martes, 10 de enero de 2012

34- La vida, compleja propiedad de la materia






34-LA VIDA, COMPLEJA PROPIEDAD DE LA MATERIA

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         "Los objetos que se manejan tienen partes secretas e inconjeturables, sobre todo a causa de la naturaleza de los hombres, y ofrecen condiciones invisibles y mudas, desconocidas a veces por su mismo poseedor y que se manifiestan según las ocasiones que sobrevienen."

"La Naturaleza crea siempre leyes mejores que las nuestras"


Miguel Eyquem de Montaigne 1533-1592 (Essais)



                   En la medida que sabemos, el universo que hizo posible la existencia vital, (bien se trate de un acontecimiento aislado o relativamente difundido, bien se produjera gracias a la acción exterior o comenzando exclusivamente sobre la superficie terrestre), dio origen a un encadenamiento de sucesos (que culminaron en la formación de organismos) que no se asemejan a ninguna técnica de construcción parecida a cualesquiera de las técnicas de producción humana.
                   El proceso de selección en el estadio físico-químico prebiótico fue, más que nada, un conjunto de sucesos caracterizado por la falta de intencionalidad y por la receptividad de la materia. Las variables sobre las que operó no son las conocidas hoy en día, es decir, las moléculas orgánicas que se han convertido en omnipresentes en la vida. Los diversos componentes moleculares que generaron nuestro sistema bioquímico no son los mismos que generaron los sucesos vitales. Si nos remontamos al primer antepasado común de la vida actual sobre nuestro planeta, nos encontramos con un núcleo invariable de conjuntos estructurales cuyas formas, asociaciones e imperfecciones colaterales pudieron ser obtenidas por selección natural. Cuando ésta actuó habiendo una adición memorizada, sin rupturas con los éxitos del pasado, los juegos de azar perdieron su carácter y adquirieron una gradual excepcionalidad. De ese modo, lo muy improbable pudo llegar a ser altamente difundido y hasta vulgarizado.
                   Retrotrayéndonos al pasado, vemos que los materiales de los que se parte tienen una coherencia, una lógica interna dada por la ordenación cuántica de sus elementos atómicos y moleculares; los constituyentes (el medio también esta formado por constituyentes, no lo olvidemos) son los únicos que de antemano tienen consistencia propia y ofrecen inteligibilidad al análisis. Las cosas siguieron así hasta el comienzo de las interacciones que desembocaron en un ámbito de características inequívocamente vitales. Los sucesos que se desencadenaron en el seno de un sistema que, con el ánimo de no ser restrictivos, denominamos "termodinámicamente abierto", fueron de naturaleza aleatoria; por tanto, y de ese carácter fundamental se deriva que pudieron darse disparidad y diversidad de situaciones. Sincronía, arritmia, ubicuidad, fugacidad, persistencia, catálisis, ciclos y reciclamientos, dispersión, concentración, etc.; tantos y tantos factores más que podríamos llenar una pagina entera. Y todo ello realizándose en el gran crisol  del espacio y el tiempo.
                   De la observación de millones y millones de moléculas orgánicas, se llega a la conclusión que toda la vida descubierta hasta ahora, está basada en cien o doscientas clases de elementos o moléculas del tamaño de aminoácidos o nucleótidos que poseen de diez a cien átomos. A esos elementos se les llama moléculas de la vida. Seguramente la Tierra suministró casi todo lo necesario para su surgimiento. Una actividad pulsativa en todas direcciones, elaboró por procesos terrestres o bien adquiriéndolos (por ejemplo, meteoríticamente) del espacio, estas moléculas. No hay prisas ni pausas (aunque si pautas) que dificulten que todo lo que sea posible, llegue a serlo de manera efectiva. No se dan ucronías en el universo. La mecánica combinatoria de los grandes números está en juego. Unos mil quinientos millones de años aproximadamente tardó la vida en aparecer sobre nuestro planeta. Bien podrían haber sido más si fuera preciso.
