Pasemos a la siguiente pregunta, relacionada con la que hemos estado tratando en las últimas semanas: ¿Podemos simular la creación de una célula simple?
¿Simple? Las más "simples" de las células que tenemos constancia serían algunas bacterias (seguramente del género Mycoplasma)... y os aseguro que son de una complejidad que asusta: cientos de miles de proteínas de cien tipos distintos relacionándose entre ellas a diferentes velocidades, hidratos de carbono transformándose en energía química que es consumida en miles de sitios a la vez; un genoma con un centenar de genes cuya expresión varía según las condiciones del medio; una ingente cantidad de lípidos de diferentes naturaleza formando parte de la membrana que separa el interior del exterior; un flujo discontínuo de moléculas, iones, protones a través de esta membrana y de las proteínas ancladas en ella... Todo un mundo minúsculo.
Si la pregunta es: ¿Podemos simular la creación a partir de las moléculas simples generadas en los experimentos sobre el origen abiótico de la vida? La respuesta es no. Pero claro, eso no demuestra que no pueda haber sido así. Llevamos 50 años desde los resultados de Miller; la primera célula "simple" como las actuales tardó unas veinte millones de veces más. El problema estriba en el salto de complejidad entre las moléculas de la sopa primordial y las moléculas que componen una de estas células. ¿Qué necesitan estas moléculas para aumentar su complejidad? Energía y tiempo. Nada más.
Ahora bien, seguro que recordaréis que hace algún tiempo salía una noticia anunciando que Craig Venter (sí, sí, el mismo que dirigió el grupo privado -había muchos públicos- que secuenció parte del genoma humano) había "creado" una célula artificial. La bautizó como Mycoplasma laboratorium. ¿Es cierta la noticia? ¿Qué hizo el equipo del señor Venter (sí, amigos, tiene un equipo aunque nunca salga en las fotos)? 
Quizás sí. Hay investigadores que afirman desde hace años que este paso ya es posible, siempre y cuando se dirijan bien los esfuerzos. Como ejemplo, os dejo este artículo de libre acceso de Forster y Church en el que podréis leer qué nos hace falta para generar una célula completa. Os recomiendo el esquema de la página 3 en el que podréis comprobar la "simplicidad" de la célula más simple. Si estuviéramos ante un diagrama de relaciones humanas... ¡cuánta promiscuidad!
En fin... quizás lo que le falta a esta línea de investigación es una aplicabilidad evidente para que haya una inversión suficiente de dinero que impulse su avance.
8/6/09
Preguntas sobre la evolución: ¿Se puede simular actualmente de manera artificial la creación de una célula simple?
2/6/09
Preguntas sobre la evolución: ¿De dónde viene la vida? IV: Recapitulación
Después de tres entradas el panorama queda así:
Según la teoría más aceptada, en el paso 3 nos encontraríamos con una cantidad creciente de moléculas de RNA. El RNA es importante porque no sólo transporta información genética sinó que, a diferencia del DNA, es capaz de "hacer cosas". Más adelante algunos de estos primeros seres vivos incorporaron proteínas (que hacen mejor las cosas) y DNA (que transporta de manera más estable la información genética). Los seres vivos que incorporaron estas mejoras se impusieron a los que no las habían incorporado, los cuales acabaron desapareciendo para siempre.
La hipótesis del mundo de RNA está por demostrar, es cierto, pero esto no la desacredita automáticamente (si así fuera muchas teorías científicas y, sobre todo, no-científicas se descartarían inmediatamente). El número creciente de pruebas que se están recopilando la va fortaleciendo cada año que pasa. Las que sí están establecidas absolutamente es la del origen abiótico de las moléculas orgánicas y la de la procedencia común de todos los seres vivos actuales. TODOS los organismos de la Tierra procedemos de los supervivientes de la carrera armamentística vital, aquellos con herramientas eficaces (proteinas), y material genético estable (DNA). Todos transportamos nuestra información en una combinación de 4 moléculas (A, C, G, T, las bases del DNA); todos generamos RNA a partir del DNA; y todos generamos proteínas (formadas por la combinación de 20 ladrillos) a partir del RNA. ¿No os parece sencillamente maravilloso?
