El origen de la vida

Voy a comentar algunas hipótesis de cuál fue el origen de la vida. Es posible que nunca sepamos realmente cómo ocurrió, ya que los primeros seres vivos no dejaban registro fósil. Pero partiendo de los elementos naturales que la hicieron posible hasta llegar a un ser que puede ser considerado vida, como ya expuse en el anterior artículo, debió de ocurrir a una velocidad enorme, geológicamente hablando, ya que a muy temprana edad la Tierra, 3800 millones de años o antes, se sabe con certeza que contaba con vida.

Las condiciones con las que contaba la Tierra en esos momentos eran muy diferentes a las actuales, con gran cantidad de actividad volcánica que creó una atmósfera llena de gases con los elementos fundamentales para la formación de la vida. Contaba también con abundante agua, algo fundamental para la vida. La idea principal de todas las teorías es que en estas condiciones la vida se originó de forma natural a partir de materia inanimada.

Cuando se habla de posibles hipótesis del origen de la vida, hay dos grandes variantes, las de Replicador I (primero) y las de Metabolismo I (primero). Los científicos que mantienen las hipótesis de Replicador I opinan que las primeras moléculas pertenecientes a la vida fueron aquellas capaces de contener información genética que eran capaces de replicarse y cometer errores en el proceso.

¿Qué aspecto tendrían estos primeros replicadores? Los seres vivos actuales usamos dos moléculas para guardar las instrucciones que nuestro metabolismo necesita para nuestra construcción y mantenimiento. La principal de ellas es el ADN, que se compone de dos cadenas de moléculas que pueden ser de cuatro tipos: A, T, G y C. La sucesión de estas moléculas contiene información, como una especie de texto escrito con solo cuatro letras. Las cadenas están pegadas físicamente y son complementarias entre sí, de forma que una A en una cadena se empareja con una T en la otra, y una G se empareja siempre con una C. La cadena del ADN es muy estable, y contiene información redundante, porque cada una de las cadenas contiene una copia de la misma información.

Así que es muy útil para guardar la información de forma segura y replicarse de forma fiable. Sin embargo, esta misma estabilidad la quita de los candidatos a ser el primer replicador, porque el replicador original debería ser completamente independiente, y el ADN no lo es. El ADN necesita mucha ayuda, necesita muchos componentes celulares que ya existen para abrirse en dos cadenas, replicar cada una de las cadenas, asegurarse de que no hay errores, de que no hay errores en el ADN, en proteínas, etc. Necesita toda una serie de estructuras de apoyo que están siempre en la célula. Una molécula de ADN jamás podría haber existido y haberse replicado de forma independiente. Se podría decir que el ADN es demasiado compleja.

El principal de estos candidatos es el ARN, una molécula muy parecida al ADN pero que tiene una sola cadena en su estructura. Aunque el ADN es el principal repositorio de información de la célula, por lo estable que es, el ARN es el que realiza el mayor número de trabajos dentro de la célula. Mientras que el ADN está simplemente guardando la información genética en el núcleo o en forma de cromosoma en las bacterias, el ARN hace muchas más cosas, transporta la información desde el ADN hasta el resto de la célula, el ARN es el que copia la información del ADN y ensambla las proteínas, así además de guardar información también realiza trabajos. Esto lleva a especular que en un pasado todo estuvo hecho de ARN, se le llama a esta teoría mundo ARN, y el ARN hacía todas las cosas, guardaba la información, hacía el trabajo, construía las cosas. Quizás fuese el ARN el principal elemento de la famosa sopa primordial, junto a otros elementos. Esta flexibilidad le permite participar en el tipo de reacciones auxiliares necesarias para la traducción del ADN. Es posible que en algún punto del pasado surgió una molécula de ARN que fuese capaz de replicarse por sí misma o con la ayuda solo de otras moléculas de ARN. Sin embargo, hasta ahora las únicas moléculas de ARN capaces de autorreplicación que se han conseguido sintetizar en laboratorios son muy pequeñas y solo se replican en condiciones muy controladas, en ambientes muy puros. Así que la visión del ARN como el primer replicador está muy debatida. Y aunque se han propuesto algunos otros candidatos que en su mayoría son variantes del ARN, todavía no se ha podido demostrar ninguna hipótesis.