                   El despliegue de posibilidades es tan amplio, que la materia (y, naturalmente, también la energía) desarrollará inevitablemente sus potencialidades, entendiendo por potencialidades incluso sus latencias, puesto que éstas son una mera distinción semántica de aquéllas, que nos dan idea de su oscuridad o falta de evidencia. Con mucho tiempo por delante y el recurso de los océanos, hubo un preámbulo molecular en el que, posiblemente quedaron fijados para el futuro cierta clase de caracteres. 
                   Esas características fijas son precisamente las que constituyen la unidad bioquímica. La enorme variedad del mundo viviente y su gran diversidad de formas, de estructuras y de propiedades observadas en el mundo macroscópico se basan en la combinación de algunas especies moleculares, es decir, en una extrema simplicidad y economía de medios en el nivel microscópico. Es un proceso determinista, direccional y que favorece las variantes que son ventajosas a sus poseedores. Además, los procesos que se desarrollan a nivel microscópico en las moléculas que componen los seres vivos, no se diferencian sustancialmente de aquellos que estudian la física y la química en los sistemas inertes. Únicamente en el nivel macroscópico los organismos adquieren propiedades específicas nacidas de la necesaria adecuación a ciertas clases de condiciones y a los imperativos de la reproducción.
                   Al reconocer esa unidad en los procesos fisicoquímicos en el nivel molecular, se pone de manifiesto la poca entidad de los argumentos ortogeneticistas y del vitalismo en su conjunto. Es cierto que la herencia biológica es un proceso conservador, pero su perfección no es total ni uniforme; en caso contrario la evolución no hubiera podido ocurrir. Gracias a eso, los primeros seres vivientes que eran muy pequeños y simples se convirtieron en la diversificación de más de un millón de especies que pueblan la Tierra en la actualidad. El material hereditario de los organismos ha cambiado y se ha diversificado a través del tiempo. Y sin embargo, la organización de los sistemas vivientes ha de realizarse siguiendo unos principios físicos y biológicos construidos en plantas (François Jacob) por integración sucesiva de subconjuntos, es decir, algo parecido a la estructura llamada de cajas chinas por A .G. Cairns-Smith. Es la grandeza y la servidumbre de la variabilidad y la repetición las que están en juego.
                   Las agrupaciones de plantas o cajas chinas se formaron de modo que las cajas exteriores de los conjuntos son de estilos mucho más diversificados que las interiores, lo que nos indica que los conjuntos de cajas, generalmente, se formaron por la adición de cajas (o plantas) de dentro a fuera. En todo momento, y ante cualquier eventualidad selectiva, los sistemas vivientes de la misma manera que los sistemas inertes, continúan sometidos al principio de la energía mínima. La disminución de la energía libre es un objetivo al que tienden las reacciones propias de la materia viviente, y eso, tanto si intervienen o no uniones químicas, como si se originan síntesis o simples asociaciones de moléculas. En ese sentido, también los subsistemas externos descansan sobre los internos y todo se apoya sobre el núcleo central.
                   La arquitectura en cajas chinas que se envuelven unas a otras, es el principio que rige la construcción de cualquier sistema viviente, independientemente de cuál sea su grado de organización. La complejidad de los seres vivos surge de la combinación de elementos cada vez más sofisticados, y de la compenetración de estructuras que se subordinan funcionalmente unas a otras. Los organismos no se han construido agregando piezas hasta formar conjuntos. En realidad, los organismos surgen de la asociación de una serie de conjuntos intermedios integrados a un nivel superior. Ahora bien, los conjuntos intermedios provienen de la asociación de elementos similares, siendo, por tanto, éstos los que constituyen el núcleo permanente de la jerarquía de conjuntos discontinuos distribuidos en paquetes.
                   Este principio de la caja china hecha de cajas no incluye un mundo inmutable propio de la filosofía perenne que, tal vez, sea posible, sino un mundo en evolución que es también posible. Es obvio, que esto último es lo que queda puesto de relieve en el nivel microscópico y en la elaboración de estructuras proteicas en el seno de la célula. La interconexión de los subsistemas es tan fuerte dentro del sistema general, que, por ejemplo, las proteínas son tan necesarias para hacer catalizadores, como éstos lo son para hacer proteínas. Para elaborar proteínas se precisa de la presencia de los ácidos nucleicos. Las membranas de las células requieren de la existencia de proteínas y lípidos para su formación, cuando son ellas mismas las que dan protección a todos los procesos químicos que se realizan en el interior de la célula. Y así en muchos otros aspectos. La interdependencia es tan grande que la unión estructural es sólo el resultado de las propiedades asociativas que confiere a los contribuyentes la propia estructura, o lo que es lo mismo, el ordenamiento del sistema que se elabora con espontaneidad está fundado exclusivamente en la afinidad de los elementos que lo componen.