Otra pregunta que podríamos hacernos es "por qué" surgió la vida... ¿Cómo puede surgir un elemento ordenado en un mundo que tiende al desorden? Gracias a la energía... y a la propia complejidad del sistema. En este sentido, quiero recomendaros el libro Así de simple (¿os suena el nombre?) de John Gribbin. En él encontraréis una explicación de la teoría del caos y cómo ésta puede ayudar a entender el nacimiento -nunca mejor dicho- de la vida. Y, evidentemente, no os podéis perder ¿Qué es la vida? de Erwin Schrödinger, y ¿Qué es la vida? o Microcosmos de Lynn Margulis y Dorion Sagan. Seguramente hablaremos más de estos libros en adelante. Los seguidores más "veteranos" ya sabréis cómo me gusta la obra de Lynn Margulis, comentada en Gusiluz, el molusco fotosintético y la transferencia horizontal de genes y Spore-peniforme, de peces fuera del agua al juego de EA. Creo que es una injusticia que aun no haya recibido el Nobel. Per, claro, no existe el premio Nobel de biología... ¿en què categoría se lo otorgarían? ¿En química? ¿En medicina y biología?
30/5/09
Preguntas sobre la evolución: ¿De dónde viene la vida? III. El RNAbuelo
En la entrada anterior nos habíamos quedado en la posibilidad de que el RNA pueda formarse abióticamente, es decir, a partir de compuestos orgánicos simples, sin ayuda de seres vivos. ¿Y por qué nos hemos centrado en el RNA y no, en las proteínas, lípidos o en el DNA? Porque el RNA es el candidato mejor situado a "biomolécula portadora de información y hacedora de funciones de la Tierra". En esta entrada encontraréis una explicación del porqué.
¿He dicho candidato? Sí. Unas de las preguntas iniciales que propiciaron estas entradas eran: ¿De dónde surge la vida? ¿Cuál es su origen? ¿Está demostrada la hipótesis que lo explica?. Pues bien, con los datos actuales, queda demostrada y comprobada la formación de moléculas orgánicas de un orden de complejidad creciente a partir de moléculas inorgánicas simples, gracias al aporte de energía. Esta hipótesis ha sido demostrada y se puede repetir el experimento, obteniéndose siempre los mismos resultados (con condiciones iniciales idénticas). Ahora bien, queda por esclarecer qué paso entre la formación abiótica de biomoléculas y la aparición del primer ser vivo de la tierra (que si habéis leído la entrada recomendada, sabréis que podría haber sido un "organismo RNA", aunque también hay otras hipótesis). Las hipótesis que tratan de explicar los procesos intermedios no han sido aun corroboradas, aunque ésto no las desacredita automáticamente, por supuesto. Toda teoría válida tiene que poder ser demostrada o descartada. Y las hipótesis científicas sobre este periodo de tiempo cumplen estas premisas... a medidad que avanza la biología (en todos sus ámbitos) se van acumulando resultados y evidencias que ayudarán a definir mejor cuál es la teoría que más se ajusta a ellos.
Experimentos como los descritos en la entrada anterior ayudan a poner granitos de arena en este monumental castillo que pretendemos reconstruir. Sólo llevamos 50 años investigando la química "biogénica" y ya hemos llegado hasta el RNA. La vida tardó unos 500.000.000 de años en aparecer. De momento, no nos podemos quejar del ritmo que llevamos.
En la próxima entrada, la recapitulación final de ¿De dónde viene la vida?
27/5/09
Preguntas sobre la evolución: ¿De dónde viene la vida? II: La "no vida"
La entrada anterior acababa con la siguiente reflexión: ¿De dónde vienen los compuestos orgánicos? De los seres vivos, los cuáles están formados a su vez de otros compuestos orgánicos, que se formaron gracias a compuestos orgánicos que venían de otros seres vivos... y ya os podéis imaginar cómo continúa el cuento. Pero, entonces... ¿de dónde surgieron los primeros compuestos orgánicos que formaron el primer ser vivo? Aquí tenéis la respuesta...
De la no vida. Es lo que se conoce como origen abiótico de la vida. Una mezcla de moléculas inorgánicas con moléculas orgánicas muy simples, pueden generar moléculas orgánicas complejas, siempre que haya aporte de energía. Esta fue la idea revolucionaria del investigador ruso Oparin (del que ya hemos comentado su más famoso libro), la cual se vio demostrada con los experimentos de Miller-Urey (para los fetichistas, aquí encontraréis su artículo original de 1953). En este experimento una mezcla de moléculas simples situadas en una "representación" de lo que era la atmosfera primitiva de nuestro planeta, dio lugar a una sopa de compuestos orgánicos. Miller y Urey no crearon vida, sólo comprobaron experimentalmente la posibilidad que moléculas simples creasen moléculas más complejas. Es el primer paso hacia la explicación de la aparición del primer ser vivo.
