva.

 En tan desconcertantes circunstancias apareció la vida en la Tierra, y la pregunta que todos nos hacemos es... ¿Cómo? Nótese que he dicho apareció y no surgió, dejando abierta la puerta a que pudiera venir de fuera, hipótesis denominada "Panspermia". Pudo nacer en Marte o en otro lugar y llegar aquí a bordo de un meteorito. Sin embargo eso no nos resuelve el problema, pues en algún sitio y de alguna manera tuvo que surgir por vez primera. Incluso si fuéramos fruto de una hábil manipulación genética extraterrestre como han sugerido algunos... ¿de donde salieron esos extraterrestres? El tema del origen de la vida hay que afrontarlo de frente, no se lo puede esquivar. Estando así las cosas, seamos prácticos: hoy por hoy solo podemos especular sobre el nacimiento de la vida en la Tierra primitiva o en algún otro lugar con similares circunstancias (como Marte), y como la primera opción es claramente la más probable, contemporicemos y quedémonos con ella. Perfecto, pero... ¿y cómo demonios nació aquí la vida? Podría responderles que nadie lo sabe e irme a hacer otras cosas, pero como me gusta escribir (y quisiera pensar que a ustedes leerme) trataré de explicar las diferentes aproximaciones que la comunidad científica ha intentado para este enigma. Pero antes de nada, sería muy interesante definir que es lo que queremos decir con la palabra "vida".

 Paul Davies en su premiado libro "El Quinto Milagro", nos propone las siguientes paradojas:

- Un ser vivo metaboliza, procesando sustancias químicas para obtener energía con la que mantenerse, exactamente igual que la Gran Mancha Roja de Júpiter, la gigantesca tormenta jupiterina que veíamos en el Capítulo X y que desde su descubrimiento hace ya bastantes décadas sigue ahí, sin visos de querer desvanecerse.

La Gran Mancha Roja de Júpiter.

- Un ser vivo se reproduce, pero las mulas no, y los incendios forestales y ciertos cristales sí.


- Un ser vivo posee una complejidad organizada, como un automóvil.


- Un ser vivo crece y se desarrolla, como hace la herrumbre.


- Un ser vivo contiene información y la transmite, como los virus informáticos que amenazan nuestros ordenadores.


- La vida presenta una mutación entre permanencia y cambio, con un equilibrio entre mutación y selección, como hacen algunos programas informáticos que hemos diseñado. El ejemplo más característico en este ámbito es el denominado “juego de la vida”. 

Como cuenta Stephen Hawking en su libro “El Gran Diseño”, las reglas del “juego de la vida” son sencillas. Diseñado por el matemático británico John Horton Conway en 1970, consiste en lo siguiente: tenemos un tablero con casillas o células en su interior. Dichas células (quedémonos con esa denominación) pueden estas vivas o muertas (o apagadas / encendidas si lo prefieren). El juego funciona por turnos y solo hay dos reglas:

• Una célula muerta con exactamente 3 células vecinas vivas "nace" (al turno siguiente estará viva).
• Una célula viva con 2 o 3 células vecinas vivas sigue viva, en otro caso muere o permanece muerta (por "soledad" o "superpoblación"). 

 Según esto, a partir de una cierta configuración inicial el sistema evolucionará solo, sin que sea necesaria ninguna injerencia exterior, de hecho uno solo se limita a observar lo que ocurre en él, y aquello que se observa no puede ser descrito más que como realmente impresionante. Pronto surgen, mediante una suerte de selección natural de células, patrones realmente complejos entre agrupaciones cambiantes de dichas células a los que se ha ido poniendo nombre en función de su comportamiento. Por ejemplo están los "planeadores", que variando en ciclos regulares su forma se dedican a "planear" sobre el tablero virtual. O mejor aún, la "ametralladora de planeadores", que puede lanzar ráfagas de ellos indiscriminadamente.