                   Cuando, como en estos casos, todo depende de todo, es difícil que algo cambie y, de hecho, constituye una propiedad de equilibrio del sistema. La interconexión múltiple de funciones es, sin duda, un producto de la evolución en la que se pueden distinguir varias etapas en la edificación estructural. Es decir, que el núcleo del sistema o del conjunto de cajas chinas, se hace fijo, aunque no tuvo por qué ser así en un principio. Los elementos inorgánicos comenzaron por convertirse en pequeñas moléculas específicas, mientras que las subunidades proteicas lo hicieron en una serie de reacciones catalíticas. Es razonable pensar que el grupo de moléculas que a la larga iba a ser fijado en el sistema bioquímico terrestre, incluyera algún elemento estructural relativamente fácil de producir y suficientemente estable una vez producido. Esto debió ser así si es que tales moléculas hubieron de cumplir una serie de requisitos para establecer esa fase inicial de la evolución que desembocó en nuestra bioquímica fundamental.
                   No es fácil comprender cómo las moléculas de la vida se libraron de otras clases de moléculas inconvenientes, inoportunas o francamente incompatibles, para poder organizarse en estructuras de orden superior. Es probable que la especificidad de las reacciones jugase un papel primordial tomando como base la asociación entre enzimas, otras clases de catalizadores y sustratos y sus correspondientes equilibrios. Gracias a la especificidad de la catálisis enzimática, a su precisión y su eficacia se ha podido componer la red de todas las operaciones químicas en el pequeño espacio encerrado en una célula. Y es que realmente, toda enzima debe poseer una superficie muy compleja, pues tiene una serie de diferentes cadenas laterales que emergen de la cadena peptídica central. Algunas de estas cadenas laterales tienen una carga negativa, otras, una positiva y otras carecen de cargas. Unas cadenas son de grandes dimensiones, y otras en cambio más pequeñas. Lo que si es cierto es que sólo algunas clases de moléculas de la vida se caracterizan por su ubicuidad. La mayoría no lo son y además se forman mejor en condiciones presuntamente diferentes a las que imperaban en la Tierra primitiva. Por lo demás, hay que reseñar que algunas clases de moléculas orgánicas se elaboran más fácilmente que otras, y que de ambas clases de ejemplares la bioquímica moderna ha hecho acopio en su continuado proceso evolutivo.
                   En una segunda etapa se produce un alineamiento de subunidades constituyendo polímeros. Éstos son compuestos no bien definidos y se parecen más a mezclas complejas de diferente tamaño. En estas asociaciones específicas hay un orden preciso que no requiere de ningún tipo de unión química. Los polímeros se presentan por naturaleza en disposición cristalina o amorfa y sólo cuando las subunidades están colocadas adecuadamente intervienen los procesos enzimáticos que provocan un repliegue de las cadenas proteicas y una unión superestructural. Pero no nos engañemos. Los nucleótidos y los lípidos, que son fundamentales en el sistema bioquímico actual, no sólo no se encuentran entre las moléculas ubicuas, sino que además están todavía por conseguir hacerse en condiciones de simulación conveniente de las primitivas que reinaban en la Tierra. Con su aspecto de moléculas preparadas para desempeñar un papel concreto, son demasiado complejas y especiales. Parecen más bien productos de los comienzos de la evolución, que requisitos previos a la misma. De todas formas, las disposiciones posibles en una estructura organizada dependen de las energías de unión entre los elementos, y ésas sí que son actuales y constituyen una propiedad de equilibrio del sistema. Las interacciones de los constituyentes, además de determinar los centros organizativos de los otros elementos intervienen en las distintas etapas de la elaboración de estructuras más complejas. No es nada infrecuente que los materiales intermediarios sean también agentes activos en la construcción de la estructura siguiente.
