Fue hace 4000 millones de años (más o menos). En un paisaje violento de radiaciones cósmicas, erupciones volcánicas y lluvias de meteoritos, la vida daba sus primeros chapoteos. Desde hace poco más de medio siglo, los científicos intentan averiguar cómo fue que algo sin vida se transformó en otra cosa capaz de crecer, reproducirse y morir. Para eso producen teorías y experimentos de química prebiótica. La química que precedió la aparición de la vida. Se ha reunido mucha información. Explicaciones que intentan resolver el entuerto no faltan. Pero ¿quién realizó el primer experimento?, ¿a quiénes se les ocurrieron las ideas que permitieron planearlo?
Espontáneamente generada
Hasta el siglo XVII, era creencia común que Dios había creado las plantas y los animales. También se aceptaba que ciertas criaturas se formaban espontáneamente a partir de distintas materias primas. Los gusanos y las moscas, del estiércol; los piojos, del sudor humano; las luciérnagas, de las chispas de las hogueras.
La generación espontánea estaba avalada por respetadas personalidades. La habían defendido Aristóteles, Plotino, San Agustín y Santo Tomás de Aquino. Algunos arriesgaron recetas. El alquimista Johann Van Helmont (siglo XVII) publicó cómo fabricar ratones con trapos viejos y un poco de trigo.
A partir del siglo XVII, varios experimentos probaron que los seres vivos se forman solamente a partir de seres vivos. Uno de los trabajos más recordados, con microbios, es el del químico Louis Pasteur. En los años 60 del siglo pasado, los resultados de Pasteur se abrieron paso con dificultad en medio de creencias milenarias. Los acompañaba una idea igualmente reciente y provocativa. La del biólogo Charles Darwin, quien aseguraba que la vida, como la conocemos, es la consecuencia de un lento proceso evolutivo regido por la selección natural.
La teoría que surgió del frío
Aleksandr Ivanovich Oparin era ruso de nacimiento, fisiólogo vegetal de carrera, bioquímico por vocación. Nació en 1894 en Uglich. Estudió, y después enseñó, en la Universidad de Moscú. La teoría que desarrolló en los años 20 fue el germen de la visión actual sobre el origen de la vida.
Cuando Oparin era estudiante universitario, los biólogos rusos enseñaban que los primeros seres vivos habían sido autótrofos (capaces de fabricar su propio alimento, como las plantas), y se habían formado por generación espontánea a partir de grumos de carbón. A Oparin, que había leído y aceptaba la Teoría de la Evolución de Darwin, la idea no le cerraba. “Yo no lograba imaginar la aparición repentina de una célula fotosintética a partir de dióxido de carbono, nitrógeno y agua -escribió Oparin-. Por eso, llegué a la conclusión de que primero debieron haber surgido, mediante un proceso no biológico, las sustancias orgánicas de las cuales se formaron, más adelante, los primeros seres vivos, organismos que al principio eran heterótrofos y se alimentaban de las sustancias orgánicas del ambiente.”
El 3 de marzo de 1922, Oparin presentó su postura en una reunión de la Sociedad Botánica Rusa, de la que era miembro. Fue escuchado y reprobado con igual cortesía. Era una especulación teórica que carecía de apoyo experimental.
Sin desalentarse, Oparin escribió un librito titulado El origen de la vida. Con cierta reticencia, y a pesar del rechazo rotundo de un árbitro científico, la obra fue publicada por la editorial El Trabajador Moscovita. Salió a la venta en noviembre de 1923 (aunque llevaba fecha de edición de 1924). Se vendió bien. Pronto se convirtió en una rareza bibliográfica. Fuera de Rusia prácticamente no se difundió hasta 1965.
De lo simple a lo complejo
En 1936, Oparin presentó una versión revisada y ampliada de El origen de la vida. Sostenía: el carbono arrojado por los volcanes se combinó con vapor de agua, formando hidrocarburos. En el océano, esas moléculas se hicieron más complejas y se amontonaron en gotitas llamadas coacervados -acervus, en latín, significa montón-. De a poco, los coacervados fueron adquiriendo las características de las células vivas (ver el recuadro “Requisitos para ser vivo”). Esas células eran microbios anaeróbicos, porque en aquel entonces no había oxígeno en la atmósfera.
Oparin explicó el origen de la vida en términos de procesos físicos y químicos. Una progresión de lo más simple a lo más complejo. Rompió así el círculo vicioso que afirmaba que las sustancias presentes en los seres vivos solamente podían ser fabricadas por los seres vivos. La segunda versión de El origen de la vida fue traducida al inglés por la editorial norteamericana Mac Millan, en 1938. Catorce años después, el libro fue leído por un joven químico norteamericano que merodeaba la Universidad de Chicago en busca de un tema interesante para su tesis de doctorado.
El Señor de los Rayos
Aquella tarde de otoño de 1951, en un aula de la Universidad de Chicago, el disertante habló de los orígenes. El del Sistema Solar y el de la vida en la Tierra. Especuló acerca de la primitiva atmósfera terrestre y las condiciones que permitieron la formación de las primeras células.
Unos meses más tarde, uno de los jóvenes asistentes a la conferencia se presentó ante el disertante. Le pidió que dirigiera su tesis doctoral. Quería hacer experimentos que reprodujeran el ambiente de la Tierra primitiva. El disertante intentó disuadirlo. El trabajo sería arduo, posiblemente no funcionaría. Porque no pudo convencer al joven, le propuso una alternativa amable: trabajar en el tema durante unos meses. Si no obtenía resultados alentadores, se dedicaría a una investigación más convencional.
El disertante era el químico norteamericano Harold Urey. Había participado en el desarrollo de las bombas atómica y de hidrógeno. El Nobel de Química de 1934 fue para él. El nuevo discípulo era Stanley Miller. Tenía 23 años. Había estudiado Química en la Universidad de California. Llevaba varios meses buscando un tema interesante para su tesis de doctorado.
Los seis meses propuestos por Urey fueron más que suficientes. En unas pocas semanas Miller leyó los escritos de Oparin y Urey, hizo construir un aparato sencillo, realizó un experimento simple y exitoso. Miller mezcló vapor de agua, metano, amoníaco e hidrógeno. Para Oparin y Urey, esos eran los gases presentes en la primitiva atmósfera terrestre. Miller simuló tormentas eléctricas mediante dos electrodos de tungsteno. Con una bobina Tesla produjo descargas de 60.000 voltios.
Una mañana, Miller encontró que el agua dentro del aparato se había vuelto rosa. La analizó cuidadosamente. Encontró aminoácidos, la sustancia de la que están hechas las proteínas. Era la primera prueba experimental que avalaba las ideas de Oparin.
Miller envió sus resultados a Science, una de las revistas científicas más importantes del mundo. “Uno de los árbitros simplemente no lo creyó y retardó la publicación del artículo -declaró Miller tiempo después-. Luego se disculpó conmigo. Fue bastante raro que, aunque Urey avalaba el trabajo, se hiciera difícil publicarlo. Si yo hubiera enviado el artículo a Science por mi propia cuenta, el original todavía estaría en el fondo de un montón. Pero el experimento era tan fácil de reproducir que no pasó mucho tiempo antes de que fuera convalidado”.
Así, mientras al otro lado del Atlántico el grupo de Frederick Sanger obtenía la primera secuencia de aminoácidos de una proteína, y Watson yCrick se devanaban los sesos para descubrir antes que Linus Pauling la estructura del ADN, un estudiante de doctorado enchufaba en Chicago una bobina Tesla y creaba una nueva disciplina: la química prebiótica.
Senderos que se bifurcan
Después del experimento de 1953, Miller y otros científicos sintetizaron, en condiciones prebióticas, diferentes moléculas presentes en los seres vivos. Casi todos los aminoácidos, azúcares varios y los componentes del material genético.