Desde entonces, el origen abiótico de las grandes moléculas orgánicas ha sido uno de las principales puntas de lanza de la investigación del origen de la vida... porque una cosa es tener aminoácidos (como los que obtuvo Miller), y otra, conseguir proteínas (cadenas de aminoácidos). Casualmente, el número de Nature del 14 de mayo hablaba de la posible síntesis de moléculas de RNA partiendo de moléculas orgánicas simples, cuya presencia en el "caldo primordial" parece plausible. El artículo iba acompañado de un destacado en el apartado de noticias, en el sumario del Editor, y en el podcast de esa semana. Tanta atención dispensada es un indicador de la importancia que aun se les da a los descubrimientos en este fascinante campo.
Vale, pero... Una vez tenemos RNA... ¿Qué? Seguiremos en la próxia entrada.
Relacionada con esta entrada, os recomiendo esta otra: Llega el invierno, el origen frío de la vida, en la que tratamos de explicar los principales puntos de la teoría que sitúa el origen de la vida en las etapas "frías" de la Tierra, en las que los hielos reinaban sobre las aguas.
24/5/09
Preguntas sobre la evolución: ¿De dónde viene la vida?
En la primera tanda de las preguntas que os anuncié en la entrada anterior, se condensaban cuestiones que giraban alrededor del origen de la vida. ¿De dónde viene la vida? ¿Se sabe? ¿Se tiene hipótesis? ¿Se han demotrado estas hipótesis?
La vida se abre paso en las más increibles condiciones: desde la superficie de la tierra a las más remotas profudidades del océano; desde las selvas más frondosas a los sumergidos y fríos lagos encerrados de la Antártida (recordad el Lago Vostok). Somos seres vivos y estamos rodeados -literalmente- de otros seres vivos... pero ¿de dónde viene la vida?. ¿Y por qué TODA la vida está formada por los mismos elementos primordiales: 4 nucleótidos para DNA y RNA, y 20 aminoácidos para las proteínas? ¿No parece demasiado... "fantástico"?
En el momento de su formación, nuestro planeta era una bola de materiales a alta temperatura, los cuales sufrían contínuamente los impactos de cuerpos celestes de todos los tamaños. En ese momento el embrión planetario era estéril. No tenía ningún tipo de "vida". 1.000 millones de años después, la presencia de la vida era evidente. ¿Qué pasó en estos 1.000 millones de años? Cómo pasamos de un planeta "abiótico" (sin vida) a un planeta "biótico"?
La vida que conocemos se basa en los compuestos del carbono: los azúcares, las proteínas, las grasas, la inmensa mayoría de cosas que encontráis en la información nutricional de los alimentos, son cadenas de compuestos químicos basadas en un esqueleto de carbonos unidos entre sí. Los famosos compuestos orgánicos ¿De dónde vienen estos compuesto orgánicos? De los seres vivos, los cuáles están formados a su vez de otros compuestos orgánicos, que se formaron gracias a compuestos orgánicos que venían de otros seres vivos... y ya os podéis imaginar cómo continúa el cuento. Pero, entonces... ¿de dónde surgieron los primeros compuestos orgánicos que formaron el primer ser vivo? La respuesta... en la siguiente entrada.
Relacionada con este tema, os recomiendo una de las primeras entradas de este blog: Origen de la vida I: El ser vivo está vivo
2/11/08
Se acerca el invierno: Origen frío de la vida.
Ideas regias (e ilegales) a parte, hace más de 75 años que Oparin postuló la posibilidad de que los componentes más básicos de la vida (las moléculas orgánicas) se generasen de manera abiótica, por las condiciones ambientales de la Tierra primigenia. El famoso experimento de Stanley Miller (El hombre de la foto), así como el hallazgo de moléculas orgánicas en planetas y meteoritos confirman esta hipótesis.