                   Ahora, podemos imaginar como fueron las cosas en la Tierra primitiva fijándonos en la manera de actuar de los químicos orgánicos. El laboratorio podría muy bien ser una charca o una gran masa de agua en la que se va concentrando una solución debido a la acción de los rayos solares que provocan la evaporación. Por su parte, las sales disueltas en el agua también proceden de las moléculas de las rocas y pueden precipitar para formar nuevas rocas. Otros factores también pueden intervenir, como, por ejemplo, catalizadores minerales en polvo que han sido transportados por el viento o mezclas de dos o más disoluciones originadas por flujos de corrientes acuosas. Además, todo ello estaría aderezado por calentamientos, filtraciones, decantaciones, etc., en lo que tendrían mucho que ver las oscilaciones meteorológicas y los pequeños accidentes geológicos que se van sucediendo a lo largo del tiempo. Esta es una secuencia de acontecimientos probables, pero no hay manera de probar que sucedieron así en realidad. Se trata más bien de una especulación fundamentada en que el planeta es muy grande y la disponibilidad de tiempo hasta dar con las circunstancias adecuadas es también inmensa, casi ilimitada. Ciertamente, eso es lo que nos dice el sentido común, pero las cosas no son tan sencillas como aparentan. Las moléculas de los seres vivos no son el mismo tipo de moléculas que constituyen las rocas. Las moléculas que se encuentran en los seres vivos son exclusivas de los seres vivos. La ordenación de las mismas ha evolucionado tanto que tienen sus propias señas de identidad biológica.
                   La elaboración de nucleótidos activados requiere de una serie de circunstancias tan especiales, que probablemente no hubo tiempo ni espacio (con ser éstos increíblemente dilatados) suficientes como para originarse puramente al azar. Según los cálculos de A. G. Cairns-Smith, las probabilidades de que tenga éxito la síntesis al azar de un lote de nucleótidos activados en la Tierra primitiva son semejantes a las probabilidades de que salga un seis en cada uno de los ciento cuarenta lanzamientos de un dado. Como ha destacado François Jacob "es preciso admitir que, en el espacio de unos ochocientos o novecientos millones de años, miles de acontecimientos, cada uno de ellos sumamente improbable, se han sucedido unos a otros para permitir el paso de una Tierra sin vida a la vida de un mundo hecho de ARN y luego a otro hecho de DNA. Es del todo evidente que una historia así parece a los no iniciados tan difícil de aceptar como la creación contada por la Teogonía de Hesiodo, por las Upanishads o por la Biblia. Y aún así, los relatos míticos parecen estar  más cerca del sentido común que los discursos de los bioquímicos y de los biólogos moleculares". Retomando a  Cairns-Smith, en ese paseo por el tiempo pasado, supongamos que hay un número de obstáculos cifrado en catorce, que deberían haber superado los nucleótidos activados para producirse en nuestro planeta, como puede ser la obtención de cantidades precisas, justas y aisladas de formaldehído y ácido cianhídrico. Consideremos, además, que concurran otras circunstancias variadas, hasta culminar en el resultado final de los nucleótidos y que, al menos, pudieran necesitarse diez operaciones para ser superados cada uno de esos inconvenientes, hasta realizarse esas ciento cuarenta operaciones apropiadamente secuenciadas. Obviamente, ese mecanismo requiere de un número demasiado elevado de coincidencias. Se necesitaría un mecanismo proveedor de nucleótidos activados funcionando continuamente, y aun así no podríamos estar seguros de que en un principio sólo la selección natural fuera capaz de activar todo su potencial adicionándose al proceso desencadenado. Vistas esas circunstancias, no es descabellado pensar que a lo mejor hubo entonces organismos más primitivos que no necesitaron nucleótidos y, sin embargo, evolucionaron en un sentido tal, que fueron capaces de producirlos.
