El Origen De La Vida

Marcelo Hermes-Lima

Intistuto de Química, Universidad de San Pablo, Brasil

En algún momento del pasado remoto, en algún ambiente acuático de la Tierra primitiva, la materia inanimada cobró vida. Tras las huellas que les permitan explicar este acontecimiento, científicos de todo el mundo se preguntan cuál habrá sido el " polímero primordial" que generó a los seres vivos.

¿Habrá sido un antepasado de las proteínas? ¿Lo sería de los ácidos ribonucleicos (ARN) o, tal vez, de los ácidos desoxirribonucleicos (ADN)?

Las investigaciones más recientes descartan estas tres posibilidades y apuntan hacia otra completamente nueva.

La cuestión del origen de la vida ha constituido desde hace mucho tiempo un desafío para la imaginación, pero puesto que no disponemos de una "máquina del tiempo" como la utilizada por el personaje de la novela de H. G. Wells, los intentos de reconstruir la génesis de la vida en el ambiente de la Tierra primitiva tienen mucho de temerario. Esto es así sobre todo porque no existen fósiles de los primeros seres vivos que colonizaron nuestro planeta. Los microfósiles más antiguos tienen tres mil seiscientos millones de años (3,6 eones). Sin embargo, los científicos han obtenido pruebas geológicas indirectas según las cuales la capacidad de fijar anhídrido carbónico, que es expresión de la existencia de seres vivos capaces de realizar fotosíntesis (es decir, de aprovechar la energía de la radiación solar para formar los compuestos necesarios para su supervivencia), apareció hace 3,8 eones.

La formación de la Tierra tuvo lugar hace 4,6 eones, pero su superficie se habría tornado menos inhóspita para la acumulación de compuestos orgánicos hace entre 4,2 y 4 eones. De manera tal que la vida, en su forma más primitiva, podría haber necesitado para surgir incluso menos de 0,4 eones, un tiempo muy breve en términos del calendario geológico. En ese exiguo espacio de tiempo, que nos lleva hasta los 3,8 eones antes mencionados, habría tenido lugar una serie encadenada de eventos bioquímicos capaces de conducir hasta la generación de aquellos primeros organismos con capacidad fotosintética.

La primera hipótesis consistente acerca de los procesos químicos que habrían dado origen a la vida fue la formulada por el bioquímico ruso Alexander I. Oparin. La traducción al inglés de su libro sobre el tema apareció en 1938 con el título de The Origin of Life y causó gran impacto. En esta obra se revisaban y ampliaban hipótesis que Oparin originalmente había publicado en una revista rusa poco conocida, la Proiskhjozdenic Zhizny. Este científico proponía que, después de la formación de la atmósfera primitiva de la Tierra, se había producido una serie de eventos químicos que aumentaron la complejidad de las moléculas existentes, determinando que moléculas primitivas se transformaran en estructuras coloidales llamadas "coacervados" de los que habría surgido una nueva organización de la materia: la vida. (Los coloides son suspensiones de partículas cuyo diámetro puede variar desde una milésima hasta diez millonésimas de milímetro. La asociación de estas partículas entre sí y con parte del solvente forma minúsculas gotas llamadas coacervados.) Según Oparin, este largo proceso de generación espontánea de la vida podría (y debería) ser reproducido en el laboratorio.

Esta hipótesis chocaba, sin embargo, con un obstáculo difícil de superar. En efecto, si bien era probable que se hubieran formado estructuras coloidales análogas a los coacervados, las cuales podrían haber estado constituidas por la asociación de macromoléculas, tal vez de estructura proteica y con capacidad de acelerar determinadas reacciones químicas sin sufrir por ello cambios permanentes (capacidad catalítica), resultaba muy difícil de explicar cómo habrían desarrollado esas estructuras un código genético. Por ello, la hipótesis de los coacervados fue paulatinamente abandonada, aunque la filosofía de Oparin sobre la evolución química todavía sirve de base para todos los estudios sobre el origen de la vida.

