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.
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...
ResponderEliminarPues, atentos...hay que seguir esmerandose
ResponderEliminarY no confundas a tu mujer con un sombrero,...que es un mal síntoma de salud mental
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