                   En bioquímica unas cosas son fáciles en apariencia y otras son francamente difíciles. La síntesis orgánica de algunas moléculas, como el agua y el dióxido de carbono que son particularmente estables se logran con una facilidad considerable. Algunas otras clases entre las que se encuentran la glicina y la adenina, tampoco es excesivamente complicado conseguirlas. Pero cuando se trata de los nucleótidos, que son estructuras bastante improbables, la falta de vestigios que proporcionen ideas, reducen la biología a meras especulaciones. Son problemas de ese calibre cuando, por ejemplo, nos interrogamos sobre cuál de los polímeros nucleicos o proteicos son llamados con propiedad anteriores a otros, o el más importante quizá de todos los problemas biológicos, el origen del código genético.
                   Sabemos que cada gen está constituido por una secuencia específica de nucleótidos y que cada gen contiene la información que determina la estructura de una proteína determinada. Dicho de otra manera, la secuencia de nucleótidos en el ADN define la secuencia de los aminoácidos (o sea, su estructura tridimensional) de la proteína. El mecanismo de constitución de la proteína ha sido reconstruido al detalle, en sus dos etapas: trascripción del gen en ARN mensajero y traducción del mensajero en cadena peptídica. Por lo tanto, el enfoque podría hacerse desde otro ángulo  y sería el de preguntarnos, si carentes de polímeros nucleicos y polímeros proteicos sería concebible algo parecido a lo que comúnmente llamamos vida. Una segunda pregunta tiene que ver con los procesos evolutivos y la lógica de los mismos. Porque aunque sepamos que la expresión de los genes se modula precisamente, mediando bucles reguladores, en los que pueden intervenir diversas moléculas, que gracias a esa particularidad, se vuelven capaces de activar, o restringir, de manera específica la actividad de un gen, ignoramos a qué se debe que la universalidad de toda la organización biológica no pueda justificarse lógica ni empíricamente en términos de preexistencia de esa organización, precisamente en un planeta abiótico. ¿Por qué la correspondencia unívoca entre cada grupo de tres unidades proteicas y una subunidad proteica no pudo surgir, al menos aparentemente, de golpe? ¿Por qué ese triplete nucleico y no otro, es correspondido por esa subunidad proteica tan específica y no otra? Podría argüirse que seguramente se necesitarían antes las partes para que surgiera ese conjunto y que deberían existir antes que la propia vida, es decir, antes de que comenzara a desarrollarse el sistema. Aunque, bien mirado quizás existieron en las organizaciones primitivas tensiones estructurales que se resolvieron de una manera que no acertamos a desvelar.
                   Cuando la ingeniería genética estuvo en condiciones de experimentar sobre los genes de los organismos superiores hubo grandes sorpresas: se comprobó que había una ruptura en la continuidad de los genes; existencia de familias de genes, hasta veinte y treinta, de estructuras muy similares en un mismo organismo; una permanente consolidación de las estructuras y las funciones de muchos genes que persisten a lo largo de la evolución y que se reencuentran incluso en forma idéntica en la mayoría de los organismos. Todas esas peculiaridades es posible que provocasen una adecuación de las conformidades moleculares a algunas equivalencias, ya que no al sistema entero. Si no hubo tensiones, las equivalencias tal vez se establecieron por azar y luego fueron capaces de perpetuarse por si mismas. Dada una arquitectura interna de muchos genes que aparecen formados por la unión de fragmentos relativamente cortos de ADN, cada uno de ellos debe codificar un motivo proteico con una capacidad de reconocimiento e interacción con otras moléculas, que derivan de su estructura tridimensional y las cargas electrostáticas que le son inherentes. Como una vez establecido un sistema de relaciones no pueden modificarse sin alterar todo el conjunto, la evolución hace que en cada nivel de organización aparezcan nuevas características y nuevas propiedades lógicas, pero sin que las moléculas por sí mismas tengan la capacidad de reproducirse.
                   El que los organismos primitivos fueran capaces de evolucionar, era una característica fundamental en orden a la superación del problema de las objeciones, que suelen surgir en torno a la idea de que los aprovisionamientos necesarios de los nucleótidos, hayan podido ser originados en los comienzos de la historia biológica del planeta. En ese caso, hubo de haber trasiegos de mensajes a través de sucesivas generaciones a base de la realización de copias de los productos de otras copias. Y, naturalmente, fue preciso que hubiera genes de alguna clase. En la transición de las partículas a los seres vivos más evolucionados se encuentran toda una serie de niveles, discontinuidades e integraciones pero los genes están organizados precisamente, en torno al nivel de la estructuración en la que intervienen muchas clases de átomos. Además, están al abrigo de cualquier ruptura que pueda haber tanto en la composición de los objetos, como de las reacciones que a ella misma dan origen. Ningún cambio fundamental permite distinguirse a nivel físico, entre moléculas y orgánulos celulares.