De acuerdo, las moléculas orgánicas básicas se pueden generar a partir de moléculas inorgánicas y energía... pero, ¿bajo qué condiciones? Y a partir de entonces, ¿qué? En tres entradas "antiguas" hablábamos tanto de qué se podía considerar vida, como de la teoría actual más aceptada, la del mundo de RNA, y de una nueva teoría defendida por Robert Shapiro, la del mundo metabólico. Preparándome la entrada sobre El Lago Vostok leí acerca de otra teoría, el origen frío de la vida, y me picó la curiosidad... aunque mucha información no he sabido encontrar.
Los partidarios del origen frío de la vida esgrimen diferentes argumentos:
Cubitera de purinas y pirimidinas. Las purinas y pirimidinas son las que dan nombre y letra (A,C,G,T) a los nucleótidos de nuestro DNA (y RNA). Parece ser que concentraciones relativamente altas de ácido cianhídrico a bajas temperaturas son capaces de generar estas bases. En un planeta congelado se podrían dar regiones con concentraciones puntuales de ácido cianhídrico (HCN) suficientes para generar estos compuestos, como defienden los autores de los siguientes artículos: [1] y [2].
- La frialdad del RNA El mundo del RNA estaría regido por organismos en los que el RNA no sólo contendría la información genética, sino que también llevaría a cabo los procesos "celulares" (los ribozimas). La funcionalidad del RNA, según los autores de este estudio, parece incompatible con temperaturas elevadas, con lo que el mundo de RNA necesitaría un escenario más bien "freshquito".
El laberinto del orgánico Cuando el agua se congela, expulsa los iones que pueda contener, con lo que el agua que está cerca (o dentro) de las grandes masas de hielo tienen una mayor concentración de estos compuestos. Según P. Buford Price, este escenario de grandes bloques de hielo con cavidades llenas de agua con grandes concentraciones de iones y moléculas orgánicas habría favorecido no sólo las reacciones redox a través de las que loas primeros organismos hubieran obtenido la energía, sinó también la síntesis de moléculas orgánicas cada vez mayores.
- El maestro gélido El propio Stanley Miller escribió un artículo en defensa de esta hipótesis, en colaboración con el científico mejicano Antonio Lazcano. Esta defensa se basaba en la poca estabilidad de los compuestos orgánicos a altas temperaturas
El debate, como apreciaréis, lleva más de una década "caliente". Los defensores del origen caliente (en los surtidores termales de los océanos, por ejemplo) de la vida, también han ido aportando sus datos (Sirva este artículo de ejemplo). Estamos hablando de una época muy lejana de la historia de nuestro planeta, la cual, como apunta Miller en el resumen de su artículo, no nos ha dejado ninguna roca no metamorfizada que pueda aportar más información de la que disponemos... realmente, es uno de los debates más enriquecedores e interesantes que puede tener la ciencia.
¿Lo malo? Lo difícil que tiene que ser que te den una subvención para investigar en este campo... Su poca "aplicabilidad" a corto plazo no le asegura becas automáticas... si ni tan solo podemos ponerle la palabra "cáncer" o "fármaco" al informe para conseguir una beca o financiación
14/9/07
Origen de la vida III: Mundo metabólico
En algún momento, uno de estos polímeros (en este caso un ARN) adquirió capacidad de autoreplicarse; es decir, de formar copias idénticas de sí mismo. Empezó la dispersión de la vida. Algunos de estos polímeros se introdujeron en una vesícula con membrana lipídica que los aisló del exterior. Al final, la capacidad de hacer del ARN o de las proteínas asociadas a éste conformó el metabolismo. El metabolismo hizo posible la transformación de la energía externa en energía interna que permitía mantenerse y replicarse. Permitía vivir. En el génesis del mundo de RNA, en el primer día se crearon las moléculas orgánicas; en el segundo, los polímeros; en el tercero, los polímeros se autoreplicaron; en el cuarto, estos polímeros se incluyeron en membranas; en el quinto, se formó el metabolismo; en el sexto, se asociaron ADN, ARN y proteínas; y, claro, en el séptimo, se descansó.
En el artículo de Investigación y Ciencia que citamos en la entrada anterior , Robert Shapiro cuestiona esta teoría y defiende una nueva teoría para el origen de la vida. Según este autor, en el principio fueron las membranas, las cuales determinaron dos compartimentos: dentro y fuera. La presencia de diferentes dentros con distintas concentraciones de moléculas permitiría la creación de transformaciones entre estas moléculas. Estas transformaciones se darían gracias al aporte energético externo. En alguno de estos compartimentos se formó el primer ciclo: una molécula mediante transformaciones sucesivas en distintas moléculas se transformaría en sí misma. Los ciclos acoplados a energía son la base del metabolismo.