Teoria de Metabolismo I (primero)

Estos científicos consideran que la ausencia de un primer replicador independiente simplemente indica que la infraestructura química que permite la replicación o al menos una forma primitiva de esta estructura apareció antes que el ADN o que el ARN. La idea es que bajo ciertas condiciones es posible la formación del tipo de proteínas que forman parte de nuestras rutas metabólicas, bajo estas condiciones también sería posible la formación espontánea de membranas, pequeñas burbujas que atraparían parte de la sopa, como ya expliqué en la entrada “La membrana celular: Un viaje a través del tiempo desde la Tierra primitiva hasta las primeras células”. Entre esta cantidad enorme de burbujitas cada una llena de componentes habría algunas más estables con un metabolismo primitivo que consistiría en reacciones circulares que se producirían de manera accidental y aleatoria. La materia se rige por una serie de reglas y una de ellas es que no le gusta estar demasiado cargada de energía, lo que hablábamos de los principios de que la entropía se tiene que maximizar siempre, como expliqué en la entrada anterior “La entropía”. Un día una de las moléculas que había dentro de una burbuja con muchas otras compañeras absorbió un paquete de energía del medio ambiente que la hizo pasar a una configuración muy energética y muy inestable por lo que la molécula debía de volver a una configuración más estable y para eso debía disipar la energía sobrante de alguna forma. En condiciones normales la molécula podría reaccionar con el agua o con otra molécula de forma muy poco productiva. Su energía se disiparía en forma de calor y se acabaría la historia.

Pero resulta que en esta burbuja había una molécula de proteína que era capaz de rápidamente juntar la molécula cargada con otra molécula descargada y transferir la energía de una a otra en un sistema de transporte. Así que las baterías que facilitan reacciones que normalmente no se dan en la naturaleza se conocen como enzimas y son la base de la vida. Mediante una cadena de enzimas un paquete de energía obtenido por ejemplo del Sol puede pasarse a través de una cadena de moléculas como si fuera vapor pasando por un motor y los cambios que ocurren en las moléculas que se van cargando y descargando realizan procesos que mantienen a la burbuja y a las moléculas que hay dentro trabajando como si fueran los pistones movidos por el vapor. Todo esto hace que el sistema en conjunto se encuentre en un estado de alta energía. Este es un estado bastante inestable. A medida que un paquete de energía pasa por el circuito va perdiendo potencia que se disipa al medioambiente en forma de calor, una forma de energía muy débil. Por ello la burbuja seguiría dependiendo de energía externa para mantener a raya su tendencia a revertir a un estado más estable, inerte.

Así que las burbujas que contuvieran las enzimas correctas para sacar paquetes de energía del medioambiente y mantener reacciones cíclicas estables, aquellas que tuvieran un metabolismo funcional sobrevivirían y, de forma más importante, en algún punto surgiría alguna capaz de dividirse en dos. La información de los compuestos que habían dentro de cada burbuja no podría residir en ninguna molécula específica como el ARN o el ADN; las proporciones de enzimas en el interior de cada burbuja serían similares aun después de dividirse. Y si las reacciones químicas de este metabolismo primitivo eran estables, entonces el contenido de cada burbuja hija seguiría siendo estable a lo largo del tiempo. Los partidarios del metabolismo primero sugieren que esta información y sus pequeñas variaciones a lo largo del tiempo serían suficientes para iniciar un proceso de selección natural y aquellas burbujas capaces de mantener metabolismos estables, recoger energía del medioambiente y dividirse acabarían siendo muchísimo más numerosas, desplazando formas menos estables o menos eficientes.

Esta familia de hipótesis denominadas como metabolismo primero también tiene sus problemas. Por un lado, no se ha conseguido sintetizar células como las descritas por lo que todo lo que tenemos es teoría. Por otro lado, aunque se plantea que la información contenida en los ciclos metabólicos de nuestras burbujas o protocélulas sería capaz de transmitirse con precisión a las células hijas, algunos estudios muy minuciosos usando modelos computacionales sugieren que la heredabilidad de la información de este tipo de sistema sería muy baja y la información que se transmitiera a las células hijas demasiado variable. Y el problema más grande es cómo la información contenida en estas redes de reacciones químicas se traduce a una molécula como el ARN o el ADN. Si esto hubiese ocurrido, las proteínas responsables de las reacciones químicas tendrían que tener una forma de incorporarse a sí mismas a un código genético que se generó desde cero. Así que a los proponentes de las teorías del metabolismo primero les falta plantear una buena explicación para este fenómeno

Otra cosa que desconocemos es saber dónde pudo ocurrir el origen de la vida. Las condiciones físico-químicas son muy distintas en un mar templado que en unas arcillas húmedas calentadas por el sol, que en una fumarola hidrotérmica del fondo del océano, que en el hielo de un asteroide vagando por el espacio. Todos estos lugares se han planteado como posibles puntos donde las primeras formas de vida pudieron haberse formado y, sin saberlas, es imposible saber cómo realizar los experimentos o si lo que teorizamos tiene algo que ver con la realidad. Si algún día averiguamos cuáles fueron esas condiciones iniciales, habremos dado un gran paso para resolver la pregunta más grande de la biología.