                   Si los genes habían de portar algo más que simples informaciones poco importantes, debieron poseer muchas unidades ensambladas con gran precisión. Y, como es natural, las unidades tendrían que estar unidas entre sí mediante fuerzas poderosas (por ser unidades pequeñas) y, al mismo tiempo, reversibles. La evolución bioquímica, a diferencia de lo que se ha creído durante mucho tiempo, no se apoya de una manera directa en las mutaciones. Se debe fundamentalmente a la duplicación de segmentos de ADN y a la retroalimentación de los mismos. Lo que caracteriza a esta evolución es que hay anclajes o puntos fijos, formados por los espacios de reconocimiento específico. En torno a los segmentos de ADN que los codifican hay un intercambio más o menos libre (o forzado) a la manera de una mutua entrega de testigos, de otros fragmentos de ADN. Pero lo que estamos diciendo se parece mucho a la descripción de la génesis de un material cristalino inorgánico. En efecto, las propiedades de las estructuras recuerdan muchas veces las de los cristales.
                   Cuando suponemos que los primitivos organismos eran de naturaleza cristalina inorgánica, no de moléculas orgánicas como los organismos actuales, no utilizamos más que la vieja analogía que había sido planteada ya hace más de doscientos años, como modo de explicar la forma, el crecimiento y la reproducción de los seres vivos. Esa analogía se desestimó al descubrirse la estructura de los sólidos cristalinos perfectos. Esa clase de cristales hacen intervenir las repeticiones de un mismo motivo en tres dimensiones que consiste exclusivamente en un ordenamiento de átomos del centro a la superficie. Vistas así las cosas, difícilmente podrían llegar a ser representativos de la vida. Pero los genes de cristal que se necesitarían no son exactamente unos cristales cualesquiera, como tampoco los genes orgánicos se tratan de unos polímeros cualquiera. La analogía se restableció de nuevo, cuando se observó que a partir de partículas, prácticamente sin dimensiones, se constituyen espontáneamente fibras que devienen en superficies parecidas a las membranas de los cuerpos tridimensionales. Los genes de cristales deben ser capaces de portar cantidades importantes de información, y al mismo tiempo, de reproducir esa información con suficiente exactitud mediante los mecanismos habilitados al efecto. Estos mecanismos son generalmente los propios procesos de crecimiento de los cristales y su exfoliación. De manera análoga, en los complejos "cristales orgánicos", quizá la estructura en mosaico de los genes y las proteínas proporcione a éstas últimas, múltiples posibilidades de interacción.
                   Siguiendo con nuestros genes cristalinos, aunque no conocemos bien el procedimiento, observamos que pueden llevar y reproducir información compleja cuando hay un nivel adecuado, bastante bajo por cierto, de sobresaturación, pues es el que exigen los cristales bien formados. Además, los cristales deben tener la capacidad de exfoliarse con facilidad durante su crecimiento para crear nuevas semillas de cristales en solución. Esa es precisamente la característica que confiere a los objetos cristalinos la propiedad de juntarse formando una identidad. No es solamente la capacidad de formar estructuras geométricas la que está en juego, sino, lo que es más importante, el poder de formarlas espontáneamente. Es verdad que la palabra identidad incluye un concepto muy ajustado a la precisión con que las variaciones estructurales pueden soportarse sin quebrar el edificio cristalino. Sin embargo, los estrictos límites que rigen en la formación de cristales de tres dimensiones a partir de soluciones acuosas, no son tan rigurosos en los otros casos. La lógica interna de los cristales de tres dimensiones no es exactamente la que rige para las estructuras biológicas, las membranas, los polímeros, los orgánulos de las células, pero sí se asemejan bastante. Genes y proteínas son en su mayoría una especie de mosaicos formados por la unión de elementos determinados, de ciertos acoplamientos, cada uno de los cuales está dotado de su correspondiente habilidad para hacerse encajar en su sitio de reconocimiento exclusivo. En cualquier caso, la función química de las estructuras consideradas, sólo puede ejercerse mediante su superficie.