 Otro patrón apodado "matusalén" es capaz de ir cambiando su aspecto hasta volver a su forma original tras un número muy elevado de turnos. También hay "locomotoras" que se mueven dejando a su paso un rastro de células al azar, pero mi favorito es el "criadero". Se trata de una enorme e increíble estructura que avanza por el tablero dejando un reguero de ametralladoras de planeadores. 

 E incluso algunos patrones simplemente tienen la virtud de ponerse a crecer indefinidamente, como la vida.

 Si todo esto surge a partir de un tablero virtual con casillas encendidas y apagadas y dos simples reglas... ¿que podemos esperar del resultado de la combinación de numerosos compuestos orgánicos en la Tierra primitiva? ¿Y puede darse o haberse dado la vida en algún otro formato distinto de aquel que conocemos (a base de reacciones bioquímicas)? 

 Enfrentados ya directamente a la cuestión del origen de la vida, todos los intentos de explicarla se han topado con las siguientes paradojas.

 En primer lugar tendríamos el equivalente evolutivo a la conocida paradoja del huevo y la gallina (4). Sabemos que toda la vida en la Tierra se basa en el ADN (ácido desoxirribonucleico), que contiene todo nuestro código genético, es decir, las instrucciones para, mediante ciertos mecanismos bioquímicos, poder replicarse. Sin embargo el ADN se ve auxiliado mediante una compleja maquinaria bioquímica, entonces... ¿que fue primero? ¿la maquinaria capaz de replicar el material genético o el material genético capaz de codificar (crear) esa maquinaria? El único modo de resolver esta paradoja era encontrar alguna otra molécula que, ella sola, pudiera contener la información genética y a la vez los mecanismos necesarios para poder replicarse. Por fortuna esa molécula fue descubierta, es el ARN (ácido ribonucleico), una suerte de versión simplificada del ADN, con una sola hebra trenzada de nucleótidos en vez de dos.

ARN frente a ADN (con sus siglas al revés en inglés). Los eslabones que componen sus cadenas son los denominados nucleótidos, de colores en la imagen. Con dichas letras se escribe todo lo que somos y podemos llegar a ser.

 Concretamente dicho ARN contiene unos segmentos denominados "ribozimas" que en efecto contarían con la capacidad de replicarse ellos solos, como veremos más adelante.

 Tal vez llegados a este punto el lector se esté rascando la cabeza preguntándose a que nos referimos exactamente con eso de "mecanismos de replicación del ADN" y cómo es que esos fragmentos de ARN puedan "hacerlo ellos solos". Bien, con el fin de arrojar luz sobre esto expliquemos (muy grosso modo) como funciona la replicación del ADN por ejemplo en usted, cuando una de sus células se divide, cosa que sin duda estará sucediendo ahora mismo en muchos lugares de su cuerpo.

 Cuando esto ocurre, la doble hélice que conforma su ADN se "desenreda" y una enzima (5) denominada "ADN polimerasa" se encarga de realizar una copia bastante precisa de cada hebra, cuyos "eslabones" son los llamados nucleótidos, encajando después una con otra con precisión.

La ADN ligasa por ejemplo es una de las enzimas reparadoras, mientras que el ARN cebador abre las espirales. Como pueden imaginar, el proceso de replicación del ADN es en extremo complejo y excede mi capacidad para explicarlo.