La teoría de Oparin y el experimento de Miller han recibido críticas. Que la atmósfera de la Tierra no era la que ellos creían, es una de las principales. Lo que prevalece es la idea central. Que la aparición de la vida en la Tierra fue precedida por una secuencia gradual de eventos químicos.El Dr. Stanley Miller sigue enseñando e investigando en la Universidad de California en San Diego. FUTURO le preguntó cuál es el punto más oscuro en la actual concepción científica del origen de la vida. “En mi opinión -respondió el Dr. Miller-, el problema más importante en los estudios acerca del origen de la vida es la naturaleza del primer material genético. El origen de la vida es el origen de la evolución, y para eso se requiere replicación. Además, se necesita que ese proceso de replicación se valga de sustancias prebióticas”.
Hoy se piensa que el primer material genético pudo ser el ácido ribonucleico (ARN). Este ácido sirve como molde para la formación de copias de sí mismo (replicación). Además, como si fuera una enzima, puede modificar su propia estructura y la de otras moléculas.
El mundo del ARN
La teoría llamada “El Mundo del ARN” postula que al principio aparecieron familias de moléculas de ARN capaces de autorreplicarse. La selección natural favoreció las familias que interactuaban con aminoácidos y guiaban la formación de proteínas. El paso siguiente fue la aparición de membranas. Si un ARN formaba una proteína especialmente apta, pero ésta se diluía en un océano de moléculas, la relación con el ARN original se perdía. Pero si ambos permanecían en un mismo compartimiento, la selección podía actuar sobre la proteína (el fenotipo) favoreciendo la prevalencia de su correspondiente ARN (el genotipo). Las membranas estaban hechas de lípidos, sustancias que en el agua forman espontáneamente pequeñas esferas.
Nuevas enzimas usaron el ARN como molde para la síntesis de un ácido nucleico diferente: el desoxirribonucleico (ADN). Comparado con el ARN, el ADN es más estable y se replica en forma más eficiente. Su condición de doble hélice, dos cadenas enroscadas, permite la existencia de un sistema que corrige y repara los daños que sufre una de las cadenas, usando la otra como molde.
ADN, ARN, proteínas y membranas lipídicas. Estas moléculas están presentes en todos los organismos conocidos. En el momento en que se reunieron comenzó el proceso que originó la increíble diversidad de formas, tamaños, colores, procesos y comportamientos que hoy habitan la Tierra. La evolución de los seres vivos. La anterior es una visión posible de cómo pudo aparecer la vida en la Tierra. Para explicar cada paso del proceso existen al menos media docena de hipótesis, cada una avalada por evidencia experimental. Hay quien piensa que la vida ni siquiera empezó en nuestro planeta (ver Recuadro: “Del polvo (cósmico) venimos”).
¿Se podrá sintetizar vida en condiciones de laboratorio? “Pienso que es bastante probable que el proceso que ocurrió en la Tierra primitiva pueda ser reproducido en el laboratorio -respondió a FUTURO el Dr. Miller-. No me animo a especular cuánto falta para eso.”
A pesar de la confianza de Miller, una sombra aletea sobre los múltiples senderos por los quediscurre la búsqueda del origen de la vida. Es la incertidumbre. Porque aunque alguna vez se consiga sintetizar vida en condiciones de laboratorio, será imposible saber si en aquel entonces, hace 4000 millones de años (más o menos), las cosas ocurrieron realmente de esa manera. Es posible que nunca se sepa cómo fue esa primera chispa capaz de arrancar el motor de la evolución y que nunca más se detuvo.
Requisitos para ser vivo
Quien aspire a ser vivo deberá estar formado por células. Cada célula estará separada del ambiente por una membrana de lípidos. En su interior, una segunda membrana de igual naturaleza rodeará el material genético. Las células deberán ser capaces de tomar sustancias del ambiente y transformarlas para su propio beneficio. Tendrán que poseer la habilidad de crecer y reproducirse. Es requisito indispensable que, en determinado momento, cesen en sus funciones. Se aceptarán individuos formados por una sola célula (protozoos) y con una única membrana externa (bacterias). Virus, priones y otras entidades que no cumplan estas propiedades, abstenerse.
Del polvo (cósmico) venimos
La aparición de la vida ¿fue una consecuencia lógica de la química prebiótica? El astrónomo Fred Hoyle piensa que no: “La formación de una célula viva a partir de una sopa química inanimada es tan probable como el ensamblado de un 747 por un torbellino que pasa a través de un depósito de chatarra”.
Si el tiempo para que se formaran las moléculas precursoras de la vida no fue suficiente, entonces ¿de dónde salieron esas moléculas? Dicen que del espacio exterior. Se han detectado compuestos orgánicos en el polvo interestelar, meteoritos, cometas y las atmósferas de Júpiter, Saturno y Titán. Dentro del meteorito Murchison, que cayó el 28 de setiembre de 1969 en Australia, se encontraron 18 aminoácidos.
Algunos científicos van todavía más lejos. Afirman que lo que vino del espacio exterior fueron directamente seres vivos. La idea lleva el nombre de panspermia, que en griego significa “todo semilla”. El universo lleno de semillas de vida.
En los años 70, los astrónomos Fred Hoyle y Chandra Wickramasinghe anunciaron que sus mediciones de ondas infrarrojas indicaban la presencia de bacterias en la materia interestelar. “Yo me baso en las observaciones -declaró Hoyle en una entrevista-. Yo no digo ‘es absurdo que haya bacterias en el espacio’. La conclusión encaja con las observaciones, entonces es la mejor teoría que tenemos. No me importa si es absurda. Así que no dudé en publicarla. Eso, por supuesto, fue el principio del desastre, del ridículo. ¡Ellos (sus detractores) saben! Nacieron para saber que las partículas en el espacio no son bacterias. Dios habló con ellos”.
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terça-feira, 28 de outubro de 2008
El Comienzo de la vida
Según los cálculos más modernos, la Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años y un millón de años después aparecería la vida. La explicación de cómo apareció es especulativa, ya que las condiciones reinantes en aquella primitiva atmósfera no son exactamente reproducibles en un laboratorio. De todas formas, se han diseñado experimentos que pueden ayudar a explicar los distintos pasos ocurridos hasta que surgió la vida.
En 1922, el bioquímico A. Oparin formuló su hipótesis sobre los procesos de evolución química que debieron producirse durante el origen de la vida. Según él, las moléculas orgánicas podrían formarse con los gases de la atmósfera, sometidos a grandes descargas eléctricas que ocurrían durante grandes tormentas. Estas moléculas se irían concentrando en los mares y lagos terrestres, formando lo que denominó como una "rica sopa". La comunidad científica de entonces ignoró sus ideas.
Sin embargo, en 1950 un estudiante de la Universidad de Chicago, Stanley Miller, probó la hipótesis de Oparín.
Miller demostró en el laboratorio, utilizando un aparato diseñado por él, similar al que ves en el dibujo, la posibilidad de que se formaran espontáneamente moléculas orgánicas. Para ello, hizo pasar vapor de agua a través de un recipiente de cristal que contenía una mezcla de gases como metano (CH4),amoníaco (NH3), hidrógeno (H2)entre otras moléculas que se suponía serían las más abundantes en la primitiva atmósfera reductora. Al mismo tiempo, las sometía a descargas eléctricas.
El resultado fue la formación de una serie de moléculas orgánicas como ácido aspártico, ácido glutámico, ácido acético, ácido fórmico, urea, alanina y glicocola entre otras moléculas.
En 1922, el bioquímico A. Oparin formuló su hipótesis sobre los procesos de evolución química que debieron producirse durante el origen de la vida. Según él, las moléculas orgánicas podrían formarse con los gases de la atmósfera, sometidos a grandes descargas eléctricas que ocurrían durante grandes tormentas. Estas moléculas se irían concentrando en los mares y lagos terrestres, formando lo que denominó como una "rica sopa". La comunidad científica de entonces ignoró sus ideas.
Sin embargo, en 1950 un estudiante de la Universidad de Chicago, Stanley Miller, probó la hipótesis de Oparín.
Miller demostró en el laboratorio, utilizando un aparato diseñado por él, similar al que ves en el dibujo, la posibilidad de que se formaran espontáneamente moléculas orgánicas. Para ello, hizo pasar vapor de agua a través de un recipiente de cristal que contenía una mezcla de gases como metano (CH4),amoníaco (NH3), hidrógeno (H2)entre otras moléculas que se suponía serían las más abundantes en la primitiva atmósfera reductora. Al mismo tiempo, las sometía a descargas eléctricas.