                   Si para un biólogo el signo de lo viviente comienza con la constitución de un programa genético que pueda ser sometido a selección natural, para el bioquímico no están tan delimitadas las cosas y considera que la evolución biológica es la continuación necesaria e ininterrumpida de una larga y complicada evolución química anterior. Quizás, los procesos de crecimiento cristalino permitan vislumbrar el tipo de situación que se necesita para la génesis de los organismos simples que dependen de ellos. Es probable que el primer organismo que dependió de procesos de crecimiento cristalino, fuera un cristalizador continuo que requiriera de una solución con un nivel apropiado de sobresaturación. Pudo haber sido en un conjunto acuoso, como un mar, un lago o una hilera o conjunto de charcas comunicadas por entradas y salidas adecuadas, en donde a una simple masa de pequeños cristales les cupo el honor de desempeñar el papel de primer organismo de la historia de la biología. Tal organismo habría sido un gen libre y el material clave fue un cristal inorgánico.
                   Si los supuestos genes cristalinos contenían poca información, como se cree, no es una cuestión que nos preocupe en exceso. Debieron tener mucha más importancia otros factores, como, por ejemplo, que la información fuera replicable y susceptible de adaptación, cualidad esta última que viene influida por las posibilidades de éxito del material genético que la contiene. Además, también habría que resaltar que la información portada debería poder ser más complicada en el futuro. A ese respecto, el elemento base, el directamente señalado por la química de la célula es el sitio específico de reconocimiento contenido en un dominio proteico. Se le atribuye el papel principal en muy diversas reacciones: interacción proteína-ADN en la regulación de la actividad de los genes; polimerización de las proteínas en orden a la formación de diversas estructuras, tales como las proteínas de los músculos, los ribosomas, el citoesqueleto, etc. interacción receptor-conectando en toda una serie de fenómenos, como la interacción entre células, transducción de las señales, adherencia celular, etc. Con seguridad, esas consecuencias se derivarían, si en origen, se hubiera producido una adsorción de los componentes de los nucleótidos sobre la superficie de determinados minerales, que se habrían combinado únicamente en determinada orientación. No obstante, cabe también la posibilidad de que hubiera habido reacciones no enzimáticas que condujeron a la síntesis eficaz de ribonucleótidos puros, aunque nadie ha logrado identificarlas. James P. Ferris ha demostrado que la montmorillonita, una simple arcilla común, cataliza la síntesis de oligonucleótidos de ARN, aunque también podrían haber sido la caolinita en sus dos variedades, la dickita y la halloysita u otras clases de silicatos laminares como las illitas o las esmectitas.
                   Cuando se forma una proteína o una cadena de ADN, las unidades necesarias en la disolución no son exactamente las mismas que las unidades de la cadena que se formará como consecuencia de la unión. Parte de las unidades iniciales tienen que fragmentarse dentro del proceso de elaboración de las cadenas. Parece como si la formación de láminas de arcilla fuera, en cierto modo, similar a la formación del ADN o de las mismas proteínas. En efecto, las dos son capaces de constituir edificios moleculares muy variados y con un amplio desarrollo. Tanto las arcillas como las macromoléculas biológicas se forman en medios acuosos y presentan una superficie muy considerable a la acción de ese disolvente, lo que favorece las reacciones con las moléculas que se disuelven en él.
                   Además, y esto quiere decir algo, algunos compuestos microcristalinos, como los óxidos o los sulfuros metálicos y los cristales de arcilla, son capaces de absorber numerosas sustancias orgánicas e inorgánicas, a la par que actúan como catalizadores. Precisamente, esas propiedades permitirían construir en la superficie de las laminillas de arcilla, pequeñas moléculas orgánicas por medio de reacciones catalíticas específicas que dieron lugar al establecimiento de alguna clase de antecesor de un metabolismo de transición.