Siempre que en ciencia aparecen dos teorías, aparece una tercera: que ambas tengan razón. Quizás en el principio de los tiempos habían vesículas en las que se estaban formando los primeros metabolismos mientras que fuera se encontraban moléculas orgánicas que podrían estar polimerizando, uniéndose para formar macromoléculas como el ADN, el ARN o las proteínas. En algún momento una vesícula metabólica adquirió (o se comió) algún polímero y lo incorporó a su “vida” normal. No es tan descabellado. La simbiosis se ha mostrado un poderoso motor de la evolución… Ya ha pasado en otras ocasiones, aunque esto es otra historia.
12/9/07
El origen de la vida II: El mundo de ARN
- Toda vida tiene un metabolismo que obtiene energía del exterior y la invierte en el interior para mantenerse.
- Todos los seres vivos mantenemos el metabolismo de nuestras células aislado del entorno mediante una membrana de lípidos (un tipo de grasas).
- Todos funcionamos con el mismo esquema básico: el ADN almacena información, el ARN la comunica y las proteínas lo hacen todo: crean, destruyen, mueven, detienen… Las proteínas contribuyen al metabolismo pero también a copiar el ADN, a transcribirlo a ARN y a construir proteínas a partir de éste.
El panorama cambió en la década de los 80 cuando Cech y Altman, en un trabajo que les llevó a ganar el premio Nobel en 1989 , describieron moléculas de ARN que no sólo informaban sino que también eran capaces de hacer. Se les denominó ribozimas.
Todo cobraba sentido. Entre un planeta orgánico pero inerte y el planeta vivo tal y como lo conocemos, existió el mundo de ARN. En algún momento se generó una cadena de ARN capaz de autoreplicarse pues no sólo contenía la información sobre sí misma si no también la capacidad para hacerse. ¿Por qué surgió el ADN? Porque es más estable y permite almacenar una mayor cantidad de información. ¿Por qué surgieron las proteínas? Porque son más eficientes “haciendo” que los ARN. ¿Por qué se ha mantenido el ARN? Por que es un vestigio de ese mundo antiguo. La aparición de la membrana quizás sirvió para mantener juntos estos elementos. Todo cuadra. ¿O no?
En un interesante artículo aparecido en Investigación y Ciencia, Robert Shapiro expone una opción a este mundo de RNA que dejaremos para mañana.
11/9/07
Origen de la vida I: El ser vivo está vivo
Miremos desde mucho, mucho más arriba. Todos los seres vivos, desde las más recónditas bacterias a los más complejos supraorganismos de insectos sociales comparten varias característica ancestrales. La más importante de ellas es estar vivos. Parece una redundancia, pero no está de más incidir en ella. Para ser un ser vivo se necesita estar vivo.
La pregunta surge sola: ¿qué consideramos vida? Podríamos excusarnos como hizo San Agustín al ser preguntado sobre el tiempo: ‹‹Si no me lo preguntan, lo sé. Si me lo preguntan, ya no lo sé››. Todo el mundo sabe que un vaso de agua no está vivo pero que una medusa sí. Es relativamente fácil responder si alguna cosa está viva, pero no lo es tanto el responder qué es la vida.
De manera simple podríamos considerar que algo está vivo cuando está más ordenado que su entorno y gasta energía en mantenerse así. ¿Más ordenado? Imaginemos un refugio de pastor en lo alto de la montaña. El material tanto de la montaña como del refugio es el mismo: piedra. Sin embargo el refugio presenta una mayor ordenación que su entorno, resultado de una aportación de energía. Si no se gasta energía en él, el refugio acabará derruído: perderá su ordenación. Cederá ante el entorno, ante la incertidumbre (no me resisto a recomendar La rebelión de las formas de Jorge Wagensberg).
¿Quiere eso decir que el refugio está vivo? Evidentemente, no. Si el refugio fuese capaz de invertir por sí mismo cierto tipo de energía en su automantenimiento, entonces sí. Pero el pastor que tiene que reparar con piedras cada primavera su refugio tiene claro que éste no es autosuficiente. En cambio el pastor sí se automantiene. Obtiene energía de los alimentos, la cual utiliza para continuar siendo lo que es. Para continuar vivo. Es el metabolismo lo que le mantiene vivo.
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