El resultado fue la formación de una serie de moléculas orgánicas como ácido aspártico, ácido glutámico, ácido acético, ácido fórmico, urea, alanina y glicocola entre otras moléculas.
sábado, 18 de outubro de 2008
ANÁLISIS PALEONTOLÓGICO
Un cráneo fósil desvela las claves del origen de los animales terrestres
El estudio del fósil muestra cómo el salto del agua a la tierra fue muy gradual
Una reconstrucción de 'Tiktaalik roseae', un animal fósil que se sitúa entre el pez y los primeros animales con patas, realizada en 2004. (Foto: Beth Rooney. Modelo: Tyler Keillor)
TANA OSHIMA
MADRID.- Debemos nuestra existencia a la suerte. En el laberinto de probabilidades remotas, la buena fortuna quiso, si nos remontamos "sólo" al Devónico (hace 410-360 millones de años), que unos peces minoritarios fueran los elegidos para, más tarde, conquistar los continentes.
Durante esa transición, ocurrida en apenas unos instantes geológicos (pero no tan breves, en realidad), aquellos peces fueron sufriendo cambios morfológicos. Los más evidentes fueron el paso de aletas a patas, lo que dio lugar a los llamados tetrápodos (literalmente, "de cuatro patas").
La paleontología reconstruye la historia de la vida uniendo piezas de un puzzle aún lleno de agujeros. En 2004, un equipo dirigido por Ted Daeschler, de la Academia de Ciencias Naturales de Estados Unidos, descubrió uno de esos fósiles de transición que encajaban perfectamente en la escala evolutiva entre el pez y el tetrápodo.
'Tiktaalik roseae' era un animal de hasta 2,5 metros de largo, dotado de "aletas" sólidas, capaces de sostener el peso del cuerpo, y con una cabeza chata, similar a la de un cocodrilo. Era un voraz depredador de dientes afilados que vivió en el mar del Devónico tardío, hace 375 millones de años.
Pero 'Tiktaalik' ha tardado cuatro años desde su descubrimiento en hacer sus confesiones más interesantes a los paleontólogos: este híbrido ya contaba con los rasgos craneales que habían sido adjudicados exclusivamente a los animales terrestres. El análisis detallado del cráneo fósil ha confirmado que el salto del agua a la tierra no fue tan rápido como se creía.
"En tanto que vertebrado con aletas que comparte muchos rasgos con los vertebrados con patas, 'Tiktaalik' ha sido muy útil para conocer más detalles sobre la transición evolutiva desde el pez hasta los tetrápodos", explica a EL MUNDO Jason Downs, investigador de la Academia de Ciencias Naturales de EEUU.
(Ilustraciones: Kalliopi Monoyios)
"Las características del cráneo en los tetradomorfos primitivos y con aletas es muy diferente de aquéllas de las formas con patas. Esto ha dado la impresión de que el cráneo evolucionó muy rápido en esta transición. Sin embargo, el problema ha sido más causado por una falta de formas intermedias. Con esas formas intermedias, esta transición puede quedar fragmentada en una serie de pequeños cambios. 'Tiktaalik' es una de esas formas intermedias", añade Downs.
Más aún, las características que permitieron más tarde la aparición de cuatro patas y otros rasgos de los tetrápodos fueron, en realidad, adaptaciones para vivir en aguas someras, cuando ninguno de los peces elegidos tenía "previsto" aún dar el salto definitivo a la tierra.
Así lo describe un estudio publicado hoy en 'Nature'.
En efecto, 'Tiktaalik' vivía en el fondo de aguas poco profundas, e incluso quizá se daba algunos paseos cortos por tierra, a juzgar por caracteres de su cráneo, cuello y apéndices que comparte con los vertebrados terrestres que aparecerán más tarde.
De hecho, ya gozaba de cierta movilidad en la cabeza, algo poco útil para los peces que habitaban aguas profundas, según los investigadores, pero sí para los que moraban y cazaban en aguas someras.
"Los peces de aguas profundas se mueven y alimentan en espacios tridimensionales y pueden orientarse fácilmente en dirección a su presa", explica Farish Jenkins, de la Universidad de Harvard. "Un cuello móvil es ventajoso en lugares donde el cuerpo está relativamente fijo, como es el caso de las aguas someras o sobre tierra".
'Tiktaalik' se inserta perfectamente dentro de esta transición gradual que comenzó en el agua, pues presenta ya la típica reducción del hiomandibular -un hueso que sostiene la mandíbula de los peces, derivado del arco branquial-, fundamental para tener movilidad de cuello y cabeza.
Esa reducción y reorientación tienen que ver con el achatamiento del cráneo y abrirán el camino, siempre fortuitamente, para que el hiomandibular se convierta en una pieza clave para que los animales terrestres podamos oír -el estribo, el pequeño hueso que tenemos en el oído interno, es un recuerdo que guardamos de nuestros ancestros acuáticos-.
Todos estos rasgos reafirman la posición intermedia de este animal entre el pez y los tetrápodos. "Con apéndices capaces de soportar el peso del cuerpo, un cráneo más consolidado, costillas capaces de sostener el tronco" en un ambiente más grávido (con respecto al agua), "un sistema respiratorio menos dependiente de la respiración en el agua, una cabeza capaz de movimiento independiente y proporciones craneales que se aproximan a las de los tetrápodos, 'Tiktaalik' revela un estadio importante en el origen de los vertebrados terrestres", concluyen los autores en su estudio.
El estudio del fósil muestra cómo el salto del agua a la tierra fue muy gradual
Una reconstrucción de 'Tiktaalik roseae', un animal fósil que se sitúa entre el pez y los primeros animales con patas, realizada en 2004. (Foto: Beth Rooney. Modelo: Tyler Keillor)
TANA OSHIMA
MADRID.- Debemos nuestra existencia a la suerte. En el laberinto de probabilidades remotas, la buena fortuna quiso, si nos remontamos "sólo" al Devónico (hace 410-360 millones de años), que unos peces minoritarios fueran los elegidos para, más tarde, conquistar los continentes.
Durante esa transición, ocurrida en apenas unos instantes geológicos (pero no tan breves, en realidad), aquellos peces fueron sufriendo cambios morfológicos. Los más evidentes fueron el paso de aletas a patas, lo que dio lugar a los llamados tetrápodos (literalmente, "de cuatro patas").
La paleontología reconstruye la historia de la vida uniendo piezas de un puzzle aún lleno de agujeros. En 2004, un equipo dirigido por Ted Daeschler, de la Academia de Ciencias Naturales de Estados Unidos, descubrió uno de esos fósiles de transición que encajaban perfectamente en la escala evolutiva entre el pez y el tetrápodo.
'Tiktaalik roseae' era un animal de hasta 2,5 metros de largo, dotado de "aletas" sólidas, capaces de sostener el peso del cuerpo, y con una cabeza chata, similar a la de un cocodrilo. Era un voraz depredador de dientes afilados que vivió en el mar del Devónico tardío, hace 375 millones de años.
Pero 'Tiktaalik' ha tardado cuatro años desde su descubrimiento en hacer sus confesiones más interesantes a los paleontólogos: este híbrido ya contaba con los rasgos craneales que habían sido adjudicados exclusivamente a los animales terrestres. El análisis detallado del cráneo fósil ha confirmado que el salto del agua a la tierra no fue tan rápido como se creía.
"En tanto que vertebrado con aletas que comparte muchos rasgos con los vertebrados con patas, 'Tiktaalik' ha sido muy útil para conocer más detalles sobre la transición evolutiva desde el pez hasta los tetrápodos", explica a EL MUNDO Jason Downs, investigador de la Academia de Ciencias Naturales de EEUU.