 Pero incluso a pesar del buen hacer de la ADN polimerasa se producen errores, con una tasa más o menos del 2%. Eso es mucho, dada la gran complejidad y longitud de nuestro ADN, pero por fortuna contamos con mecanismos encargados de repararlo (otras enzimas), bajando la tasa de errores hasta a un 0,000001%, algo compatible con nuestra correcta replicación y por tanto con nuestra supervivencia. Sin embargo, suponer que el ADN apareció en medio de la Tierra primitiva con su fiel ADN polimerasa al lado y su cohorte de "enzimas-mecánico" prestas a repararlo, es demasiado suponer. No obstante hay en nuestras células un extraño personaje que ya anunciábamos y que nos ayudará a tratar de resolver el enigma del origen de la vida: el ARN (6). Esta molécula se encarga principalmente de actuar como mensajera en la expresión del ADN ¿y que significa esto? Bueno, en nosotros el ADN hace mucho más que replicarse, ya que en realidad da toda da una serie de órdenes destinadas a construirnos y mantenernos con vida. Las ejecutantes de esas órdenes son ciertas proteínas que se construyen "al uso" en un orgánulo de nuestras células denominado ribosomas (no confundir con las ribozimas). De hecho cada uno de nuestros genes se expresa codificando una proteína en concreto (7) que es la que "se manchará las manos". Y, llegando a lo que nos interesa, lo que hace el llamado ARN-mensajero es transmitir la información necesaria para construir la proteína que se requiera desde el ADN al ribosoma (allí el denominado ARN-ribosómico copiará dicha información y se encargará de ensamblar nuestra proteína)... ¡Y nuestros ARNs hacen su trabajo sin la ayuda de enzimas! Sorprendentes propiedades, y muy útiles de cara a imaginarnos la existencia de una molécula capaz de replicarse sin intervención de enzima alguna. 

 En 1981 Thomas R. Cech, el descubridor del ARN y ganador del premio Nobel de Química por ello, propuso la teoría del "Mundo de ARN", en el cual esta molécula habría empezado a hacer copias de si misma de modo autónomo poniendo en marcha el mecanismo de la selección natural. Experimentos liderados por este investigador demostraron que podía sintetizarse en laboratorio ARNs capaces de hacer copias de otros ARNS preexistentes, e incluso ribozimas mutantes que catalizarían las reacciones requeridas para su propia autoreplicación. Sobre las posibilidades de tener una cadena de ARN autoreplicante les remito al Capítulo XVIII y los experimentos del Dr. Sol Spiegelman, eso sí, les adelanto que aún no se ha logrado que un ARN haga copias de si mismo sin ayuda enzimática. 

 Pero hay un problema, de nuevo en forma de otra paradoja, conocida esta vez como "Paradoja de la aparición de secuencias funcionales". Como recordarán de unas líneas más arriba, el ADN al copiarse sufre errores que ciertas encimas se encargan de corregir. Pues bien, se estima que la tasa de mutación de una replicación no enzimática, como la que haría una ribozima de ARN, es de alrededor del 25 %, es decir, una barbaridad. Según esto una ribozima acumularía errores hasta echarse a perder en muy pocos ciclos de reproducción. Por fortuna el Dr. Sudha Rajamani de la Universidad de Harvard halló una solución a este obstáculo. No es fácil de explicar pero haré lo que pueda. Primero, se descubrió que si se "escondían" paquetes con la información básica para replicar la ribozima en medio de más información redundante, era más improbable que se produjeran mutaciones catastróficas pues los errores se repartían y "daban tiempo" a la ribozima a evolucionar. Sin embargo esto implica cadenas de nucleótidos más largas, y por desgracia la tasa de mutación crece en proporción a dicha longitud, lo cual nos deja en las mismas. Pero Sudha Rajamani y sus colaboradores no desistieron de su empeño y lograron sortear este nuevo obstáculo de un modo elegante: bajo ciertas condiciones (aplicables a la Tierra primitiva y por lo tanto al origen de la vida), las secuencias de nucleótidos originales de ARN se replican más rápido que las mutadas, con lo cual tras muchos ciclos los errores irían quedando arrinconados hasta no ser letales. Además, se piensa que este sistema pudo ser la base para la evolución de las posteriores maquinarias de corrección de errores y hasta de la replicación moderna de secuencias.