El polímero primordial

En 1951, una nueva hipótesis sobre el origen de la vida fue propuesta, con escaso eco en la comunidad científica, por el físico inglés John Bernal. Según esta teoría, una entidad molecular podría definirse como viva si poseyera dos propiedades: capacidad de acumular información genética y capacidad de producir copias de su propia estructura. El metabolismo de este primer ser vivo —el "polímero primordial"— consistiría únicamente en esa capacidad de generar, autocatalíticamente, copias de sí mismo. (Un polímero es una molécula formada por la unión de muchas moléculas más pequeñas llamadas monómeros.) Los errores producidos durante la autoduplicación podrían dar lugar a variedades con mayor resistencia a la destrucción o con mayor capacidad de reproducción y la selección natural —a nivel molecular— favorecería a estas variedades por su capacidad de adaptarse mejor al ambiente. Asi, la hipótesis de Bernal predecía la aparición de vida en forma de "polímeros autorreplicables", que habrían surgido antes de la aparición de microorganismos separados del medio externo por una membrana. ¿Cuáles podrían ser estos polímeros? Los candidatos naturales eran las proteínas (cadenas de moléculas pequeñas, los aminoácidos, ordenados en una secuencia determinada) o los ácidos nucleicos, el ARN y el ADN (véase "ADN, una molécula maravillosa" en Ciencia Hoy, vol. 2, n° 8, págs. 26-35 y la figura 1).

Fig.1. Esquema de la estructura química del ARN. El hexaedro, que representa al azúcar ribosa, contiene oxígeno en el vértice que ocupa la posición superior en el dibujo. Cada uno de los otros vértices contiene un átomo de carbono que no está representado. Los carbonos que constituyen la ribosa se numeran de 1 a 5 siguiendo la dirección de las agujas del reloj a partir del vértice que se encuentra a la derecha del oxígeno y terminando en el carbono que se une al vértice ubicado a la izquierda del oxígeno. La ribosa se une a una base (éstas pueden ser las bases pirimidínicas uracilo y citosina o las purínicas adenina y guanina) formando un ribonucleósido. Éste une el fosfato al carbono que ocupa la posición 5 en la ribosa para formar un ribonucleótido. Los ribonucleótidos se asocian entre si (se polimerizan) porque el fosfato de uno de ellos se une al carbono que ocupa la posición 3 en la ribosa de otro ribonucleótido. Los distintos ARN difieren entre sí por el número de ribonucleótidos que los forman y por el orden (secuencia) de sus bases. En el ADN la ribosa resulta reemplazada por desoxirribosa y la base pirimidínica uracilo por timina).

Sin embargo, es difícil asignarle a cualquiera de ellos la función de polímero primordial. Las proteínas actúan como excelentes catalizadores, pero son incapaces de acumular información genética, ya que una proteína no puede guardar la información necesaria para la síntesis de otra. Por su parte los ácidos nucleicos (ARN y ADN) almacenan información genética, pero necesitan para duplicarse de enzimas, vale decir de proteínas con actividad catalítica. Entonces, ¿cuál de estos polímeros habría surgido primero en el planeta, los ácidos nucleicos o las proteínas? Hasta el comienzo de la década del '80 este problema (del tipo "el huevo y la gallina") no parecía tener solución. En los últimos años, sin embargo, una serie de evidencias parecieron indicar que el polímero primordial autorreplicable podría ser un ácido nucleico, más específicamente un ácido ribonucleico (ARN) y no una proteína.

Debe señalarse que el grupo del biofísico Sidney Fox, de Florida, EE.UU., cree aún ahora que las proteínas (o ciertas estructuras parecidas a ellas a las que llaman "polímeros proteinoides") podrían haber sido los polímeros primordiales. Sin embargo, este grupo ha intentado en vano probar su hipótesis estudiando, desde mediados de la década del '50, los mecanismos de polimerización de aminoácidos a altas temperaturas en medios similares al ambiente volcánico de la Tierra primitiva. Fox ha observado que, en estas condiciones, mezclas que contienen igual número de moléculas de cada uno de más de 15 aminoácidos diferentes generan una gran cantidad de polímeros proteinoides en los que se observa el predominio de algunos tipos de aminoácidos sobre el resto, índice de que la polimerización no se produce totalmente al azar. Estos experimentos, si bien fueron importantes porque los proteinoides así obtenidos tenían capacidad catalítica, han sido insuficientes hasta ahora: a pesar de que la polimerización térmica no ocurre totalmente al azar, el principio de orden que esto implica es insuficiente para conferir a los proteinoides mecanismos eficientes de acumulación y transmisión de la información genética. Por lo tanto, ya que no pueden reproducirse eficazmente, las proteínas no tienen ninguna posibilidad de constituirse en los polímeros primordiales.

En lo que se refiere al ADN, los problemas son diferentes. Como el ARN, el ADN también requiere de proteinas para autoduplicarse, de modo que en el ambiente primitivo de la Tierra, los hipotéticos ADN primordiales no podrían haber servido de molde para ser copiados sin el auxilio de enzimas. Además, los desoxirribonucleótidos (las unidades que al unirse entre sí constituyen el ADN) son producidos por los seres vivos actuales a partir de los ribonucleótidos (las unidades que al unirse entre sí constituyen el ARN), lo que indica que el ADN debe

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