(Ilustraciones: Kalliopi Monoyios)
"Las características del cráneo en los tetradomorfos primitivos y con aletas es muy diferente de aquéllas de las formas con patas. Esto ha dado la impresión de que el cráneo evolucionó muy rápido en esta transición. Sin embargo, el problema ha sido más causado por una falta de formas intermedias. Con esas formas intermedias, esta transición puede quedar fragmentada en una serie de pequeños cambios. 'Tiktaalik' es una de esas formas intermedias", añade Downs.
Más aún, las características que permitieron más tarde la aparición de cuatro patas y otros rasgos de los tetrápodos fueron, en realidad, adaptaciones para vivir en aguas someras, cuando ninguno de los peces elegidos tenía "previsto" aún dar el salto definitivo a la tierra.
Así lo describe un estudio publicado hoy en 'Nature'.
En efecto, 'Tiktaalik' vivía en el fondo de aguas poco profundas, e incluso quizá se daba algunos paseos cortos por tierra, a juzgar por caracteres de su cráneo, cuello y apéndices que comparte con los vertebrados terrestres que aparecerán más tarde.
De hecho, ya gozaba de cierta movilidad en la cabeza, algo poco útil para los peces que habitaban aguas profundas, según los investigadores, pero sí para los que moraban y cazaban en aguas someras.
"Los peces de aguas profundas se mueven y alimentan en espacios tridimensionales y pueden orientarse fácilmente en dirección a su presa", explica Farish Jenkins, de la Universidad de Harvard. "Un cuello móvil es ventajoso en lugares donde el cuerpo está relativamente fijo, como es el caso de las aguas someras o sobre tierra".
'Tiktaalik' se inserta perfectamente dentro de esta transición gradual que comenzó en el agua, pues presenta ya la típica reducción del hiomandibular -un hueso que sostiene la mandíbula de los peces, derivado del arco branquial-, fundamental para tener movilidad de cuello y cabeza.
Esa reducción y reorientación tienen que ver con el achatamiento del cráneo y abrirán el camino, siempre fortuitamente, para que el hiomandibular se convierta en una pieza clave para que los animales terrestres podamos oír -el estribo, el pequeño hueso que tenemos en el oído interno, es un recuerdo que guardamos de nuestros ancestros acuáticos-.
Todos estos rasgos reafirman la posición intermedia de este animal entre el pez y los tetrápodos. "Con apéndices capaces de soportar el peso del cuerpo, un cráneo más consolidado, costillas capaces de sostener el tronco" en un ambiente más grávido (con respecto al agua), "un sistema respiratorio menos dependiente de la respiración en el agua, una cabeza capaz de movimiento independiente y proporciones craneales que se aproximan a las de los tetrápodos, 'Tiktaalik' revela un estadio importante en el origen de los vertebrados terrestres", concluyen los autores en su estudio.
sexta-feira, 17 de outubro de 2008
Nuevo Método Para Investigar el Origen de la Vida
Unos científicos de la Universidad Estatal de Pensilvania han desarrollado un nuevo método computacional que, según afirman, les ayudará a entender cómo comenzó la vida en la Tierra. El método del equipo tiene la capacidad de rastrear las historias evolutivas de las proteínas, retrocediendo en el tiempo hasta llegar a las células o los virus, terminando así de una vez con el debate sobre cuáles de estas estructuras biológicas fueron las primeras.
"Tan sólo hemos comenzado a emplear el poderío potencial de este método", señala Randen Patterson, del equipo de investigación y desarrollo. Los investigadores creen que, si esto es científicamente posible, está dentro de sus posibilidades técnicas determinar si los virus evolucionaron de las células o viceversa.
El equipo se está centrando en un antiguo grupo de proteínas, el de los así llamados retroelementos, que por su peso comprenden aproximadamente el 50 por ciento del genoma humano y que son un componente crucial en varias enfermedades incluyendo el SIDA.
El equipo planea poner a disposición de otros científicos los algoritmos que han utilizado en su método como software de código abierto libremente disponible en la web.
Los científicos reconstruyen las historias evolutivas de los organismos mediante la estrategia de comparar sus secuencias genéticas y/o de sus proteínas. Los organismos que están estrechamente relacionados y comparten un antepasado común reciente tienen mayores grados de similitud entre sus secuencias. Los investigadores han usado 11 grupos de retroelementos con muy diversas procedencias para rastrear las historias evolutivas de esos retroelementos. Su método usa un algoritmo informático para generar los perfiles evolutivos (también denominados perfiles filogenéticos), cada uno de los cuales es comparado con todos los demás. Por ejemplo: dadas cuatro secuencias, el nuevo método compara el perfil A con los perfiles B, C, y D; compara el perfil B con los perfiles C y D; y así sucesivamente para un total de seis comparaciones. El método selecciona entonces las regiones de los perfiles que concuerdan y crea un diagrama en forma de árbol, denominado árbol filogenético, basado en las similitudes entre los retroelementos. El árbol proporciona una estimación de la distancia evolutiva y de las relaciones filogenéticas entre los retroelementos.
Los resultados de este primer estudio usando el nuevo método están ayudando a esclarecer muchas teorías existentes sobre la evolución de los retroelementos.
"Tan sólo hemos comenzado a emplear el poderío potencial de este método", señala Randen Patterson, del equipo de investigación y desarrollo. Los investigadores creen que, si esto es científicamente posible, está dentro de sus posibilidades técnicas determinar si los virus evolucionaron de las células o viceversa.
El equipo se está centrando en un antiguo grupo de proteínas, el de los así llamados retroelementos, que por su peso comprenden aproximadamente el 50 por ciento del genoma humano y que son un componente crucial en varias enfermedades incluyendo el SIDA.
El equipo planea poner a disposición de otros científicos los algoritmos que han utilizado en su método como software de código abierto libremente disponible en la web.
Los científicos reconstruyen las historias evolutivas de los organismos mediante la estrategia de comparar sus secuencias genéticas y/o de sus proteínas. Los organismos que están estrechamente relacionados y comparten un antepasado común reciente tienen mayores grados de similitud entre sus secuencias. Los investigadores han usado 11 grupos de retroelementos con muy diversas procedencias para rastrear las historias evolutivas de esos retroelementos. Su método usa un algoritmo informático para generar los perfiles evolutivos (también denominados perfiles filogenéticos), cada uno de los cuales es comparado con todos los demás. Por ejemplo: dadas cuatro secuencias, el nuevo método compara el perfil A con los perfiles B, C, y D; compara el perfil B con los perfiles C y D; y así sucesivamente para un total de seis comparaciones. El método selecciona entonces las regiones de los perfiles que concuerdan y crea un diagrama en forma de árbol, denominado árbol filogenético, basado en las similitudes entre los retroelementos. El árbol proporciona una estimación de la distancia evolutiva y de las relaciones filogenéticas entre los retroelementos.
Los resultados de este primer estudio usando el nuevo método están ayudando a esclarecer muchas teorías existentes sobre la evolución de los retroelementos.
quinta-feira, 2 de outubro de 2008
La evolución preempaquetada
Se sabe la respuesta, y los actores son dos grupos de eubacterias: las cianobacterias y las bacterias purpúreas.
La forma avanzada de la fotoautotrofia, la fotosíntesis oxigénica (que produce oxígeno), fue inventada por las cianobacterias hace unos 3.500 millones de años cuando la Tierra se encontraba en su infancia.
Mucho más tarde, hace quizá tan sólo 2.000 millones de años, uno de sus descendientes fue tragado por un organismo unicelular eucariota.
Como la cianobacteria capturada (pero no digerida) llevaba consigo la maquinaria metabólica para la fotosíntesis, se estableció entre ambos organismos una relación simbiótica (yo por ti, tú por mí). La cianobacteria funcionaba como una práctica factoría interna de comida, mientras que el huésped eucariota proporcionaba refugio (este tipo de relación recibe el nombre de «endosimbiosis»).
Con el tiempo, la alianza se hizo más fuerte, la mayoría de los genes de la cianobacteria se transfirieron al huésped y los endosimbiontes evolucionaron hasta convertirse en las estructuras que hoy conocemos como cloroplastos, unos cuerpos celulares protegidos por una membrana (orgánulos) que albergan el aparato fotosintetizador en los fotoautótrofos eucariotas como las plantas.