 Todo esto del Mundo de ARN está muy bien, y además, cuadra con el papel que esta molécula juega aún en nuestras células sintetizando proteínas, y que sería un vestigio de la transición desde dicho Mundo al nuestro de ADN. Sin embargo... ¿cómo de probable pudo ser que el ARN apareciera así de repente en la Tierra? Incluso asumiendo que es mucho más simple que el ADN sigue siendo bastante complejo, y para su aparición fue necesaria no solo la formación espontánea de nucleótidos a partir de sustancias más simples, sino además su posterior engarce en largas cadenas con exactamente la información necesaria para replicarse. Todo esto es extremadamente improbable así de salida, algo conocido como la Paradoja del Alquitrán: todas las veces que se han reunido los materiales básicos para la vida en laboratorio y se les ha insuflado energía, se ha obtenido un mejunje parecido al alquitrán que ni de lejos ha tratado de arrastrarse fuera del tubo de ensayo para encararse con sus creadores. Pero ya que hoy vamos de paradoja en paradoja y tiro porque me toca, hay esperándonos otra presta a meter un palo en la rueda en nuestros intentos de imaginar la aparición espontánea de una cadena de ARN: la Paradoja del Agua. Y es que el ensamblaje de nucleótidos en forma de una cadena de ARN habría ocurrido en un medio rico en agua tal y como lo era la Tierra primitiva, agua que precisamente contribuye a romper dichas cadenas, no a formarlas. 

 Y son estas dos paradojas lo único que se interpone ya entre nosotros y la comprensión de cómo la vida, probablemente en forma de molécula de ARN, pudo surgir aquí a partir de una caótica mezcolanza de compuestos orgánicos. Pero es un tema tan complejo y apasionante que se merece un capítulo aparte, que invito al lector a leer la próxima semana (o cuando sea que pueda escribirlo). Hasta entonces, reciban un muy cordial saludo.

Bibliografía / Webgrafía:

 - Luces y sombras sobre el origen de la vida. Juan Antonio Aguilera Mochón, departamento de Bioquímica Molecular de la Universidad de Granada.

- 13 cosas que no tienen sentido, Michael Brooks, editorial Ariel.

- El Gran Diseño, Stephen Hawking y Leonard Mlodinow, editorial Crítica. 

- http://www.biounalm.com/2010/04/la-paradoja-del-huevo-o-la-gallina.html

Notas:

1.- El ozono es una molécula compuesta por tres átomos de oxígeno y que se genera a partir del oxígeno molecular (el que respiramos, consistente en dos átomos de oxígeno unidos) en reacciones químicas que suelen tener lugar en la alta atmósfera propiciadas por la radiación solar. Como bien sabemos, la capa de ozono nos protege de lo peor de dichas radiacciones solares, pero es frágil ante ciertos compuestos químicos generados por el ser humano. 

2.- Se logró estimar la duración del día de hace 620 millones de años en 21,9 horas gracias a capas alternas diurnas-nocturnas depositadas en rocas calizas.

3.- La vida solo lograría daptarse al oxígeno e incluso usarlo en su beneficio mucho despúes, durante la así llamada "catástrofe del oxígeno", pero eso aún pertenece al futuro.

4.- Estas ideas aparecen resumidas de modo magistral en el siguiente blog: http://www.biounalm.com/2010/04/la-paradoja-del-huevo-o-la-gallina.html

5.- Una enzima es un tipo de proteína con la propiedad de favorecer ciertas reacciones químicas, en general de síntesis de ciertos componentes orgánicos. La actividad enzimática es clave para la vida tal y como la conocemos. 

6.- Hay en nuestras células tres tipos de ARN, el ARN-mensajero es el que se encuentra dentro del núcleo y transmite las órdenes del ADN, el ARN ribosómico el que participa en la síntesis de proteínas dentro del ribosomas y finalmente el ARN mitocondrial, que actúa dentro de los mitocondrias, las "centrales eléctricas" de nuestras células y del cual hablaremos en el siguiente capítulo pues su misteriosa existencia y propiedades requieren una larga y cuanto menos interesante explicación. 

7.- En realidad no solo proteínas, sino también ARN mensajero y ribosómico.