                   En los años sesenta del pasado siglo el susodicho Cairns-Smith, ante las dificultades que entrañan la síntesis de nucleótidos y la replicación del ADN en condiciones prebióticas supuestamente razonables, adoptó la tesis radical de que ésa no fue la primera molécula que se replicó en la Tierra primitiva. En su opinión, (que difiere un tanto de la de Ferris) determinadas irregularidades de la estructura de una arcilla eran las depositarias de la información genética. Está de acuerdo con que hay un gran número de tipos de arcillas que, esquemáticamente, se presentan en formas laminares que portan fibras que se entrecruzan con las fibras de polímeros bidimensionales de silicatos de aluminio correspondientes a las portadas por otras hojas laminares. Pero según él, en cuanto a la replicación podría haberse producido, si una disposición determinada de cationes (por ejemplo) en una capa de arcilla dirigiera la síntesis de una nueva capa con una distribución de cationes casi idéntica. Se habría realizado un proceso de selección sumamente interesante y trascendente, en el caso de que la distribución de cationes de una capa determinara el proceso de copiado de la misma. Pero hasta ahora, nadie ha podido corroborar esta hipótesis con una ilustración experimental adecuada. La principal dificultad estriba en el paso de una replicación de dos dimensiones, como es la de las arcillas en láminas, a una replicación unidimensional como las de las moléculas de ácidos nucleicos.
                   Es posible también que la síntesis de nucleótidos de estructura apropiada y su polimerización se realizara en un conjunto de oligonucleótidos aleatorio, catalizados por la acción de minerales. Acto seguido, se formaría una pareja de cadenas complementarias producida por un proceso de copiado sin que hubiera lugar a replicaciones. Así, Szostak nos sugiere que si ocurriera que una de las cadenas fuera una ribozima (ribosa enzimática) que copiara a su complemento, se duplicaría a si misma y se cumplirían las condiciones requeridas para una replicación acelerada de las dos cadenas. Este es un modelo muy plausible que podría dar una idea verosímil de los hechos.
                   Continuamente se ensayan diversos modelos, buscando materiales genéticos alternativos. Numerosos polímeros con estructuras emparentadas con el ARN pueden comportarse de manera análoga; tal vez alguno de ellos participó en un sistema genético primitivo que evolucionó hasta ser lo que es hoy en día. Claro que quienes están implicados en tan afanosa búsqueda, ensayan también la síntesis de moléculas complementarias afines al nuevo sistema, que no dependan para el copiado sobre una plantilla de las bases de nucleótidos. Al fin y al cabo, todas las etapas implicadas en el advenimiento de un mundo de ARN, y luego en el paso a un mundo de ADN, son reacciones químicas comunes y corrientes. Por lo tanto pueden producirse siempre que dispongan (como presumiblemente ha sido el caso) de suficientes ocasiones y, por lo mismo, el tiempo necesario.
                   El investigador Eschenmoser ha optado, vislumbrando su proximidad, por la molécula de piranosil ARN (pARN), muy parecida al ARN pero con una versión de ribosa distinta. En el ARN natural, la ribosa contiene cuatro carbonos y un oxígeno dispuestos anularmente y unidos por cinco eslabones, mientras que en la estructura experimental de que hablamos, la ribosa ha sido alterada con el fin de poder situar un carbono más en el anillo de azúcar. De todas formas, están por desarrollar métodos simples que permiten sintetizar ribonucleótidos con una ribosa modificada de seis eslabones. Quizás esa variedad alterada de ARN sea el antecesor potencial de la forma más conocida de molécula, o quizás no. Pero lo que si es muy probable es que el ARN llevase más lejos a la vida incipiente, conduciéndola a la síntesis de las proteínas y a la formación del ADN, moléculas fundamentales en el advenimiento del último antecesor común de los procesos vitales.                      
              
      
         
   
                   

3 comentarios:

  1. Javier de Agustina, lee: Sabiendo lo que sabemos hoy en día, gracias a la ciencia y a la técnica podemos perfeccionarnos en la aplicación de las leyes de la naturaleza...

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  2. Y no confundas a tu mujer con un sombrero,...que es un mal síntoma de salud mental

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