Una secuencia de eventos similar condujo a la formación de la célula eucariota, que respira oxígeno: bacterias purpúreas endosimbiontes evolucionaron hasta convertirse en las factorías de energía aeróbicas de las células eucariotas, los orgánulos cilíndricos conocidos como mitocondrias.
La evolución de la endosimbiosis proporcionó a los eucariotas la maquinaria metabólica para la fotosíntesis y la respiración ya preempaquetada y lista para usar en unos sistemas ya probados y perfeccionados.
La validez de la lección persiste: ¡la evolución es realmente conservadora y económica!
La evolución preempaquetada explica por qué se encuentra el mismo tipo de fotosíntesis en las plantas y en las cianobacterias, pero no explica sus inicios.
¿Es una versión refundida de una invención más temprana o se inventó desde cero en las cianobacterias hace miles de millones de años?
¿Y qué origen tuvo la respiración aeróbica?
La respiración requiere oxígeno; entonces, ¿cómo pudo establecerse si no había oxígeno en la atmósfera primitiva?
En pocas palabras, si la evolución sólo construye sobre algo que ya existe, ¿cómo se producen las invenciones?
La forma de vida más primitiva extrae Energía de la fermentación del azúcar
Empecemos por el principio.
Entre las formas de vida más primitivas existían algunas que realizaban la glucólisis, una forma de fermentación (metabolismo anaerobio) basada en escindir una molécula de seis carbonos de glucosa (C6 H12O6) en dos moléculas de tres átomos de carbono de piruvato.
La reacción produce energía, que se libera al romperse los enlaces químicos de la glucosa, y parte de esta energía se almacena para su uso futuro en un compuesto denominado ATP (trifosfato de adenosina, en sus siglas inglesas).
Cada vez que se escinde una molécula de glucosa se forman dos unidades de energía (dos moléculas ricas en energía de ATP).
La glucólisis es casi tan antigua como la vida misma. Es fundamental para la vida y se da en todos los organismos. Un «paquete» de diez reacciones aceleradas por sendos enzimas es demasiado grande para haberse originado más de una vez.
Además se trata del mecanismo biológico de producción de energía químicamente más sencillo, se produce en el citosol acuoso de las células (en lugar de precisar un orgánulo o membranas como en los sistemas más avanzados), libera mucha menos energía que los mecanismos más avanzados y es anaerobio como corresponde al ambiente primitivo.
La forma avanzada de la fotoautotrofia, la fotosíntesis oxigénica (que produce oxígeno), fue inventada por las cianobacterias hace unos 3.500 millones de años cuando la Tierra se encontraba en su infancia.
Mucho más tarde, hace quizá tan sólo 2.000 millones de años, uno de sus descendientes fue tragado por un organismo unicelular eucariota.
Como la cianobacteria capturada (pero no digerida) llevaba consigo la maquinaria metabólica para la fotosíntesis, se estableció entre ambos organismos una relación simbiótica (yo por ti, tú por mí). La cianobacteria funcionaba como una práctica factoría interna de comida, mientras que el huésped eucariota proporcionaba refugio (este tipo de relación recibe el nombre de «endosimbiosis»).
Con el tiempo, la alianza se hizo más fuerte, la mayoría de los genes de la cianobacteria se transfirieron al huésped y los endosimbiontes evolucionaron hasta convertirse en las estructuras que hoy conocemos como cloroplastos, unos cuerpos celulares protegidos por una membrana (orgánulos) que albergan el aparato fotosintetizador en los fotoautótrofos eucariotas como las plantas.
Una secuencia de eventos similar condujo a la formación de la célula eucariota, que respira oxígeno: bacterias purpúreas endosimbiontes evolucionaron hasta convertirse en las factorías de energía aeróbicas de las células eucariotas, los orgánulos cilíndricos conocidos como mitocondrias.
La evolución de la endosimbiosis proporcionó a los eucariotas la maquinaria metabólica para la fotosíntesis y la respiración ya preempaquetada y lista para usar en unos sistemas ya probados y perfeccionados.
La validez de la lección persiste: ¡la evolución es realmente conservadora y económica!
La evolución preempaquetada explica por qué se encuentra el mismo tipo de fotosíntesis en las plantas y en las cianobacterias, pero no explica sus inicios.
¿Es una versión refundida de una invención más temprana o se inventó desde cero en las cianobacterias hace miles de millones de años?
¿Y qué origen tuvo la respiración aeróbica?
La respiración requiere oxígeno; entonces, ¿cómo pudo establecerse si no había oxígeno en la atmósfera primitiva?
En pocas palabras, si la evolución sólo construye sobre algo que ya existe, ¿cómo se producen las invenciones?
La forma de vida más primitiva extrae Energía de la fermentación del azúcar
Empecemos por el principio.
Entre las formas de vida más primitivas existían algunas que realizaban la glucólisis, una forma de fermentación (metabolismo anaerobio) basada en escindir una molécula de seis carbonos de glucosa (C6 H12O6) en dos moléculas de tres átomos de carbono de piruvato.
La reacción produce energía, que se libera al romperse los enlaces químicos de la glucosa, y parte de esta energía se almacena para su uso futuro en un compuesto denominado ATP (trifosfato de adenosina, en sus siglas inglesas).
Cada vez que se escinde una molécula de glucosa se forman dos unidades de energía (dos moléculas ricas en energía de ATP).
La glucólisis es casi tan antigua como la vida misma. Es fundamental para la vida y se da en todos los organismos. Un «paquete» de diez reacciones aceleradas por sendos enzimas es demasiado grande para haberse originado más de una vez.
Además se trata del mecanismo biológico de producción de energía químicamente más sencillo, se produce en el citosol acuoso de las células (en lugar de precisar un orgánulo o membranas como en los sistemas más avanzados), libera mucha menos energía que los mecanismos más avanzados y es anaerobio como corresponde al ambiente primitivo.
Los fundamentos de la vida
El metabolismo, el conjunto de procedimientos que permiten a las células fabricar y romper moléculas, es sorprendentemente simple.
No se inventaron más que unas pocas vías, casi todas ellas versiones revisadas de vías más antiguas. El metabolismo se erigió como las murallas de una ciudad medieval, construidas en estadios sobre las piedras colocadas por generaciones anteriores.
La historia del metabolismo no es más que un ejemplo de cómo la evolución construye poco a poco sobre sistemas ya existentes.
Por qué opera la evolución de este modo es fácil de comprender. Las células son como relojes increíblemente intrincados, compuestos por un número enorme de partes que para funcionar dependen de otras por vías complejas.
Las grandes modificaciones conducen al desastre.
Pero se pueden hacer pequeños cambios, y un pequeño cambio tras otro acaba por dar lugar a una modificación notable.
Este principio de conservadurismo y economía, una importante lección sobre el proceso evolutivo, ayuda a resolver rompecabezas tan interesantes como por qué los humanos respiran oxígeno y por qué la vida se divide entre consumidores y consumidos.
Se conocen alrededor de dos millones de especies de organismos vivos (y quedan de tres a cinco veces más especies por conocer).
Para mantenerse vivas, todas ellas requieren dos cosas esenciales: CHON y energía. La reproducción y la evolución van de la mano. Los organismos no pueden evolucionar sin reproducirse, pero para reproducirse requieren CHON, para formar la descendencia, y también energía.
Sólo se han inventado dos modos de satisfacer estas necesidades: autotrofia, la estrategia de las plantas; y heterotrofia, la estrategia de los animales.
Los fundamentos de la vida
Para satisfacer el requerimiento de CHON (moléculas de Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno), los autótrofos (que se alimentan a sí mismos; del griego autos, uno mismo, y trophos, alimentar) absorben nutrientes simples (generalmente dióxido de carbono, agua, nitrato y fosfato) y construyen con ellos las moléculas orgánicas que los han de sustentar.
Algunos autótrofos (los llamados quimioautótrofos) obtienen la energía para la síntesis de moléculas orgánicas de reacciones químicas no alimentadas por la luz, pero la mayoría son fotosintetizadores (o sea, fotoautótrofos), plantas o microorganismos semejantes que obtienen la energía de la luz del sol para fabricar compuestos orgánicos simples como la glucosa.
En ambos tipos de autótrofos, parte de la energía absorbida se almacena en los enlaces químicos que unen C, H, O y N, y puede liberarse más tarde cuando el organismo la necesite.
Los autótrofos se construyen a si mismos y se alimentan a sí mismos: toman CHON del medio para fabricar compuestos orgánicos que pueden luego romper para utilizar la energía que almacenan.
Los animales y organismos semejantes (protozoos, hongos y la mayoría de los microbios no fotosintetizadores) siguen una estrategia diferente, la heterotrofia (que se alimentan de otros; del griego heteros, otro, y trophos, alimentar).
Los heterótrofos obtienen CHON de la comida y la energía de los enlaces que unen los átomos en las moléculas orgánicas de la comida. Tal como Oparin intuyó hace décadas, los animales son metabólicamente más sencillos que las plantas.
Los heterótrofos usan alimentos preparados: sólo necesitan romperlos. En cambio, las plantas y otros autótrofos tienen que hacer su propia comida para luego romperla.
La estructura del mundo vivo actual no es compleja. Sólo existen dos requerimientos, CHON y energía, y sólo dos estrategias principales para satisfacerlos, la autotrofia y la heterotrofia.
El mundo vivo siempre ha tenido aproximadamente esta misma estructura, pero ésta, igual que la propia vida, ha evolucionado desde unas raíces más simples.
Cada una de las dos estrategias se da en dos versiones, una primitiva (que evolucionó primero) y otra más avanzada (que evolucionó después). La diferencia radica en si el oxígeno molecular (02) desempeña un papel o no.
En la forma primitiva de la fotosíntesis no se produce oxígeno y, al igual que la forma primitiva de la heterotrofia, tiene lugar en un ambiente anaerobio, es decir, en ausencia de oxígeno.
Pero el oxígeno es fundamental en las versiones avanzadas de ambos: la forma avanzada de la fotosíntesis produce oxígeno y la forma avanzada de la heterotrofia lo consume en la respiración.
Dos requerimientos, dos estrategias principales y dos únicas versiones de cada estrategia: una primitiva y otra avanzada.
Una vez inventadas por los microbios primitivos, mucho antes de que aparecieran las plantas, este modelo se ha transmitido a todos los ecosistemas. Por eso el mundo está dividido entre heterótrofos que consumen y autótrofos que son consumidos (y por eso nosotros, como otros heterótrofos, dependemos tanto de la vida vegetal).
¡La evolución es notablemente conservadora!
Esta es una buena historia, pero ¿es cierta?
Los microbios están relacionados sólo remotamente con las plantas y animales actuales. ¿Cómo pudieron transmitir sus mejunjes metabólicos a lo largo de miles de millones de años y billones de generaciones?
No se inventaron más que unas pocas vías, casi todas ellas versiones revisadas de vías más antiguas. El metabolismo se erigió como las murallas de una ciudad medieval, construidas en estadios sobre las piedras colocadas por generaciones anteriores.
La historia del metabolismo no es más que un ejemplo de cómo la evolución construye poco a poco sobre sistemas ya existentes.
Por qué opera la evolución de este modo es fácil de comprender. Las células son como relojes increíblemente intrincados, compuestos por un número enorme de partes que para funcionar dependen de otras por vías complejas.
Las grandes modificaciones conducen al desastre.
Pero se pueden hacer pequeños cambios, y un pequeño cambio tras otro acaba por dar lugar a una modificación notable.
Este principio de conservadurismo y economía, una importante lección sobre el proceso evolutivo, ayuda a resolver rompecabezas tan interesantes como por qué los humanos respiran oxígeno y por qué la vida se divide entre consumidores y consumidos.
Se conocen alrededor de dos millones de especies de organismos vivos (y quedan de tres a cinco veces más especies por conocer).
Para mantenerse vivas, todas ellas requieren dos cosas esenciales: CHON y energía. La reproducción y la evolución van de la mano. Los organismos no pueden evolucionar sin reproducirse, pero para reproducirse requieren CHON, para formar la descendencia, y también energía.
Sólo se han inventado dos modos de satisfacer estas necesidades: autotrofia, la estrategia de las plantas; y heterotrofia, la estrategia de los animales.
Los fundamentos de la vida
Para satisfacer el requerimiento de CHON (moléculas de Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno), los autótrofos (que se alimentan a sí mismos; del griego autos, uno mismo, y trophos, alimentar) absorben nutrientes simples (generalmente dióxido de carbono, agua, nitrato y fosfato) y construyen con ellos las moléculas orgánicas que los han de sustentar.
Algunos autótrofos (los llamados quimioautótrofos) obtienen la energía para la síntesis de moléculas orgánicas de reacciones químicas no alimentadas por la luz, pero la mayoría son fotosintetizadores (o sea, fotoautótrofos), plantas o microorganismos semejantes que obtienen la energía de la luz del sol para fabricar compuestos orgánicos simples como la glucosa.
En ambos tipos de autótrofos, parte de la energía absorbida se almacena en los enlaces químicos que unen C, H, O y N, y puede liberarse más tarde cuando el organismo la necesite.
Los autótrofos se construyen a si mismos y se alimentan a sí mismos: toman CHON del medio para fabricar compuestos orgánicos que pueden luego romper para utilizar la energía que almacenan.
Los animales y organismos semejantes (protozoos, hongos y la mayoría de los microbios no fotosintetizadores) siguen una estrategia diferente, la heterotrofia (que se alimentan de otros; del griego heteros, otro, y trophos, alimentar).
Los heterótrofos obtienen CHON de la comida y la energía de los enlaces que unen los átomos en las moléculas orgánicas de la comida. Tal como Oparin intuyó hace décadas, los animales son metabólicamente más sencillos que las plantas.
Los heterótrofos usan alimentos preparados: sólo necesitan romperlos. En cambio, las plantas y otros autótrofos tienen que hacer su propia comida para luego romperla.
La estructura del mundo vivo actual no es compleja. Sólo existen dos requerimientos, CHON y energía, y sólo dos estrategias principales para satisfacerlos, la autotrofia y la heterotrofia.
El mundo vivo siempre ha tenido aproximadamente esta misma estructura, pero ésta, igual que la propia vida, ha evolucionado desde unas raíces más simples.
Cada una de las dos estrategias se da en dos versiones, una primitiva (que evolucionó primero) y otra más avanzada (que evolucionó después). La diferencia radica en si el oxígeno molecular (02) desempeña un papel o no.
En la forma primitiva de la fotosíntesis no se produce oxígeno y, al igual que la forma primitiva de la heterotrofia, tiene lugar en un ambiente anaerobio, es decir, en ausencia de oxígeno.
Pero el oxígeno es fundamental en las versiones avanzadas de ambos: la forma avanzada de la fotosíntesis produce oxígeno y la forma avanzada de la heterotrofia lo consume en la respiración.
Dos requerimientos, dos estrategias principales y dos únicas versiones de cada estrategia: una primitiva y otra avanzada.
Una vez inventadas por los microbios primitivos, mucho antes de que aparecieran las plantas, este modelo se ha transmitido a todos los ecosistemas. Por eso el mundo está dividido entre heterótrofos que consumen y autótrofos que son consumidos (y por eso nosotros, como otros heterótrofos, dependemos tanto de la vida vegetal).
¡La evolución es notablemente conservadora!
Esta es una buena historia, pero ¿es cierta?
Los microbios están relacionados sólo remotamente con las plantas y animales actuales. ¿Cómo pudieron transmitir sus mejunjes metabólicos a lo largo de miles de millones de años y billones de generaciones?
Las células son como burbujas de jabón
Es obvio que los sistemas vivos necesitan células. Si los jugos de los organismos no estuvieran contenidos, se desparramarían, se mezclarían con el medio y perderían el orden. Esta separación, que quizá no fuera necesaria para los genes desnudos primordiales, se hizo obligatoria a medida que la vida ganó en complejidad.
La clave para entender el origen de las células está en el adagio de los profesores de química: «lo semejante disuelve a lo semejante». El aguarrás y la pintura se mezclan fácilmente porque son químicamente semejantes. Pero el agua y el aceite no se mezclan porque su estructura química es muy diferente.
Las moléculas de agua (H20) tienen forma de V con los dos átomos de hidrógeno en las puntas de la V y el átomo de oxigeno en la base. Gracias a esta disposición, las moléculas de agua funcionan como diminutos imanes: en un polo están los hidrógenos con carga positiva, y en el otro polo, el oxigeno, con carga negativa. Las moléculas de aceite, en cambio, no están cargadas, cual trocitos de plástico o de madera.
Así, las moléculas de aceite forman bolas en el agua porque tienen más afinidad entre ellas («lo semejante disuelve a lo semejante») que con el agua que las rodea.
Los jabones son compuestos especiales que construyen un puente entre el agua y el aceite. Los átomos cargados de uno de los extremos de una molécula de jabón el extremo hidrófilo (con afinidad por el agua) se disuelven en agua. El resto de la molécula es hidrófobo (con aversión al agua). una larga cadena de átomos de hidrógeno y carbono químicamente semejante al aceite y la grasa, en los que se disuelve fácilmente.
El jabón funciona porque mientras uno de los extremos se mezcla con el agua, el otro extremo disuelve la grasa.
Las células tuvieron su origen en procesos químicos parecidos. El caldo primordial era un ligero consomé en el cual los compuestos orgánicos hidrófobos se juntaban en grumos de forma natural según el parecido de su estructura química. Entre estos compuestos se contaban cadenas de hidrógeno y carbono, hidrocarburos como las colas de las moléculas de jabón. Algunas de estas moléculas tenían un extremo cargado eléctricamente y, cual jabones, tendían a agregarse formando pequeñas burbujas en las que los extremos cargados de las moléculas apuntaban hacia el agua y las colas hidrófobas se congregaban en el interior, mezclándose con otros compuestos orgánicos hidrófobos.
Podemos vislumbrar el origen de las células por este proceso, aunque sólo vagamente. Aunque fina y frágil, la piel de las burbujas protegía los compuestos orgánicos concentrados en su interior, donde podían reaccionar y formar nuevas configuraciones. Con el tiempo, una segunda capa de moléculas semejantes al jabón se combinó espalda contra espalda con la primera para formar una película de dos capas, una estructura semejante a la de las membranas de las células actuales. La capa externa separa la célula del medio externo, y la capa cargada interna encierra una mezcla acuosa de compuestos orgánicos. Más tarde, esta doble capa flexible se robusteció con la adición de proteínas a la membrana. Estas ayudaban a mantener un intercambio controlado de nutrientes y desechos con el exterior. Todavía había de reforzarse con una robusta banda de carbohidratos y proteínas que la transformó en una resistente cápsula, como la que conforma las paredes celulares de las bacterias actuales. La estructura física, la configuración genética y los primeros mecanismos de producción de energía de las células evolucionaron al unísono desde el origen de la vida, y no uno tras el otro.
Pero una buena parte de la maquinaria metabólica no evolucionó hasta mucho más tarde, millones de años después de que aparecieran las primeras células.
La clave para entender el origen de las células está en el adagio de los profesores de química: «lo semejante disuelve a lo semejante». El aguarrás y la pintura se mezclan fácilmente porque son químicamente semejantes. Pero el agua y el aceite no se mezclan porque su estructura química es muy diferente.
Las moléculas de agua (H20) tienen forma de V con los dos átomos de hidrógeno en las puntas de la V y el átomo de oxigeno en la base. Gracias a esta disposición, las moléculas de agua funcionan como diminutos imanes: en un polo están los hidrógenos con carga positiva, y en el otro polo, el oxigeno, con carga negativa. Las moléculas de aceite, en cambio, no están cargadas, cual trocitos de plástico o de madera.
Así, las moléculas de aceite forman bolas en el agua porque tienen más afinidad entre ellas («lo semejante disuelve a lo semejante») que con el agua que las rodea.
Los jabones son compuestos especiales que construyen un puente entre el agua y el aceite. Los átomos cargados de uno de los extremos de una molécula de jabón el extremo hidrófilo (con afinidad por el agua) se disuelven en agua. El resto de la molécula es hidrófobo (con aversión al agua). una larga cadena de átomos de hidrógeno y carbono químicamente semejante al aceite y la grasa, en los que se disuelve fácilmente.
El jabón funciona porque mientras uno de los extremos se mezcla con el agua, el otro extremo disuelve la grasa.
Las células tuvieron su origen en procesos químicos parecidos. El caldo primordial era un ligero consomé en el cual los compuestos orgánicos hidrófobos se juntaban en grumos de forma natural según el parecido de su estructura química. Entre estos compuestos se contaban cadenas de hidrógeno y carbono, hidrocarburos como las colas de las moléculas de jabón. Algunas de estas moléculas tenían un extremo cargado eléctricamente y, cual jabones, tendían a agregarse formando pequeñas burbujas en las que los extremos cargados de las moléculas apuntaban hacia el agua y las colas hidrófobas se congregaban en el interior, mezclándose con otros compuestos orgánicos hidrófobos.
Podemos vislumbrar el origen de las células por este proceso, aunque sólo vagamente. Aunque fina y frágil, la piel de las burbujas protegía los compuestos orgánicos concentrados en su interior, donde podían reaccionar y formar nuevas configuraciones. Con el tiempo, una segunda capa de moléculas semejantes al jabón se combinó espalda contra espalda con la primera para formar una película de dos capas, una estructura semejante a la de las membranas de las células actuales. La capa externa separa la célula del medio externo, y la capa cargada interna encierra una mezcla acuosa de compuestos orgánicos. Más tarde, esta doble capa flexible se robusteció con la adición de proteínas a la membrana. Estas ayudaban a mantener un intercambio controlado de nutrientes y desechos con el exterior. Todavía había de reforzarse con una robusta banda de carbohidratos y proteínas que la transformó en una resistente cápsula, como la que conforma las paredes celulares de las bacterias actuales. La estructura física, la configuración genética y los primeros mecanismos de producción de energía de las células evolucionaron al unísono desde el origen de la vida, y no uno tras el otro.
Pero una buena parte de la maquinaria metabólica no evolucionó hasta mucho más tarde, millones de años después de que aparecieran las primeras células.
quarta-feira, 1 de outubro de 2008
El problema de la gallina y el huevo
La vida puede multiplicarse solamente si la información química almacenada en los ácidos nucleicos de los cromosomas se copia y se transmite a la descendencia. La mayor parte de esta información dirige la síntesis de proteínas enzimáticas, entre las cuales se encuentra un tipo especial (las polimerasas) que se necesitan para copiar los propios ácidos nucleicos.
Así pues, ¿qué fue primero, los ácidos nucleicos necesarios para sintetizar las polimerasas, o los enzimas necesarios para sintetizar los ácidos?
Durante muchos años, los intentos por resolver este problema, que recuerda al de la gallina y el huevo, se centraron en el ADN y el papel que desempeña en la fabricación de proteínas enzimáticas. Pero como el propio ADN es un producto de la evolución, una versión joven y más avanzada de un ácido ribonucleico antecesor más primitivo, la atención pasó a centrarse sobre el ARN como almacén de información genética primigenio de la vida.
A principios de los años ochenta, este cambio de enfoque recibió su recompensa con el descubrimiento de los ribozimas, un tipo especial de ARN que no sólo alberga información, sino que además actúa como un sistema multienzimático. Aunque todos los ribozimas modernos son largos y complejos, las cortas partes que tienen propiedades enzimáticas son más sencillas y pudieran asemejarse a los ARNs de la vida primitiva.
Al igual que las proteínas enzimáticas, los ribozimas pueden dividir moléculas o unirlas, y algunos pueden realizar ambas funciones.
Algunos son auto-divisivos, capaces de seccionar una parte de la propia molécula y volver a unir los trozos resultantes.
Otros pueden cortar una parte de ellos mismos y moverla a otro lugar en la molécula.
Aun otros son capaces de ensamblar hebras de ARN.
Aunque no se ha encontrado ningún ribozima capaz de hacer una copia completa de sí mismo, el repetido cortar y pegar de que son capaces algunos demuestra una habilidad elemental para la autorreproducción. Algunos experimentos en los que se juntan en tubos de ensayo varias versiones de estos híbridos de gen y enzima muestran cómo habría podido Iniciarse su evolución. Esta serie de descubrimientos recientes hace razonable la concepción de un mundo precelular en el cual genes desnudos primordiales de ARN se reprodujeran a si mismos sin la ayuda de proteínas enzimáticas.
El objetivo último de crear vida en un tubo de ensayo, de fabricar a partir de cero «moléculas vivas» que se autoensamblen y se autorreproduzcan es cada vez menos un tema de ciencia-ficción.
Así pues, ¿qué fue primero, los ácidos nucleicos necesarios para sintetizar las polimerasas, o los enzimas necesarios para sintetizar los ácidos?
Durante muchos años, los intentos por resolver este problema, que recuerda al de la gallina y el huevo, se centraron en el ADN y el papel que desempeña en la fabricación de proteínas enzimáticas. Pero como el propio ADN es un producto de la evolución, una versión joven y más avanzada de un ácido ribonucleico antecesor más primitivo, la atención pasó a centrarse sobre el ARN como almacén de información genética primigenio de la vida.
A principios de los años ochenta, este cambio de enfoque recibió su recompensa con el descubrimiento de los ribozimas, un tipo especial de ARN que no sólo alberga información, sino que además actúa como un sistema multienzimático. Aunque todos los ribozimas modernos son largos y complejos, las cortas partes que tienen propiedades enzimáticas son más sencillas y pudieran asemejarse a los ARNs de la vida primitiva.
Al igual que las proteínas enzimáticas, los ribozimas pueden dividir moléculas o unirlas, y algunos pueden realizar ambas funciones.
Algunos son auto-divisivos, capaces de seccionar una parte de la propia molécula y volver a unir los trozos resultantes.
Otros pueden cortar una parte de ellos mismos y moverla a otro lugar en la molécula.
Aun otros son capaces de ensamblar hebras de ARN.
Aunque no se ha encontrado ningún ribozima capaz de hacer una copia completa de sí mismo, el repetido cortar y pegar de que son capaces algunos demuestra una habilidad elemental para la autorreproducción. Algunos experimentos en los que se juntan en tubos de ensayo varias versiones de estos híbridos de gen y enzima muestran cómo habría podido Iniciarse su evolución. Esta serie de descubrimientos recientes hace razonable la concepción de un mundo precelular en el cual genes desnudos primordiales de ARN se reprodujeran a si mismos sin la ayuda de proteínas enzimáticas.
El objetivo último de crear vida en un tubo de ensayo, de fabricar a partir de cero «moléculas vivas» que se autoensamblen y se autorreproduzcan es cada vez menos un tema de ciencia-ficción.
Origen de la célula
¿Cómo se originaron las células?
Uno de los rompecabezas más complicados del origen de la vida es cómo se formaron las primeras células y su metabolismo.
Pudiera pensarse que las primeras células fueran como los organismos más pequeños y simples que viven hoy en día, los microbios conocidos como micoplasmas.
Las células de los micoplasmas son realmente diminutas, más de mil millones de veces menores que un protozoo, y albergan tan sólo una fracción del ADN y de las proteínas normalmente presentes en una célula.
Pero todos los micoplasmas son parásitos, versiones menores y simplificadas de microorganismos mayores de vida libre, y sólo pueden crecer y reproducirse en el interior de otras células, por lo general de mamíferos, un modo de vida claramente imposible para las primeras formas de vida.
Las bacterias comunes ofrecen un modelo alternativo, pero los microbios de vida libre son demasiado complejos, compuestos de cientos de polímeros diferentes (entre ellos, unos quinientos tipos de ARN), más de un millar de enzimas y decenas de miles de moléculas.
Las primeras células debieron ser considerablemente más simples.
Para conocer cómo eran las primeras células es necesario levantar el velo evolutivo que separa la vida actual de sus principios.
Esta tarea apenas ha comenzado.
Los avances en la comprensión de la historia temprana de la vida sólo se producen progresivamente, así que hasta que no se disponga de un modelo del origen de los monómeros y los polímeros parecería ocioso atacar esta compleja cuestión.
Pero aunque apenas se conozca nada con certeza acerca del origen de la vida celular, sí está claro que ocurrió según una secuencia de tres estadios:
Es probable que ya existieran sistemas químicos que la mayoría de científicos describirían como vivos antes de que fueran empaquetados en células. La evidencia fósil de este estadio precelular pudiera no llegar a descubrirse nunca, puesto que su composición química sería demasiado frágil para conservarse, pero se cree que durante un cierto periodo la Tierra primitiva estuvo poblada por moléculas vivas, «genes desnudos primordiales» de ácidos nucleicos capaces de autorreproducirse.
A causa de su composición química, estos y otros compuestos orgánicos del caldo primordial habrían acabado por agregarse en diminutos lóbulos protocelulares, ancestros potenciales de células con pared celular. Las pruebas empíricas de este estadio parecen haberse evadido también de la historia, si bien es posible que algún día se hallen células fósiles más antiguas que las más antiguas conocidas en la actualidad.
Las primeras células estarían impulsadas por una forma sencilla de metabolismo que estableció las bases para la evolución posterior de una maquinaria metabólica más compleja.
Consideremos cada uno de estos estadios por separado.
Uno de los rompecabezas más complicados del origen de la vida es cómo se formaron las primeras células y su metabolismo.
Pudiera pensarse que las primeras células fueran como los organismos más pequeños y simples que viven hoy en día, los microbios conocidos como micoplasmas.
Las células de los micoplasmas son realmente diminutas, más de mil millones de veces menores que un protozoo, y albergan tan sólo una fracción del ADN y de las proteínas normalmente presentes en una célula.
Pero todos los micoplasmas son parásitos, versiones menores y simplificadas de microorganismos mayores de vida libre, y sólo pueden crecer y reproducirse en el interior de otras células, por lo general de mamíferos, un modo de vida claramente imposible para las primeras formas de vida.
Las bacterias comunes ofrecen un modelo alternativo, pero los microbios de vida libre son demasiado complejos, compuestos de cientos de polímeros diferentes (entre ellos, unos quinientos tipos de ARN), más de un millar de enzimas y decenas de miles de moléculas.
Las primeras células debieron ser considerablemente más simples.
Para conocer cómo eran las primeras células es necesario levantar el velo evolutivo que separa la vida actual de sus principios.
Esta tarea apenas ha comenzado.
Los avances en la comprensión de la historia temprana de la vida sólo se producen progresivamente, así que hasta que no se disponga de un modelo del origen de los monómeros y los polímeros parecería ocioso atacar esta compleja cuestión.
Pero aunque apenas se conozca nada con certeza acerca del origen de la vida celular, sí está claro que ocurrió según una secuencia de tres estadios:
Es probable que ya existieran sistemas químicos que la mayoría de científicos describirían como vivos antes de que fueran empaquetados en células. La evidencia fósil de este estadio precelular pudiera no llegar a descubrirse nunca, puesto que su composición química sería demasiado frágil para conservarse, pero se cree que durante un cierto periodo la Tierra primitiva estuvo poblada por moléculas vivas, «genes desnudos primordiales» de ácidos nucleicos capaces de autorreproducirse.
A causa de su composición química, estos y otros compuestos orgánicos del caldo primordial habrían acabado por agregarse en diminutos lóbulos protocelulares, ancestros potenciales de células con pared celular. Las pruebas empíricas de este estadio parecen haberse evadido también de la historia, si bien es posible que algún día se hallen células fósiles más antiguas que las más antiguas conocidas en la actualidad.
Las primeras células estarían impulsadas por una forma sencilla de metabolismo que estableció las bases para la evolución posterior de una maquinaria metabólica más compleja.
Consideremos cada uno de estos estadios por separado.
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